JP2008132973A - 補助動力装置組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】改良型の航空機用補助動力装置を提供する。
【解決手段】本補助動力装置組立体１０は、キャビン２２を有する航空機１８内に設置可能である補助動力装置と、キャビン２２と補助動力装置とを接続するダクト２８と、ダクト内の空気流量制御機構とを含む。補助動力装置は、圧縮機１４を有するガスタービンエンジン１２をさらに含むことができる。補助動力装置は、失速防止機構２７をさらに含むことができる。ダクト２８は、キャビン２２と流体連通するようになった入口３０と、圧縮機１４と流体連通するようになった出口３２とをさらに含むことができる。
【選択図】図１０

Description

本明細書に記載した技術は、総括的には航空機内に設置可能な（又は、設置した）補助動力装置に関し、より具体的には、航空機のキャビンからそのような補助動力装置への空気流量の制御に関する。

多くの場合にガスタービンエンジンを含む補助動力装置は、航空機に推進力を与える主エンジンとは対照的に、発電機及び交流発電機並びに油圧ポンプのような電気及び油圧機器に機械的軸動力を供給するために一部の航空機において設置されている。そのような補助ガスタービンエンジンの圧縮機の入口は、大気から空気を受ける。高度が高くなるにつれて空気の密度が低下するので、そのような補助ガスタービンエンジンは、高い高度においては、所望の軸動力を生成するためにより激しく作動して結果として作動温度を上昇させるか、又は出力軸動力を低下させて作動温度限界値の範囲内を維持するかのいずれかにしなければならない。

補助動力装置はまた、他の種類の装置と全く同様に、作動時にある量のノイズを発生する。多くの場合、そのようなノイズは航空機のキャビンに伝わり、飛行中の航空機を推進させる１つ又は複数のガスタービンエンジンによるだけでなく補助動力装置との両方によってその程度が変化する。そのようなノイズは、許容不能なレベルに達するおそれがあり、またたとえほどほどのレベルであっても、そのような限定された空間内で長時間にわたると受け入れられないものとなる可能性がある。

公知のノイズ低減システムには、自動車用に使用されることが多いバッフル消音器、ハーシェル−クインケチューブ（クインケ管）、及びノイズ周波数を検出しかつ反対位相を有するそのようなノイズ周波数を発生する能動型ノイズ除去ヘッドフォンが含まれる。圧電材料が公知であり、この圧電材料では、その材料に加えられた電気により該材料の寸法変化が生じる。

依然として、科学者及び技術者は、改良型の航空機用補助動力装置を求め続けている。

本明細書に記載した技術の実施形態は、補助動力装置組立体である。本補助動力装置組立体は、キャビンを有する航空機内に設置可能である補助動力装置と、キャビンと補助動力装置とを接続するダクトと、ダクト内の空気流量制御機構とを含む。

添付図面は、本明細書に記載した技術の幾つかの実施形態を示す。

次に図面を参照すると、図１〜図３は、本明細書に記載した技術の第１の実施形態を開示している。図１〜図３の実施形態は、補助動力装置組立体１０のためのものである。図示した実施形態における補助動力装置組立体１０は、補助ガスタービンエンジン１２を含む。補助ガスタービンエンジン１２は、圧縮機入口１６を有する圧縮機１４を含む。補助ガスタービンエンジン１２は、航空機を推進させるエンジン２０を有しまたキャビン２２を有する航空機１８内に設置可能である（又は、設置されている）。エンジン２０は、ガスタービンエンジン又はあらゆるその他の適切な推進手段とすることができる。圧縮機入口１６は、キャビン２２から加圧空気２４を受けるようになっている。補助動力装置組立体１０はまた、ノイズ低減機構２６のような、補助ガスタービンエンジン１２により生じるキャビン２２内のノイズを低減するための手段を含む。具体的には、ノイズ低減機構２６は、ダクト２８を介して補助動力装置組立体１０からキャビン２２に伝わるノイズを低減するようになっている。ダクトのあらゆる実施形態を使用することができる補助動力装置組立体１０の１つの配備では、補助ガスタービンエンジン１２は、図１に示すように、シャフト７４によって圧縮機１４に機械的に連結されかつ発電機７６に作動結合されたタービン７２を含む。この配備では、補助ガスタービンエンジン１２はまた、本技術分野で公知なように、圧縮機１４とタービン７２とに作動結合された燃焼器７８を含む。

