JP2008537049A - 一体型エンジン空気粒子フィルタアッセンブリ - Google Patents

Abstract

ヘリコプタにおけるエンジン空気粒子フィルタシステムは、ヘリコプタに固定される支持構造体を有する。支持構造体は、複数のリブを有する。複数のリブおよび支持構造体は、複数の開口を形成する。フィルタ媒体を収容する複数のトレイは、各々、複数の開口の各々の内部に気密に嵌合される。複数のトレイの各々が複数の開口の各々に対して選択的に挿入され、かつ選択的に取り出され得るように、コネクタが、複数のトレイの各々を支持構造体に離脱可能に固定する。

Description

本発明は、エンジン空気粒子分離器／フィルタアッセンブリに関する。

回転翼航空機は、種々の形式のエンジンを利用して運転されることが多い。これらのエンジンの運転に特有な性質は、空気が連続的に回転翼航空機の外周縁の吸気口を通ってエンジンに流入することである。流入した空気は燃料と混合し、最適な空燃比をもつ混合気とされる。この燃料／空気混合気は、火花放電を受け、点火される。これで生じる爆発により、種々のエンジン構成要素を駆動するのに必要な力が得られる。

回転翼航空機は、さまざまな環境条件の下で運転される。さまざまな条件により、種々の大きさや組成をもつ不純物を含む空気が生じる。例として、都市環境における空気は、葉などの比較的大きな寸法の不純物を含み、砂漠における空気は、砂粒などの比較的小さな寸法の不純物を含むことがある。加えて、回転翼航空機は、時節および地理学的な場所によって変化するさまざまな温度環境で運転される。極寒温度では、予防処置がなされない限り、エンジン構成要素が凍結することもある。

現在、回転翼航空機のエンジンに入る前に空気を濾過するのに、エンジン空気粒子分離器（ＥＡＰＳ）およびバリアフィルタシステムが用いられている。多くの場合、回転翼航空機のおかれる環境条件により、ＥＡＰＳかバリアフィルタのいずれを用いるかが決められる。例えば、ＥＡＰＳは、空気が比較的大きい寸法の不純物を含む場合であるか凍結温度の環境において、適すると思われる。一方、バリアフィルタ技術は、砂粒などの空気が比較的小さい寸法の不純物を含む砂漠のような環境において、適することが示されている。

図２に示されるように、現在利用可能なＥＡＰＳは、２つのパネル内に配置される複数の個々の遠心分離器旋回チューブを備える。エンジン空気粒子分離器（ＥＡＰＳ）は、使用に際して、エンジン入口ダクトの前方に取り付けられるように寸法および構成を有し、砂および塵埃の吸入による航空機エンジンの侵食を低減させるように設計されている。さらに、ＥＡＰＳは、清浄化された空気をエンジン入口に流入させつつ、電動送風機により動力を与えられる掃気システムを介して汚染空気を機外へ吐出させるように構成されている。

加えて、ＥＡＰＳでは、濾過された不純物がユニット内に堆積しないので、クリーニングをほとんど必要としない。従って、エンジン動力の損失は、時間の経過に対しほぼ一定に保たれる。さらに、ＥＡＰＳは、いくつかの着氷条件の下でも正常に作動することが示されている。従って、ＥＡＰＳは、粒子分離器として作動するだけでなく、エンジンのあるレベルの着氷予防をもたらす。着氷予防のレベルは、自由空気流に対する旋回チューブの向きによって変わる。ＥＡＰＳが開発される前には、図３に示されるように、入口ダクトには、エンジンへの着氷を防止する一体型の電熱要素が装備されていた。ＥＡＰＳを用いることにより、一体型の伝熱要素を無効にし、または取り除くことができる。

過酷な砂や塵埃のある運転環境では、ＥＡＰＳが十分な粒子分離効率を示さないことが、最近の現場実験によって明らかになっている。これは、主に、極めて微細な粒子を入口空気流から除去する旋回チューブの効率が比較的低いことによる。その結果、エンジン侵食予防の許容範囲を超えるレベルが生じることがある。

これらの環境では、乗物にはバリアフィルタが装備されることが多い。ＥＡＰＳ技術と対照的に、バリアフィルタ技術によれば、砂および塵埃の環境下において満足なエンジン侵食予防が得られることが示されている。バリアフィルタは、極めて微細な粒子のほぼ９９％を分離することができる。空気から濾過された粒子は、フィルタ内に保持される。砂や塵埃がフィルタ内に堆積すると、エンジンの出力が減少し、その結果、航空機の性能が低下する。従って、フィルタは、塵埃を除去するための定期的な整備を必要とする。

