JP2009030604A - ターボ機械内の外部ファンダクトケーシング - Google Patents

Abstract

【課題】維持管理作業中のエンジンへのアクセスを向上させ、これによって航空機の停止時間の長さを縮小し、同時に航空機へのエンジンの力の伝達とターボジェットエンジンの充分な剛性とを保証する。
【解決手段】二次フローのための環状のフロースペースを外部に画定している円筒状ケーシングを備える二重フローターボジェットエンジンであって、円筒状ケーシングが、格子状フレームワークから、またフレームワークに固定された着脱可能なカウリングパネルから形成されており、上記フレームワークが、中間ハウジングに固定するための上流の環状フランジと、排気ハウジングに連結するための下流の環状フランジと、ターボジェットエンジンの軸線に対して平行なまたは傾斜された、２つのフランジを互いに連結させている剛性梁とを備える、二重フローターボジェットエンジン。
【選択図】図１

Description

本発明は、航空機のターボジェットエンジンなどのターボ機械用のファンダクトに関する。

ターボ機械のファンダクト（「バイパスダクト」と呼ばれることが多い）は、ターボ機械のエンジンのまわりに、ファンと排気管との間で延在し、実質的に円筒状の２つの同軸の壁を備える。これらの壁は、壁同士の間に、ファンによって引き込まれた空気の一部のための、環状のフロースペースを画定しており、これは低温フローまたは二次フローを形成する。ファンによって引き込まれた空気の他の部分は、上流から下流にかけてコンプレッサ、燃焼室、およびタービンを備えたターボ機械のエンジンの中に入ってゆき、高温フローまたは一次フローを形成する。

ダクトの内部壁は、その上流端部でターボ機械の中間ハウジングに固定され、その下流端部で排気ハウジングに連結されている。内部壁は、ターボ機械のエンジンを小さな径方向間隔で取り囲む形状となっている。

ダクトの外部壁は、その上流端部で中間ハウジングに固定され、その下流端部で懸架装置と、排気ハウジングに連結され、一般的にスラスト逆転システムの上流に位置するセンタリングシステムとに連結されている。外部壁は二次フローの空気力学的な形状化を保証し、また、エンジンの懸架力またはスラスト逆転力などの力を伝達することと、ターボジェットエンジン内の骨組みの歪みの発生を最小限に抑えることとに構造的な役割を果たすこともできる。

従来技術では、詳しくは、航空機の機体の後部に取り付けられたターボジェットエンジンの場合には、ダクトの外部壁は、実質的に円筒形状の一部片の部品からなる。この一部片の部品は、開けられることが可能であるようには形状化されておらず、維持管理作業のためにエンジンにアクセスするのに困難をもたらす。より詳しくは、このタイプのターボジェットエンジンにおけるこの部品の重要な構造的役割によって、その箇所で、機器への、またエンジンの周囲全体に分配されたノズルへのアクセスを可能にしない極めて小さなアクセス用トラップ以外のものを作り出すことができなくなる。

本発明の目的は、特に、これらの問題に対して単純で、経済的、かつ効率的な解決方法を提供して、従来技術の欠点を回避することを可能にし、特に、維持管理作業中のエンジンへのアクセスを向上させ、これによって航空機の停止時間の長さを縮小し、同時にエンジンの力の航空機への効率的な伝達とターボジェットエンジンの充分な剛性とを保証することである。

この目的のために、本発明は、中間ハウジングの下流に取り付けられ、ターボジェットエンジンのまわりの二次フローのための環状のフロースペースを外部に画定している実質的に円筒状のケーシングを備える二重フローターボジェットエンジンであって、円筒状ケーシングが、格子状フレームワークから、またこの格子状フレームワークに固定された着脱可能なカウリングパネルから形成され、上記フレームワークが、中間ハウジングに固定するための上流の環状フランジと、排気ハウジングに連結するための下流の環状フランジと、２つのフランジを互いに連結させる剛性梁とを備える、二重フローターボジェットエンジンを提案する。

したがって本発明は、維持管理作業を大幅にし易くするために、ターボジェットエンジンのファンダクトの外部ケーシングの構造部品と空気力学的部品とを分離することを提案する。

より詳しくは、本発明によるターボジェットエンジンの内部にアクセスするためには、ファンダクトの外部ケーシングの格子状フレームワークからカウリングパネルを取り外すだけでよい。アクセスは、本質的に、上流と下流それぞれの２つのフランジと、これらの２つのフランジを連結している剛性梁とから構成されたこの格子状フレームワークの形状によって、特に簡単にされる。この形状は、機器への、またターボジェットエンジンの周囲全体に規則的に分配されたノズルへのアクセスを容易にする。

カウリングパネルの形状を、円筒状ケーシングの格子状フレームワークの構造的品質にいかなる衝撃も与えずに、カウリングパネルの空気力学的性能を最適化するように選択することができる。