図１〜図３の実施形態の１つの実施では、補助動力装置組立体１０はまた、入口３０と出口３２とを有するダクト２８を含む。ダクト２８の入口３０は、キャビン２２からの加圧空気２４と流体連通するようになっている（１つの実施例では、流体連通している）。ダクト２８の出口３２は、補助ガスタービンエンジン１２の圧縮機１４の圧縮機入口１６と流体連通するようになっている（１つの実施例では、流体連通している）。従って、ダクト２８は、キャビンと補助動力装置との間の接続を構成し、キャビンから補助動力装置に加圧空気を送達するための手段を提供する。第１の使用可能形態では、ダクト２８は、外側壁３４を有し、ノイズ低減機構２６は、図２に示すように、ダクト２８の外側壁３４内に配置されかつ該外側壁３４に取付けられた音響ライナ３６を含む。１つのバリエーション形態では、音響ライナ３６は、長さを有し、かつ各々が直径を有する複数の孔３８を含み、孔３８の直径は、図３に示すように、ノイズの複数の異なる音調周波数を減衰させるように音響ライナ３６の長さに沿って変化する。幾つかの孔３８は、音響ライナ３６の厚さを完全に貫通することができるが、他の孔３８は完全には貫通していない。１つの実施例では、ノイズの音調周波数は、補助ガスタービンエンジン１２の圧縮機１４により生じる。１つ利用形態では、キャビン２２は、過度のノイズに敏感である人々及び／又は積荷を収容する。

図４に示すようなダクトの第２の実施形態では、ダクト２８は、分岐入口パイプセクション４０の形態をしたノイズ低減機構２６を含む。１つの実施例では、分岐入口パイプセクション４０は、補助ガスタービンエンジン１２により生じるキャビン内の広帯域ノイズを減衰させる消音器として作用する。図４の分岐入口パイプセクション４０は２つの入口分枝（キャビンから加圧空気を受けるようになっており、また１つの実施例ではキャビンから加圧空気を受けている）を示しており、また図示していないが１つの構成では、分岐入口パイプセクションは少なくとも１つの付加的入口分枝を有し、入口分枝の総数が特定の設置構成に適するように選択されることに注目されたい。

図５に示すようなダクト２８の第３の実施形態では、ダクト２８は、複数の同心チューブ４２の形態をしたノイズ低減機構２６を含む。１つの実施例では、複数の同心チューブ４２は、補助ガスタービンエンジンにより生じるキャビン内の広帯域ノイズを減衰させる消音器として作用する。１つのバリエーション形態では、ノイズ低減機構はまた、同心チューブ４２の半径方向に隣接するチューブ間に配置されかつ該半径方向に隣接するチューブに取付けられた音響ライナ４４を含む。