現在、渦流式チューブ技術を有するＥＡＰＳの使用からバリアフィルタパネルを用いるアッセンブリに切り換える迅速かつ安価な方法がない。現在、このような切り換えは、フィルタシステムの全体を回転翼航空機から取り外し、他のフィルタシステムと置き換えることを必要としている。渦流式チューブとバリアフィルタパネルとを迅速かつ安価に切り換えることが可能であれば、航空機の所有者にとって有益となろう。

本発明の例示的な態様によるエンジン空気粒子フィルターシステムは、複数の開口を画定する支持構造体を備え、この複数の開口の各々は、第１のフィルター媒体を支持する第１のトレイ、および第１のフィルター媒体と異なる第２のフィルター媒体を支持する第２のトレイのうち少なくとも一方を選択的に収容するように構成されている。

本発明の上記の特徴および利点ならびに他の特徴および利点は、以下の詳細な説明、図面、および特許請求の範囲から、当業者に正しく認識かつ理解される。

図１を参照すると、回転翼航空機１２のガスタービンエンジンのようなエンジン１４と関連するエンジン空気粒子フィルタシステム１０の非制限的な実施例が示されている。このエンジン空気粒子フィルタシステム１０は、回転翼航空機１２に基づいて示されているが、飛行機や地上車などの種々のエンジンおよび種々の乗物と組み合わせて使用され得ることを理解されたい。

システム１０は、さまざまな環境条件において空気を効果的に濾過できるように、種々の形式のフィルタ媒体を迅速に取替え可能であることが有利である。

図４，５に示されるように、エンジン空気粒子フィルタシステム１０は、支持構造体１８を含む。支持構造体１８は、複数のリブ２８を含む。支持構造体１８の２つの部分および互いに隣接する２つのリブが、１つの開口４０を画定する。図４には、６つのリブおよび５つの開口４０を有するエンジン空気粒子フィルタシステム１０が示されているが、本開示によるエンジン空気粒子フィルタシステム１０は、適切であると考えられる数のリブおよび開口を有し得る、ということが見込まれている。また、図４に見られるように、支持構造体１８は、ほぼ半円の形状をなす。しかし、支持構造体１８は、例えば、これに制限されないが、図６，７に示されるような概ね円形の形状を含む適切な形状を有し得る、ということが見込まれている。非制限的な実施例において、支持構造体１８および複数のリブ２８の各々は、回転翼航空機１２と関連する応力および熱に十分に耐えることのできる材料から作製される。例えば、本開示では、支持構造体１８および複数のリブ２８の各々が、鋼、アルミニウム、複合材料、およびこれらの組合せから作製され得ることが考慮されている。

図４〜７に示されるように、エンジン空気粒子フィルタシステム１０は、前端３０も有する。前端３０は、支持構造体１８と気密な接続を形成するのに望ましい形状に構成され得る。非制限的な実施例において、前端３０は、回転翼航空機１２と関連する応力および熱に十分に耐える材料から作製される。例えば、本開示では、前端３０が、鋼、アルミニウム、複合材料、およびこれらの組合せから作製され得ることが考慮されている。

エンジン空気粒子フィルタシステム１０は、開口４０と同じ数だけの複数のトレイ２０も含む。トレイ２０は、フィルタ媒体を含むことが見込まれている。フィルタ媒体は、空気から不純物を効果的に濾過および除去するのに適切な形式のものであればよい。非制限的な実施例において、フィルタ媒体は、バリアフィルタパネル３４（図７）であることもあれば、渦流式チューブ３２（図６）であることもある。

図６，７に示されるトレイ２０は、概ね矩形の形状を有するが、開口４０内に適合するのに適する種々の形状とし得ることが考慮されている。また、トレイ２０は、概ね平坦な上面４８を有する。しかし、上面４８は、湾曲していてもよいことが見込まれている。トレイ２０は、トレイ２０の上面４８に対して隆起している左側トリム４２と、トレイ２０の上面４８に対して平坦な右側トリム４４と、を有する。トレイ２０は、前方トリム５６および後方トリム５８も有する。非制限的な実施例において、左側トリム４２、右側トリム４４、前方トリム５６、および後方トリム５８は、一体のエッジシール部４６を形成しつつ、回転翼航空機１２と関連する応力および熱に耐えるのに適すると考えられる材料から作製される。一体のエッジシール部４６は、左側トリム４２と、右側トリム４４と、リブ２８と、支持構造体１８と、の間で気密に接続する。例えば、本開示では、右側トリムおよび左側トリムは、鋼、アルミニウム、複合プラスチック、プラスチック組成物、ゴム、ゴム組成物、およびこれらの組み合わせから作製され得ることが考慮されている。加えて、非制限的な一実施例において、各トレイ２０は、同一の寸法および形状を有する。

