JP2005226644A - 高いバイパス比を有するスリースプールバイパスターボジェット - Google Patents

Abstract

【課題】リアファンの異なるエンジン速度への適合性の最適化を可能にする。
【解決手段】本発明は、中間ケーシング２の前方に２つのファン３、５と低圧圧縮機とを有し、これらのファンが、２つの独立シャフト４、６によって駆動される、ターボジェットのリアファン５を空気力学的に適合させることに関する。前記圧縮機７は、２つのファンのブレード１０、１４間に配置され、かつフロントファン３のための駆動シャフト４によって駆動されるホイール４１の周縁近傍のロータブレード４０の少なくとも１つのリングと、ロータブレード４０のリングの両側面に配置され、かつグリッドキャリアリング４７の内側に配置されたステータ翼４５、４６の少なくとも２つのグリッドとを含んでいる。固定外側グリッド４８と可変ピッチのステータ５０とによって、リング４７がファンケーシング１２に連結される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高いバイパス比を有するスリースプールバイパスターボジェットであって、ターボジェットが、中間ケーシングの前方にフロントファンおよびリアファンを有し、中間ケーシングが、バイパス流に外側構造グリッドを呈し、かつ主空気流に内側構造グリッドを呈し、これらのフロントファンおよびリアファンが、バイパス空気流の外側を画定するファンケーシングまで径方向外側へ延びるブレードを有し、ターボジェットが、主空気流のためのチャネルに入る空気を圧縮するための低圧圧縮機をさらに有しており、前記フロントファンおよび前記リアファンが、同軸である２つのシャフトによって直接かつ別々に回転される、バイパスターボジェットに関する。

高いバイパス比を有する近年の高出力ターボジェットでは、ファンは、大きい直径を有し、また、ブレードの先端での周速は、この直径とファンの回転の速度との両方に比例する。良好な効率を得るためには、周速は、音速よりも低いものでなければならない。単一のファンを有している従来のターボジェットでは、このことは、駆動シャフトとファンとの間に介在する減速伝動装置によって行なうことができる。それにもかかわらず、伝動装置によって、エンジンの重量がかなり増大し、また効率も減少する。別の技術は、ターボジェットに、フロントファンおよびリアファンの２つのファンを装備することからなり、前記フロントおよびリアファンが、中間ケーシングの前方に組み立てられるとともに、各ファンは、どのような介在する減速伝動装置にもよることなく、それぞれの低速駆動シャフトによって駆動される。それぞれのファンによって、バイパス空気の推進パワーの実質的に半分のパワーで、バイパスチャネルに空気の流れが供給される。

当技術分野の現状は、特に米国特許第３８６１１３９号および米国特許第４８６０５３７号によって示されており、これらの特許は、導入部で言及した型のターボジェットが記載されているが、それぞれ２つの二重反転（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｒｏｔａｔａｂｌｅ）可能なファンを有し、これらのファンが、二重反転可能なロータをさらに有している低圧圧縮機に連結されており、一方のロータが、フロントファンのための駆動シャフトによって駆動され、他方のロータが、リアファンのための駆動シャフトによって駆動される。２つのファンのブレードの固定ピッチは、２つのファンの特定エンジン速度への適合性が最適になるように決定される。しかしながら、他の速度では、効率は必然的に減少する。
米国特許第３８６１１３９号明細書 米国特許第４８６０５３７号明細書

本発明の目的は、リアファンの異なるエンジン速度への適合性の最適化を可能にすることである。

本発明によれば、この目的は、低圧圧縮機が、フロントファンのブレードとリアファンのブレードとの間で軸方向に配置されているとともに、フロントファンのための駆動シャフトによって駆動されるホイールの周縁から延びるロータブレードの少なくとも１つのリングと、ロータブレードの前記リングの両側に軸方向に配置され、かつグリッドキャリアリングの径方向内側に配置されたステータ翼の少なくとも２つのグリッドとを含み、前記グリッドキャリアリングが、バイパス空気流に配置された外側グリッドによって支持され、前記外側グリッドが、ファンケーシングによって支持されているという事実によって、また、リアファンが許容できる程度に適合していることを保証するために、可変ピッチステータが、前記外側グリッドよりも下流側に配置されているという事実によって、達成される。

さらにまた、以下の有利な構成が好ましく採択される。

外側グリッドは、複数の固定径方向アームを有し、可変ピッチステータは、径方向軸に関して旋回することができる複数の可動径方向アームを有し、それぞれ可動径方向アームは、固定径方向アームへの入口箇所のすぐ近傍に配置されている。
・ それぞれ可動径方向アームは、グリッドキャリアリングに埋め込まれた径方向内側ヒンジを有している。
・ それぞれ可動径方向アームは、ファンケーシングに埋め込まれた径方向外側ヒンジを有している。