図６に示すようなダクト２８の第４の実施形態では、ダクト２８は、ハーシェル−クインケチューブセクション４６の形態をしたノイズ低減機構を含む。１つの実施例では、ハーシェル−クインケチューブセクション４６は、当業者には公知なように、該ハーシェル−クインケチューブセクション４６の経路長さ４８に応じてノイズの複数の異なる音調周波数を減衰させるように作用する。１つのバリエーション形態では、ノイズ低減機構はまた、ハーシェル−クインケチューブセクション４６に作動結合されて該ハーシェル−クインケチューブセクション４６（図示した可撓性ハーシェル−クインケチューブセクション４６又は図示していない伸縮式ハーシェル−クインケチューブセクションのような）の幾何学形状（経路長さ４８のような）を変更するアクチュエータ５０を含む。「幾何学形状」という用語は、形状及び／又は寸法を含むことは注目されたい。同一の又は異なるバリエーション形態では、ハーシェル−クインケチューブセクション４６は、圧電材料を含みかつ幾何学形状（経路長さ４８を形成する）を有し、またさらに圧電材料に作動結合されて該ハーシェル−クインケチューブセクション４６の幾何学形状を変更する（経路長さ４８の変更を行う）ために圧電材料に電気を供給するコントローラ５２を含む。１つの修正形態では、制御装置（図示せず）は、ノイズの音調周波数を検出するための周波数検出器（図示せず）を含み、かつそのような音調周波数を減少させるためにハーシェル−クインケチューブセクション４６の幾何学形状を変更するアクチュエータ５０及び／又はコントローラ５２を含む。そのような構成では、制御システムは、連続的方式又は間欠的方式で音調周波数をモニタしかつハーシェル−クインケチューブセクション４６の幾何学形状を自動的に調整することによって、能動制御レベルを提供することができる。

図７に示すようなダクト２８の第５の実施形態では、ダクト２８は、収束−発散ノズルセクション５４の形態をしたノイズ低減機構を含む。１つの実施例では、収束−発散ノズルセクション５４は、補助動力装置をチョークさせ、従って該補助動力装置をキャビンから音響的に分離する。１つの構成では、収束−発散ノズルセクション５４は、実質的にベンチュリ管の形状を有する。１つのバリエーション形態では、ノイズ低減機構はまた、収束−発散ノズルセクション５４に作動結合されて該収束−発散ノズルセクション５４（図示した可撓性収束−発散ノズルセクション５４のような）の幾何学形状（スロート５８の直径のような）を変更するアクチュエータ５６を含む。同一の又は異なるバリエーション形態では、収束−発散ノズルセクション５４は、圧電材料を含みかつ幾何学形状（ネック５８の直径を形成する）を有し、またさらに圧電材料に作動結合されて該収束−発散ノズルセクション５４の幾何学形状を変更する（ネック５８の直径の変更を行う）ために圧電材料に電気を供給するコントローラ６０を含む。１つの修正形態では、制御装置（図示せず）は、流れがチョークした時点を検出するための流量検出器（図示せず）を含む。上述したように、システムはまた、能動制御の形態を含むことができる。

図８に示すようなダクト２８の第６の実施形態では、ノイズ低減機構はまた、ダクト２８内で下流側に配置された少なくとも１つのノイズ検出器６２と、ダクト２８内で上流側に配置された少なくとも１つのノイズ発生器６４と、少なくとも１つのノイズ検出器６２から入力信号を受信しかつ少なくとも１つのノイズ発生器６４に出力信号を送信する能動型ノイズ除去コントローラ６６とを含む。

図９に示すようなダクト２８の第７の実施形態では、ノイズ低減機構はまた、ダクト２８の表面７０上に配置されかつキャビンからの加圧空気と接触するようになった音響ゲル６８を含む。

図６及び図７の実施形態に関して、そのような用途で使用するのに適したものとして、多種多様な圧電材料が考えられる。幾つかある基準の中で、適切な材料の選択は、特定の圧電材料が有する、構造体に対して幾何学形状変更力を作用させる威力すなわち能力の大きさによって影響されることになる。色々ある種類の中でも、そのような用途には、その中に圧電ストランドを組み込んだマトリックス繊維複合材が有用なものとなる。

再び図面を参照すると、図１０は、本明細書に記載した技術の第２の実施形態を開示している。図１０において、図１の実施形態に関連して本明細書に記載したのと同様に、同じ番号の要素は、同様な要素を示している。

