JP2008202596A - 航空機ターボジェットから補助動力を取り出す方法およびその方法を実施するように設置されたターボジェット - Google Patents

Abstract

【課題】アイドリング運転中の高圧タービンの動作に影響を与えずに、新しいレベルのトルクを送達する必要があることを考慮して、知られているシステムの改善を探究すること。
【解決手段】航空機に搭載された装置に必要な電力を生成する。補助動力は高圧タービン（２１）によって駆動されるシャフト（２７）によって取り出され、アイドリング運転中に、低圧タービン（２３）の効率は高圧タービンが必要な補助動力を送達するのに十分な速度で動作できるように低下される。
【選択図】図１

Description

本発明は、航空機に搭載される装置に必要な補助動力の生成に関し、動力はこの航空機のターボジェットから取り出される。

最近の航空機には電力の要求がますます大きくなっている。かつてない大出力の発電機が用いられている。そのような発電機は航空機のターボジェットによって駆動される。高圧タービンに結合されたシャフトから必要な機械的動力を取り出すことは知られている。さらに詳細には、半径方向シャフトがこの高圧タービンに結合した軸状シャフトに機械的に連結され、この動力は発電機を駆動するギアボックスに送達される。大量の電力が必要なとき、エンジンがアイドリング運転中には、地上または飛行中にかかわらず発電機を駆動するのに高いレベルのトルクが必要であるので、その対策には問題が発生する。このトルクは高圧タービンに望ましくない動作範囲での動作を招く傾向がある。

本発明は、補助動力に関する最近の要求を考慮して、したがって、アイドリング運転中の高圧タービンの動作に影響を与えずに、新しいレベルのトルクを送達する必要があることを考慮して、知られているシステムの改善を探究する。

本発明の基礎となる考えは、アイドリング運転中に、高圧タービンの下流に位置する低圧タービンの効率を低下させ、エンジンからの推力増加を招くことなく高圧タービンの回転速度を高めることを可能にする（そこから高いレベルの動力を取り出すことが可能なレベルで）ことからなり、そのような推力増加はエンジンのアイドリング運転の段階中に望ましくない。

さらに正確には、本発明は、上流から下流へ、高圧タービンと低圧タービンを含む航空機ターボジェットから補助動力を取り出す方法を提供し、この動力を高圧タービンによって駆動されるシャフトを経由して取り出すことからなる型式のものであり、アイドリング運転の範囲内で、この高圧タービンが必要な補助動力を供給するのに十分な速度で動作することを可能にするように、この低圧タービンの効率の低下を制御することを特徴とする。

したがって、低圧タービンの効率が低下するので、それはよりゆっくり回転するが、高圧タービンはより速く回転する。

低圧タービンの効率は、この低圧タービンの可動ブレードの半径方向クリアランスを操作することによって低下させることができる。

可動ブレードの半径方向クリアランスを変化させることはそれ自体知られている形式（低圧タービン軸クリアランス制御（ＬＰＴＡＣＣ）の制御を用いる）であるが、異なる用途に用いられることを観察すべきである。

他の有利な特徴によれば、低圧タービンの効率の低下はこのタービンの少なくともいくつかの段階のノズル羽根のピッチを操作することによって得ることができる。低圧タービンのノズル羽根の可変ピッチシステムはタービンの回転速度の変化に用いられる（これはその効率の低下であると考えることができる）。これらの手段の両方を組み合わせることが可能である。

エンジンコンピュータはこれらのパラメーターをエンジンの速度と電力要求に応じて変化させることが可能である。したがって、エンジン推力の増加を避けることが可能であり（低圧タービンの効率の損失を制御することによって）、したがって、そこから大量の動力が取り出されるにもかかわらず、この高圧タービンの動作点を臨界値以上に保つレベルで高圧タービンの速度を維持することが可能である。

有利な特徴によれば、この低圧タービンの効率の変化は、高圧タービンで駆動されるシャフトと発電機との間に配置された（従来の）機械的伝達システムによって送達されるトルクの測定値へサーボ制御される。

本発明はまた、上流から下流へ、高圧タービンおよび低圧タービンと、この高圧タービンによって駆動されるシャフトと、このシャフトに連結されてそこから動力を取り出す機械的な伝達システムとを含む航空機ターボジェットを提供し、ターボジェットはこの低圧タービンの効率を変化させる効率変化手段およびこの効率変化手段を制御する制御手段とを含み、この制御手段は消費されている補助動力の量を表す信号を送達するセンサーによって制御されることを特徴とする。

機械的伝達システムは（装置の他の部分で）１つ以上の発電機を駆動する。

この効率変化手段は低圧タービンの可動ブレードの半径方向クリアランスを制御するためのシステムおよび／またはこの低圧タービンのノズル羽根のピッチを制御するためのシステムを含むことができる。

有利には、この効率変化手段はトルクセンサーに応答するコンピュータを含み、それ自体高圧タービンで駆動されるこのシャフトとこの発電機との間に配置されたこの機械的伝達システムに結合される。

本発明は、添付の図面を参照して純粋に例示として与えられる以下の説明によって良好に理解され、他の利点をさらに良好に明瞭にすることができる。

図１および図２にそれぞれ概略図で示した２つの実施形態は、低圧タービンの効率の修正を受け持つ２つのシステムを制御するのに適したコンピュータを提供することによって組み合わせることができる。

図１に示したバイパスターボジェット１１は、上流から下流へ、従来通りファン１３と、低圧圧縮機１５と、高圧圧縮機１７と、燃焼室１９と、高圧タービン２１と、低圧タービン２３とを含む。低圧タービン２３はファン１３と低圧圧縮機１５の両方を駆動する軸状シャフト２５に機械的に接続される。高圧タービン２１は特に高圧圧縮機１７を駆動する軸状シャフト２７に接続される。この副組み立て体は高圧スプールと呼ばれる。シャフト２７は適切な減速ギアを経由して発電機３３を駆動する半径方向シャフト３１を有する機械的伝達システム２９に機械的に連結される。