剛性梁は、フレームワーク上でその格子状パターンを与えるが、これを使用すると、力の吸収を広い面積にわたって分配することによってフレームワーク内の力の伝達を向上させることが可能になる。この構造物の剛性によって、推進アセンブリの中に入るせん断力の一部分が上記構造物を通過できるようにすること、したがってエンジン自体によるこれらの力の伝達を制限することが可能になる。これは、全体的にターボジェットエンジンの性能を損ねる骨組みの歪みの発生を著しく軽減させることができる。剛性梁の環状フランジへの固定点を、力の伝達を最適化するように選択することができる。しかし、維持管理作業中のエンジンの特定区域へのアクセスをし易くするために、これらの固定点の一部に対して、僅かに異なった位置を選択することが有利である場合がある。

より一般的に、本発明によるファンダクトの外部ケーシングの構築物は、この外部ケーシングの質量および製造コストの削減も可能にする。

有利には、格子状フレームワークは、軸線に平行な梁および／または軸線に対して傾斜された梁であって、上流の環状フランジを下流の環状フランジに連結させる、軸線のまわりに規則的に分配された梁を備える。

本発明の第１変形例によると、この格子状フレームワークは、実質的に三角形状であり実質的に等しい寸法の区域にケーシングを分割する、軸線に対して傾斜された剛性梁を備え、これらの梁のそれぞれが、上流端部を上流の環状フランジに固定され、下流端部を下流の環状フランジに固定されている。

この特に単純なジグザク状の格子状パターンは、優れた力の伝達を特徴としている。

本発明のさらなる変形例によると、格子状フレームワークは、上流の環状フランジと下流の環状フランジとの間に同軸に配置された、真っ直ぐかつ剛性の梁および／または、軸線に対して傾斜された梁によって、上流の梁と下流の梁に連結された中間補強リング部を備える。

この第２の格子状パターンは、中間補強リング部の存在によってより短い梁が使用できることから、比較的長いファンダクトに対して、あるいは一般的に構造物の剛性をさらに向上させるのに有利であり得る。

各剛性傾斜梁は、隣接した２つの梁それぞれと同じ角度αを形成していることが好ましい。

本発明のさらなる特徴によると、カウリングパネルは防音的保護をもたらすコーティングを備える。

これらのパネル内にトラップが設けられていないことと、パネルの大きな表面積とによって、ファンダクトの防音処理が向上され得、したがって、ターボジェットエンジンによって生じる音響の障害がより一層軽減される。

格子状フレームワークを金属から製造することができ、またこれを１つの部片とすることもでき、あるいは機械的に溶接、または共にボルト締めされた要素から形成することもできる。

あるいは、格子状フレームワークを、共にネジ締め、リベット留め、または接着された、複合材料からできた要素から形成することもできる。

本発明のさらなる特徴によると、機器用のモジュールが、円筒状ケーシングの格子状フレームワークの環状フランジに固定されている。

添付図面を参照して、非制限的な例として行う以下の説明を読むことによって、本発明がより充分に理解され、本発明のさらなる詳細、利点、および特徴がより明らかになる。

図１は、ナセル１２（断面で示している）によって取り囲まれた２重フローターボジェットエンジン１０を示しているが、これは、本質的に、上流から下流にかけて、ファンハウジング１４と、中間ハウジング１６と、実質的に円筒状の２つの同軸ケーシング、即ち内部ケーシング１８および外部ケーシング２０から形成されたファンダクトと、排気ハウジングの下流に取り付けられた排気コーン２４の上流部を取り囲んでいるミキサ２２とを備える。ファンダクトの内部ケーシング１８は、一般的にＩ．Ｆ．Ｄ．（内側ファンダクト）として知られており、外部ケーシング２０は一般的にＯ．Ｆ．Ｄ．（外側ファンダクト）として知られている。

ファンハウジング１４は、当業者によってよく知られている方法でターボジェットエンジンのタービンによって回転駆動されるファンインペラを取り囲んでいる。エンジンの作動中、ファンは、二次フローであって、後部に向かってターボジェットエンジンのまわりを、円筒状内部ケーシング１８と外部ケーシング２０との間で流れ、エンジンのスラストの一部をもたらす二次フローを生成する。エンジンに進入する空気の一部は、ターボジェットエンジンの入口コンプレッサに空気供給を行い、次いで燃焼室内の燃料と混合される。燃焼室から出現する燃焼ガス２６は、タービンの中に入り、次いで排気ハウジングの中に放出され、ミキサ２２を通ってターボジェットエンジンから退出して、排気コーン２４に沿って流れ、ファンダクトから出てくる二次フロー２８と混合されるようになる。