さらに、エンジン空気粒子フィルタシステム１０は、１つまたは複数のコネクタ５２を含む。図８に示されるように、コネクタ５２は、トレイ２０と支持構造体１８とを気密に接続しながら、トレイ２０を支持構造体１８に離脱可能に固定することを可能にする種々の形式のものでよい。非制限的な一実施例において、コネクタ５２は、左側トリム４２の長手方向の中心軸に沿った迅速回転締め具（ｑｕｉｃｋ−ｔｕｒｎ ｆａｓｔｅｎｅｒｓ）を備える。隣接トレイ２０の右側トリム４４は、隣接トレイ２０の左側トリム４２の複数の１／４回転締め具と対応する複数の孔を有する。加えて、支持構造体１８は、左側トリム４２の１／４回転締め具および右側トリム４４の複数の孔の両方と同じ位置にある複数の迅速回転保持具を有する。他のコネクタは、種々の他の形式の適切な金具類を含み得るがこれに限定しない、ということが見込まれている。

トレイ２０は、支持構造体１８内に嵌合して収まる。個々のトレイ２０の左側トリム４２および右側トリム４４の両方が、長手方向リブ２８によって支持される。トレイ２０の前方リム５６は、前端３０の上に置かれ、後方リム５８は、支持構造体１８内の中央フレーム支持体７０の上に置かれる。トレイ２０の左側トリム４２および右側トリム４４の底面は、すべて、ゴム材料からなる接着片（ｂｏｎｄｅｄ−ｏｎ ｓｔｒｉｐｓ）のようなシール材料によってコーティングされている。一体化された１／４回転締め具が、トレイ縁を左右の各側トリムに沿って支持構造体１８に固定する。加えて、トレイ２０の底は、支持構造体１８に対する挿入指標部（ｉｎｓｅｒｔ ｉｎｄｅｘｅｓ）を有し、この挿入指標部が確実な位置合せと内部シーリングとをもたらす。

非制限的な一実施例において、図５，８，９に示されるように、エンジン空気粒子フィルタシステム１０の組立時に、複数のトレイ２０の各々は、同じように組み立てられる。すなわち、各トレイ２０は、左側トリム４２を有し、この左側トリム４２は、長手方向の中心軸に沿って一列に配列された複数の１／４回転締め具を有する。また、各トレイ２０は、右側トリム４４も有し、この右側トリム４４は、左側トリム４２に備わる一連の１／４回転締め具と位置および配列が一致する一連の孔を有する。加えて、支持構造体１８は、右側トリム４４の一連の孔および左側トリム４２の一連の１／４回転締め具に対応する複数の１／４回転保持具を有する。第１のトレイ２０が、対応する開口４０内に置かれる。第１のトレイ２０の左側トリム４４は、支持構造体１８の隆起した縁面に置かれ、左側トリムと支持構造体の隆起した縁面とを接続するのに十分な種々の手段によって、固定される。その後、第２のトレイが、左側トリム４４の一連の１／４回転締め具が第１のトレイの右側トリム４４の一連の孔を通して支持構造体１８の対応する１／４回転保持具に挿入されるように、配置される。１／４回転締め具を時計方向に１／４回転させることによって、第１のトレイおよび第２のトレイ２０の各々を、支持構造体１８に気密に固定し、これによって、第１のトレイと第２のトレイとの間に一体のエッジシール４６を形成する。同様の方法により、各隣接トレイを追加し、開口４０の各々がトレイ２０によって装填されるまで取り付け続ける。最後のトレイ２０が加えられると、右側トリム４４を支持構造体１８に気密に固定するのに十分な手段によって、右側トリム４４を支持構造体１８に固定する。例えば、最後のトレイの右側トリム４４の一連の孔に対応する一連の１／４回転締め具を有する金属片を用いて、最後のトレイ２０を支持構造体１８に気密に固定することができる。