径方向外側ヒンジには、制御リングへヒンジ留めされた自由端を有している駆動アームが取り付けられている。

フロントファンおよびリアファンは、二重反転可能なファンであれば、非常に有利である。

本発明の他の利点および特徴は、添付図面を参照して例示として与えられる以下の説明を読むことで明らかになる。

図面は、軸Ｘのターボジェットの前部１を示している図であり、このターボジェットは、中間ケーシング２の前方にフロントファン３とリアファン５とを有しており、前記フロントファン３は、内側駆動シャフト４によって駆動され、前記リアファン５は、内側シャフト４と同軸でありかつ前記内側シャフトを包囲している中間駆動シャフト６によって駆動され、主空気流Ｆ１のためのチャネル８へ入る空気を圧縮するために、フロントファン３とリアファン５との間に軸方向に配置された低圧圧縮機をさらに有している。

フロントファン３はブレード１０を有しており、ブレード１０は、ホイール１１の周縁から、バイパス空気Ｆ２のためのチャネル１３の外側を画定するファンケーシング１２まで延びる。

同様に、リアファンはブレード１４を有しており、ブレード１４は、ホイール１５の周縁から、主空気流Ｆ１のためのチャネル８を経るとともにバイパス空気Ｆ２のためのチャネル１３を経てファンケーシング１２まで延びている。

フロントファン３のホイール１１は、コーン（円錐体）１６によって内側シャフト４に連結されており、リアファン５のホイール１５は、コーン１７によって中間シャフト６に連結される。

内側シャフト４と中間シャフト６との間には、シャフト間当接部１８とシャフト間ローラベアリング１９とが介在している。中間シャフト６は、スラストベアリング２０とローラベアリング２１とを用いて、中間ケーシング２によって支持される。符号２２はスラストベアリングを表しており、このスラストベアリングは、中間ケーシング２が、中間ケーシング２の後方に設置された高圧圧縮機２４の駆動シャフト２３を支持することを可能にする。

中間ケーシング２は、バイパス空気流Ｆ２に外側構造グリッド３０を有し、主空気流Ｆ１に内側構造グリッド３１を有している。外側構造グリッド３０は、外側でファンケーシング１２に連結されている。外側構造グリッド３０と内側構造グリッド３１との間には、環状ボックス３２が介在しており、これは主空気流Ｆ１を、バイパス空気流Ｆ２から隔離するための隔離先端３３よりも下流側にある。隔離先端３３は、リアファン５のブレード１４よりも上流側に設置されている。

低圧圧縮機７は、フロントファン３とリアファン５との間に設置されている。前記圧縮機は、主空気流Ｆ１におけるロータブレード４０のリングと、ロータブレード４０のリングの両側に軸方向に配置されたステータ翼４５、４６の２つのグリッドとを有する。ロータブレード４０は、反対方向に向けられたコーン４２によってコーン１６へ、かつ主空気流Ｆ１のためのチャネル８の内側を画定するシェル４３によって、フロントファン３のブレード１０のプラットフォームへ、構造的に連結されたホイール４１の周縁から延びる。

ステータ翼４５、４６の２つのグリッドは、グリッドキャリアリング４７の内腔の中へ径方向に延び、前記グリッドキャリアリングは、バイパス空気流Ｆ２のためのチャネル１３を通って径方向に延びたアーム４９を有している、外側構造グリッド４８を介してファンケーシング１２によって支持される。アーム４９の径方向内側端部は、グリッドキャリアリング４７の前方部分に連結される。

可変ピッチステータ５０が、外側構造グリッド４８のすぐ下流側に配置される。前記ステータ５０は、空気力学的形状の可動径方向アーム５１を複数有しており、これらの可動径方向アームは、径方向軸の周りにいっせいに旋回することができ、バイパス空気Ｆ２のためのチャネル１３を通って延びている。可動アーム５１の数は、外側構造グリッド４８における固定アーム４９の数に等しく、それぞれの可動アームは、固定アーム４９のすぐ下流側に配置されている。それぞれの可動アーム５１は、グリッドキャリアリング４７に埋め込まれた径方向内側ヒンジ５２と、ファンケーシング１２に埋め込まれた径方向外側ヒンジ５３とを有する。この特定の実施形態では、ヒンジ５２、５３は旋回軸である。径方向外側ヒンジ５３は、自由端５５を有する駆動アーム５４が取り付けられ、自由端５５は、軸Ｘの制御リング５６にヒンジ留めされている。アクチュエータ（図示せず）によって変位されたときの制御リング５６の軸方向移動によって、すべての駆動アーム５４が、ヒンジ５２、５３によって画定されたそれらの径方向軸の周りに旋回するとともに、飛行パラメータに応じて、特に異なるエンジン速度での２つのファン３、５の回転速度に応じて、ステータ５０のピッチが変化する。