図１０の実施形態の１つの実施では、補助動力装置組立体１０は、補助ガスタービンエンジン１２の形態を取る。補助動力装置組立体１０はまた、失速防止機構２７の形態を取ることができる空気流量制御機構のような、補助ガスタービンエンジン１２内での圧縮機の失速を防止するための手段を含む。失速防止機構２７は、具体的にはキャビン２２から補助動力装置組立体１０へのダクト２８内の空気流量を制御するようになった空気流量制御機構であり、従ってダクト２８内の空気流量を制御するための手段を含む。

図１０の実施形態の第１の使用可能形態では、失速防止機構２７は、少なくとも１つの失速センサ組立体８０を含む。１つの実施例では、少なくとも１つの失速センサ組立体８０は、上流側圧力センサ８２と下流側圧力センサ８４とを含む。コントローラ８６は、上流側及び下流側圧力センサ８２及び８４からの差圧測定値を使用して、切迫した圧縮機の失速を予測する。コントローラ８６は次に、流量調整装置８８に対して、圧縮機の失速を防止するように流量を調整することを命令する。

第１の実施例では、流量調整装置８８は、圧縮機１４から燃焼器７８に至る出口ダクト９２内に可変面積ブリードバルブ９０を含む。可変面積ブリードバルブ９０は、コントローラ８６に命令されて、圧縮機１４の失速（キャビン２２に逆流するのを）を防止するために又は圧縮機１４のサージを（キャビン２２からの圧力スパイクを）防止するために出口ダクト９２から大気に空気９４を放出する。第２の実施例では、出口ダクト９２は、コントローラ８６に命令されて、圧縮機の失速又は圧縮機のサージを防止するために幾何学形状を変更する（すなわち、その流路面積を変更する）可変面積出口ダクトである。その他の実施例も、同様に可能である。より大まかに説明すると、失速防止機構は、少なくとも１つの失速センサ組立体８０と、コントローラ８６と、流量調整装置８８とを含み、少なくとも１つの失速センサ組立体８０は、ダクト２８内に配置され、またコントローラ８６は、少なくとも１つの失速センサ組立体８０と流量調整装置８８とに作動結合される。

図１０の実施形態の第１の説明したもの１つの拡張形態では、補助ガスタービンエンジン組立体１０はまた、補助ガスタービンエンジンにより生じるキャビン内のノイズを低減するための手段を含む。そのような手段は、図１〜図９の実施形態に関して先に説明したノイズ低減機構２６を含むことに、注目されたい。

幾つかの実施形態の説明によって本発明を例示してきたが、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲をそのような詳細事項に限定又は制限することは本出願人の意図するところではない。当業者には、本発明の技術思想から逸脱することなく多くのその他の修正、変更及び置換が想起されるであろう。

航空機を推進させるためのエンジンと、補助動力装置（補助ガスタービンの形態として示した）と、補助ガスタービンエンジンの圧縮機の入口を航空機の加圧キャビンに接続するダクトの第１の実施形態と、補助ガスタービンエンジンによって回転される発電機とを含む航空機の実施形態の概略図。 補助動力装置によって生じるキャビン内のノイズを低減するためのダクト内の音響ライナを示す、図１のダクトの一部分の側面断面図。 図２の線３?３に沿って取った、図２の音響ライナを示す図。 補助動力装置によって生じるキャビン内のノイズを低減するための分岐入口パイプセクションを含む、ダクトの第２の実施形態の概略図。 複数の同心チューブを含む、ダクトの第３の実施形態の端面断面図。 ハーシェル−クインケチューブセクションを含む、ダクトの第４の実施形態の概略図。 収束−発散ノズルセクションを含む、ダクトの第５の実施形態の概略図。 ノイズ周波数検出器とノイズ発生器とがダクト内に配置され、ノイズ除去コントローラがノイズ周波数検出器から入力信号を受信しかつノイズ発生器に出力信号を送信してノイズ周波数を能動的に除去する、ダクトの第６の実施形態の概略図。 ダクトの表面上に配置されかつキャビンからの加圧空気と接触するようになった音響ゲルを含む、ダクトの第７の実施形態の概略断面図。 補助ガスタービンエンジンの形態をした補助動力装置と、補助ガスタービンエンジンの圧縮機の失速を防止するための失速防止手段とを含む、航空機の概略図。