一体化されたエッジシール４６は、トレイ２０の各々を気密に接続し、空気がエンジン空気粒子フィルタシステム１０の空間を通って漏れることを防ぐ。加えて、トレイ２０が支持構造体１８に固定されると、前方トリム５６が、支持構造体１８に気密に接合される。同様に、後方トリム５８も、支持構造体１８に気密に接合される。

他の非制限的な実施例において、図１０に示されるように、同一のトレイ２０の各々を、複数の開口４０の各々に滑らせて順次挿入し、複数の開口４０の各々を対応するトレイ２０によって装填する。その後、トレイ２０の各々を、上述のように、支持構造体１８に固定する。最後のトレイの右側トリム４４は、右側トリム４４を支持構造体に気密に接続するのに適切な手段によって、支持構造体に固定される。例えば、上述のように、右側トリム４４の各孔と同じ位置にある複数の１／４回転締め具を有する金属片を用いてもよい。他の非制限的な実施例において、最後のトレイ２０を支持構造体１８にさらに持続的に取り付けるために、ネジまたはボルトが用いられ得ることが見込まれている。

システム１０を組み立てた後、適切と考えられる方法により、支持構造体１８を回転翼航空機１２に取り付ける。例えば、一つの方法では、ＥＡＰＳ胴部の最前部が、「Ｊバー」として知られる航空機に取り付けられる管状支持構造を介して、航空機に取り付ける。ＥＡＰＳ胴部は、このチューブにヒンジ結合し、ドアのように動作する。後部では、機体に取り付けられたリングが固定嵌着部（ｆｉｘｅｄ ｌａｎｄｉｎｇ）をもたらし、ＥＡＰＳ胴部に取り付けられた保持ラッチが、この固定嵌着部に取り付けられる。

以下、本発明の非制限的な一実施例によるエンジン空気粒子フィルタシステム１０の作動について、図１，６，７を参照して、説明する。

図１に示されるように、エンジン空気粒子フィルタシステム１０は、内燃機関１４の前方に配置される。不純物を含む空気がトレイ２０の各々のフィルタ媒体を通過して流れるように、エンジン空気粒子フィルタシステム１０の各部の間は、気密に接続されている。フィルタ媒体を通過して流れる空気の量は、各トレイ２０の大きさおよび形状と、空気経路に対するトレイ２０の向きと、に依存する。

第１の非制限的な実施例において、トレイ２０がバリアフィルタパネル３４を収容する場合、空気からの不純物は、フィルタパネルの表面に捕集され、濾過された空気は、フィルタ媒体を通過してエンジン空気粒子フィルタシステム１０に流入する。その後、この空気は、チューブを通って内燃機関１２の入口に流入する。整備の際に、コネクタ５２の接続を解除し、トレイ２０を取り外すことによって、各トレイ２０を支持システム１８から迅速に分離することができる。その後、バリアフィルタパネル３４を清浄化し、パネル３４に捕集された不純物を除去することができる。代替的に、フィルタ媒体を含む交換トレイ２０を開口４０内に挿入し、前述のように、適所に迅速に固定することができる。

他の非制限的な実施例において、トレイ２０が、渦流式チューブ３２をフィルタ媒体として収容する。使用により、不純物を含む空気が渦流式チューブを通流し、不純物が空気から除去される。その後、清浄な空気が空気入口を通ってエンジン内に流入する。一方、汚染空気は、電動送風機（図示せず）によって動力を与えられる掃気システムを通って、機外に吐出される。整備の際に、各トレイ２０を支持システム１８から迅速に取り外すことができ、トレイおよびフィルタ媒体を清浄化するか、または代替的に、前述のように、交換トレイ２０を開口４０内に再挿入し、支持システム１８に固定することができる。

非制限的な実施例において、複数のトレイ２０の各々は、同一の形式のフィルタ媒体を有する。しかし、いくつかの非制限的な実施例において、異なるフィルタ媒体を収容するトレイ２０が用いられ得ることが見込まれている。加えて、エンジン空気粒子フィルタシステム１０の整備の際に、渦流式チューブ３２などの１つの形式のフィルタ媒体を収容するトレイ２０が、バリアフィルタパネル３４などの異なる形式のフィルタ媒体を収容する他のトレイ２０と置き換えられ、またはその逆に置き換えられ得ることも考慮されている。

「第１」、「第２」、「第３」、「高位の」、「低位の」などの用語は、ここでは、種々の要素を修飾するために用いられていることに留意されたい。これらの修飾語は、特に述べられて限り、修飾された要素に空間的、順次的、または階層的な順番を意味するものではない。