低圧圧縮機７が、ステータと、フロントファン３とともに回転するように強いられるロータとを備えているという事実によって、両方のファン３、５が、同じ方向に回転することができる。しかし、２つのファン３、５は、二重反転が可能なものでもあり、したがって、軸方向に介挿されたロータブレードのそれぞれのリングを有する、２つの二重反転可能なタービンロータによって駆動されることが可能であり、それによって、タービンステータがないことから、作動タービンの長さおよび重さを減少させることができる。

本発明によるターボジェットの前方の半断面図である。

符号の説明

２ 中間ケーシング
３ フロントファン
４ 内側駆動シャフト
５ リアファン
６ 中間駆動シャフト
７ 低圧圧縮機
８、１３ チャネル
１０、１４ ブレード
１１、１５、４１ ホイール
１２ ファンケーシング
１６、１７、４２ コーン
１８ シャフト間当接部
１９ シャフト間ローラベアリング
２０、２２ スラストベアリング
２１ ローラベアリング
２４ 高圧圧縮機
２３ 駆動シャフト
３０、４８ 外側構造グリッド
３１ 内側構造グリッド
３２ 環状ボックス
３３ 隔離先端
４０ ロータブレード
４５、４６ ステータ翼
４３ シェル
４７ グリッドキャリアリング
４９ アーム
５０ 可変ピッチステータ
５１ 可動径方向アーム
５２ 径方向内側ヒンジ
５３ 径方向外側ヒンジ
５４ 駆動アーム
５５ 自由端
５６ 制御リング

Claims (6)

1. 高バイパス比を有するスリースプールバイパスターボジェットであって、ターボジェットが、中間ケーシング（２）の前方にフロントファン（３）およびリアファン（５）を有し、前記中間ケーシング（２）が、バイパス空気流（Ｆ２）に外側構造グリッド（３０）を呈し、かつ主空気流（Ｆ１）に内側構造グリッド（３１）を呈し、フロントファンおよびリアファンが、バイパス空気流（Ｆ２）の外側を画定するファンケーシング（１２）まで径方向外側へ延びるブレード（１０、１４）を有し、ターボジェットが、主空気流（Ｆ１）のためのチャネル（８）に入る空気を圧縮するための低圧圧縮機（７）をさらに有しており、前記フロントファン（３）および前記リアファン（５）が、同軸である２つのシャフト（４、６）によって直接かつ別々に回転され、
   低圧圧縮機（７）が、フロントファン（３）のブレード（１０）とリアファン（５）のブレード（１４）との間で軸方向に配置されているとともに、フロントファン（３）のための駆動シャフト（４）によって駆動されるホイール（４１）の周縁から延びるロータブレード（４０）の少なくとも１つのリングと、ロータブレード（４０）の前記リングの両側に軸方向に配置され、かつグリッドキャリアリング（４７）の径方向内側に配置されたステータ翼（４５、４６）の少なくとも２つのグリッドとを含み、前記グリッドキャリアリング（４７）が、バイパス空気流（Ｆ２）に配置された外側グリッド（４８）によって支持され、前記外側グリッドが、ファンケーシング（１２）によって支持されていることと、リアファンが許容できる程度に適合していることを保証するために、可変ピッチステータ（５０）が、前記外側グリッド（４８）よりも下流側に配置されていることとを特徴とする、バイパスターボジェット。
2. 外側グリッド（４８）が、複数の固定径方向アーム（４９）を有し、可変ピッチステータ（５０）が、径方向軸の周りに旋回することのできる複数の可動径方向アーム（５１）を有し、それぞれ可動径方向アーム（５１）が、固定径方向アーム（４９）のすぐ後方に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のターボジェット。
3. それぞれ可動径方向アーム（５１）が、グリッドキャリアリング（４７）に埋め込まれた径方向内側ヒンジ（５２）を有していることを特徴とする、請求項２に記載のターボジェット。
4. それぞれ可動径方向アーム（５１）が、ファンケーシング（１２）に埋め込まれた径方向外側ヒンジ（５３）を有していることを特徴とする、請求項３に記載のターボジェット。
5. 径方向外側ヒンジ（５３）には、制御リング（５６）にヒンジ留めされた自由端（５５）を有する駆動アーム（５４）が取り付けられていることを特徴とする、請求項４に記載のターボジェット。
6. フロントファン（３）およびリアファン（５）が、二重反転可能なファンであることを特徴とする、請求項１に記載のターボジェット。

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