今日、機上に搭載された装置および全ての乗客室装置が必要とする電力を送達するための発電機３３は高動力発生機を必要とし、それによって半径方向シャフト３１を経由して大量のトルクの伝達を必要とする。

本実施例において、トルクは半径方向シャフト３１に結合されたトルクセンサー３７によって測定される。トルクセンサーは半径方向シャフト３１によって送達されるトルク、したがって高圧タービン２１から取り出される動力を表す信号を送達する。この信号は、低圧タービンの少なくとも１つの構造パラメーターを制御するのに適したコンピュータ４０の入力に加えられる。さらに詳細には、このパラメーターは、エンジンのアイドリング運転中に、高圧タービンが十分な速度で動作できるようにこの低圧タービンの効率を変化（低下）させることを可能にするパラメーターの１つである。したがって、高圧タービンが望ましくない動作領域で動作することなく、必要な補助動力を取り出すことができる。

図１の実施例において、コンピュータ４０ａは低圧タービンの可動ブレードのための半径方向クリアランスを制御する機能を組み込む。したがって、このコンピュータからの制御出力４２はシステム４４（それ自体知られている）に作用し、低圧タービンの半径方向クリアランスを制御する。このクリアランス制御システムはＬＰＴＡＣＣ型であり、他の用途で知られている。ブレードの半径方向クリアランスが増加すると、低圧タービンの効率は低下し、したがって、ファン１３からの推力がアイドリング運転で不適切な動作になることなく、高圧スプールはその臨界速度以上での動作が可能になる。

図２の実施例において、全体的な配置は同じであり、再説明は行わない。しかし、ここでは、コンピュータ４０ｂはこの低圧タービン２３のノズル羽根４５の可変ピッチを制御する機能を組み込むように設計されている。したがって、このタービンのノズル羽根には、ケーシング４９の外側から起動されるピッチ変更システム４７が設けられる。

無論、上述のように、コンピュータは上述の制御機能の両方、すなわち、可動ブレードの半径方向クリアランスの制御およびノズル羽根の可変ピッチの制御を組み込むことができる。

トルクセンサー３７から送達される信号は発電機３３から引き出されている補助動力を表す。したがって、トルクセンサー３７によって送達された信号はコンピュータに送達され、コンピュータは、そこから必要とする低圧タービン２３の効率の「低下」の測定値を導き出し、エンジンのアイドリング運転中、高圧スプールの動作を十分なレベルで維持することができ、ファン１３によって発生する推力が適切なアイドリング運転に矛盾しないようにする。

本発明による補助動力取り出しシステムを設けた航空機ターボジェットの概略断面図である。 図１と同様の変形例を示す図である。

符号の説明

１３ ファン
１５ 低圧圧縮機
１７ 高圧圧縮機
１９ 燃焼室
２１ 高圧タービン
２３ 低圧タービン
２５、２７ 軸状シャフト
２９ 機械的伝達システム
３１ 半径方向シャフト
３３ 発電機
３７ トルクセンサー
４０、４０ａ、４０ｂ コンピュータ
４２ 制御出力
４４ 半径方向クリアランス
４５ ノズル羽根
４７ ピッチ変更システム
４９ ケーシング

Claims (8)

1. 上流から下流へ高圧タービン（２１）と低圧タービン（２３）を含む航空機ターボジェットから補助動力を取り出す方法であって、前記動力を高圧タービンによって駆動されるシャフト（２７）を経由して取り出すことからなる型式のものであり、前記高圧タービン（２１）が必要とする補助動力を供給するのに十分な速度で動作するのを可能にするように、アイドリング運転の範囲内で、前記低圧タービン（２３）の効率の低下を制御することを特徴とする、方法。
2. 前記低圧タービンの可動ブレードの半径方向クリアランス（４４）を操作することによって効率を低下させることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記低圧タービンのノズル羽根のピッチ（４７）を操作することによって効率を低下させることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記低圧タービンの効率の変化が、高圧タービンで駆動される前記シャフトと発電機（３３）との間に配置された機械的伝達システム（２９）によって送達されるトルクの測定値（３７）へサーボ制御されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 上流から下流へ、高圧タービン（２１）および低圧タービン（２３）と、前記高圧タービンによって駆動されるシャフト（２７）と、このシャフトに連結されてそこから動力を取り出す機械的な伝達システム（２９）とを含む航空機ターボジェットであって、ターボジェットは前記低圧タービンの効率を変化させる効率変化手段（４４から４７）および前記効率変化手段を制御する制御手段（４０ａから４０ｂ）とを含み、前記制御手段は消費されている補助動力の量を表す信号を送達するセンサー（３７）によって制御されることを特徴とする、航空機ターボジェット。
6. 前記効率変化手段が前記低圧タービンの可動ブレードの半径方向クリアランス（４４）を制御するシステムを含むことを特徴とする、請求項５に記載のターボジェット。
7. 前記効率変化手段が前記低圧タービンのノズル羽根のピッチを制御するシステム（４７）を含むことを特徴とする、請求項５または６に記載のターボジェット。
8. 前記効率変化手段が、高圧タービンによって駆動される前記シャフトと発電機（３３）との間に配置された機械的伝達システムに結合したトルクセンサーによって制御されるコンピュータ（４０ａから４０ｂ）を含むことを特徴とする、請求項５から７のいずれか一項に記載のターボジェット。

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