本開示を１つまたは複数の非制限的な実施例を参照して説明したが、当業者であれば、本開示の範囲から逸脱することなく、種々の変更がなされ、本開示の要素が等価物と交換され得ることを理解されるであろう。加えて、本開示の範囲から逸脱することなく、本開示の教示に対して特定の状況または材料を適合させるように、多くの修正がなされ得る。従って、本開示は、最良の形態として開示された（１つまたは複数の）特定の非制限的な実施例に制限するものではなく、特許請求の範囲内に含まれるすべての非制限的な実施例を包含することを意図している。

回転翼航空機に用いられる本開示によるエンジン空気粒子分離器（ＥＡＰＳ）の非制限的な実施例を有する回転翼航空機の上面斜視図。 従来技術のＥＡＰＳの一例を示す図。 従来技術のＥＡＰＳの分解図。 図１に示されるエンジン空気粒子フィルタシステムの第１の非制限的な実施例の上面斜視図。 図４に示されるエンジン空気粒子フィルタシステムの部分的な分解図。 （渦流式チューブを利用する）図１に示されるエンジン空気粒子フィルタシステムの第２の非制限的な実施例の側面斜視図。 （バリアフィルタを利用する）図１に示されるエンジン空気粒子フィルタシステムの第２の非制限的な実施例の側面斜視図。 図６，７に示されるエンジン空気粒子フィルタシステムの部分的な分解図。 図８に示されるエンジン空気粒子フィルタシステムの部分的な組立図。 図６，７に示されるエンジン空気粒子フィルタシステムの部分的な分解図。

Claims (12)

1. 複数のリブを有し、ヘリコプタに固定される支持構造体と、
   前記複数のリブおよび前記支持構造体によって形成された複数の開口と、
   その各々がフィルタ媒体を収容し、前記複数の開口の各々の内部に気密に適合した複数のトレイと、
   前記複数のトレイの各々が前記複数の開口の各々に対して選択的に挿入され、かつ選択的に取り外され得るように、前記複数のトレイを前記支持構造体に離脱可能に固定する複数のコネクタと、
   を備えるヘリコプタのエンジン空気粒子フィルタシステム。
2. 前記フィルタ媒体が、渦流式チューブからなることを特徴とする請求項１に記載のエンジン空気粒子フィルタシステム。
3. 前記フィルタ媒体が、バリアフィルタからなることを特徴とする請求項１に記載のエンジン空気粒子フィルタシステム。
4. 前記支持構造体が、円筒形の形状であることを特徴とする請求項１に記載のエンジン空気粒子フィルタシステム。
5. 前記支持構造体が、半円形の形状であることを特徴とする請求項１に記載のエンジン空気粒子フィルタシステム。
6. 前記複数のトレイの各々が、平坦な上面を有することを特徴とする請求項１に記載のエンジン空気粒子フィルタシステム。
7. 前記複数のトレイの各々が、湾曲した上面を有することを特徴とする請求項１に記載のエンジン空気粒子フィルタシステム。
8. 前記複数のトレイの数が、前記複数の開口の数と同じであることを特徴とする請求項１に記載のエンジン空気粒子フィルタシステム。
9. 各々が第１の空気濾過媒体を収容する第１の複数のトレイを前記エンジン空気粒子フィルタシステムの支持構造体に離脱可能に固定する複数のコネクタを取り外すステップと、
   前記第１の複数のトレイを支持構造体から取り外す取り外しステップと、
   各々が第２の空気濾過媒体を収容する第２の複数のトレイを前記支持構造体内に挿入する挿入ステップと、
   前記複数のコネクタが前記第２の複数のトレイを前記支持構造体に離脱可能に固定するように、前記複数のコネクタを再接続する再接続ステップと、
   を含むエンジン空気粒子フィルタシステムの第１の空気濾過媒体を第２の空気濾過媒体に置き換える方法。
10. 前記挿入ステップが、前記第２の複数のトレイの各々を前記支持構造体の開口内に滑らせて挿入することをさらに含む請求項９に記載の方法。
11. 前記挿入ステップが、前記第２の複数のトレイの各々を前記支持構造体の開口内に配置することをさらに含む請求項９に記載の方法。
12. 前記取り外しステップが、前記第１の複数のトレイの各々を前記支持構造体の開口から滑らせて取り外すことをさらに含む請求項９に記載の方法。

Images