符号の説明

１０ 補助動力装置組立体
１２ 補助ガスタービン
１４ 圧縮機
１６ 圧縮機入口
１８ 航空機
２０ エンジン
２２ キャビン
２４ 加圧空気
２６ ノイズ低減機構
２７ 失速防止機構
２８ ダクト
３０ 入口
３２ 出口
３４ 外側壁
３６ 音響ライナ
３８ 孔
４０ 分岐入口パイプセクション
４２ 同心チューブ
４４ 音響ライナ
４６ ハーシェル−クインケチューブセクション
４８ 径路長さ
５０ アクチュエータ
５２ コントローラ
５４ 収束−発散ノズルセクション
５６ アクチュエータ
５８ スロート
６０ コントローラ
６２ ノイズ検出器
６４ ノイズ発生器
６６ 能動型ノイズ除去コントローラ
６８ 音響ゲル
７２ タービン
７４ シャフト
７６ 発電機
７８ 燃焼器
８０ 失速センサ組立体
８２ 上流側圧力センサ
８４ 下流側圧力センサ
８６ コントローラ
８８ 流量調整装置
９０ 可変面積ブリードバルブ
９２ 出口ダクト
９４ 空気

Claims (10)

1. ａ）キャビン（２２）を有する航空機（１８）内に設置可能である補助動力装置と、
   ｂ）前記キャビン（２２）と前記補助動力装置とを接続するダクト（２８）と、
   ｃ）前記ダクト（２８）内の空気流量制御機構と、
   を含む補助動力装置組立体（１０）。
2. 前記補助動力装置が、圧縮機（１４）を有するガスタービンエンジン（１２）をさらに含む、請求項１記載の補助動力装置組立体（１０）。
3. 前記補助動力装置が、失速防止機構（２７）をさらに含む、請求項２記載の補助動力装置組立体（１０）。
4. 前記ダクト（２８）が、前記キャビン（２２）と流体連通するようになった入口（３０）と、前記圧縮機（１４）と流体連通するようになった出口（３２）とをさらに含む、請求項３記載の補助動力装置組立体（１０）。
5. 前記失速防止機構（２７）が、少なくとも１つの失速センサ組立体（８０）と、コントローラ（８６）と、流量調整装置（８８）とをさらに含み、
   前記少なくとも１つの失速センサ組立体（８０）が、前記ダクト（２８）内に配置され、
   前記コントローラ（８６）が、前記少なくとも１つの失速センサ組立体（８０）及び前記流量調整装置（８８）に作動結合される、
   請求項３記載の補助動力装置組立体（１０）。
6. 前記少なくとも１つの失速センサ組立体（８０）が、上流側圧力センサ（８２）と下流側圧力センサ（８４）とをさらに含む、請求項５記載の補助動力装置組立体（１０）。
7. 前記流量調整装置（８８）が、可変面積ブリードバルブ（９０）をさらに含む、請求項５記載の補助動力装置組立体（１０）。
8. 前記ダクト（２８）が、前記コントローラ（８６）に命令されてその幾何学形状を変更する可変面積出口ダクトをさらに含む、請求項５記載の補助動力装置組立体（１０）。
9. ａ）キャビン（２２）を有する航空機（１８）内に設置可能である補助ガスタービンエンジン（１２）と、
   ｂ）前記キャビン（２２）と前記補助動力装置とを接続するダクト（２８）と、
   ｃ）前記ダクト（２８）内の失速防止機構（２７）と、
   を含む補助動力装置組立体（１０）。
10. ａ）キャビンを有する航空機内に設置可能である補助動力装置と、
    ｂ）前記キャビンと前記補助動力装置とを接続するダクトと、
    ｃ）前記キャビンから前記補助動力装置への前記ダクト内の空気流量を制御するための手段と、
    を含む補助動力装置組立体。

Images