本発明によると、ファンダクトの外部ケーシング２０は、二次フローを導くための着脱可能なカウリングパネル３２が上に固定されたフレームワーク３０から形成されている。このフレームワーク３０は、中間ハウジング１６の環状フランジに、例えばボルト締めによって一緒に固定されるための上流の環状フランジ３４を備える。フレームワーク３０はまた、懸架用リング部３８に固定するための下流の環状フランジ３６を備える。懸架用リング部３８は、よく知られている方法で排気ハウジングに連結された、例えば３本の連結ロッド４０によって担持されている。

外部ケーシング２０のフレームワーク３０の２つのフランジ３４、３６は、本発明によって、剛性であり、ターボジェットエンジンの軸線４４に対して傾斜している傾斜梁４２によって連結されている。これらのフランジは長手方向の、即ちターボジェットエンジンの軸線に平行な梁４６によって連結されていることも好ましい。図１が示しているように、外部ケーシングのフレームワーク３０は、例えば、ターボジェットエンジンの軸線４４のまわりに規則的に分配された、一般的に長方形状の４つの部分的円筒体を画定している４つの長手方向の梁４６を備えることができる。各部分的円筒体は、傾斜梁４２の１つによって、実質的にその対角線の１つに沿って分割されることによって、一般的に三角形状の２つの区域を画定している。図１で示している構成では、フレームワーク３０は、最適な剛性と力を吸収する能力とを有する。この構成では、傾斜梁４２はジグザグ状のパターンで配置されている。即ち各梁４２は、隣接した２つの梁４２の一方を上流のフランジ３４に固定するための区域付近の区域内で、フランジ３４に固定され、隣接した梁４２の他方を下流のフランジ３６に固定するための区域付近の区域内で、フランジ３６に固定されており、これによって傾斜梁４２のアセンブリがフレームワーク３０に格子状パターンをもたらすようになっている。

カウリングパネル３２はそれぞれ、格子状フレームワーク３０の三角形区域と実質的に一致する形状を有することによって、傾斜梁４２と長手方向の梁４６とに、また上流の環状フランジ３４と下流の環状フランジ３６とにも固定されることが可能になっている。この固定は、例えば一緒にボルト締めすることによって、従来通り実施されることが可能である。これらのパネルは、ナセル１２の内部面の特定区域、例えば空気入口ダクトの領域内で従来通り使用されているものと類似の防音用コーティングを、パネルの内部表面上に備える。

飛行中、外部ケーシング２０のフレームワーク３０の格子構造は、特に剛性の傾斜梁４２の配置によって、エンジンの懸架力などのフレームワークによって吸収された力の分配を向上させることを可能にする。フレームワークはまた、その剛性の向上によって、ファンダクトの下流に取り付けられたスラスト逆転システムが使用される際の反スラスト負荷に関する挙動の改善をも実現し、より全般的な形で、エンジンを通過するせん断力を制限し、したがって骨組みの歪みの発生を軽減することが可能である。

本発明によるカウリングパネル３２はさらに、エンジンにアクセスするためのトラップが設けられた従来型のファンダクトの外部ケーシングよりも大きな防音処理用の表面積を提供する。

静止時に、格子状フレームワーク３０からエンジンに容易にアクセスできるように、カウリングパネル３２を容易に取り外すことができる。本発明は、特に機器とエンジンの周囲全体に配置されたノズルとにアクセスすることを可能にする。

以上に開示し、図１に示している傾斜梁４２の配置は、最大の剛性をもたらすが、僅かに異なった配置を選択して、これらの区域がこれらの梁４２の１つによって隠されないようにすることによって、エンジンの特定区域へのアクセスを開けるようにすることも有利である場合がある。

図２では、ターボジェットエンジン１０のファンダクトの外部ケーシング２０は、さらに中間補強リング部５０を、この外部ケーシングのフレームワーク３０内に一体化して備える。この補強リング部５０は、上流フランジ３４と下流フランジ３６と同軸に、これら２つのフランジの間のほぼ中間で配置されており、長手方向の補強梁４６によって画定された４つの部分的円筒体のそれぞれを、一般的に長方形状の２つの区域に分割し、これによってフレームワーク３０が、補強リング部５０の上流に４つの部分的円筒体を、またこの補強リング部の下流に４つの部分的円筒体を備えるようになる。

フレームワーク３０は、図１に示している本発明の第１変形例の傾斜梁と類似の方法で配置された剛性の傾斜梁５２、５４からなるアセンブリを２つ備える。より詳しくは、フレームワークは、上流の４つの第１傾斜梁５２であって、ジグザク状のパターンに配置され、上流の環状フランジ３４を中間補強リング５０に連結させ、それぞれが補強リング部５０の上流に位置付けられている４つの部分的円筒体のうちの１つの対角線に沿って延在している第１傾斜梁５２を備える。下流では、フレームワーク３０は、４つの第２傾斜梁５４であって、これらもジグザク状のパターンに配置され、中間補強リング５０を下流の環状フランジ３６に連結させ、それぞれが補強リング部５０の下流に位置付けられている４つの部分的円筒体のうちの１つの対角線に沿って延在している第２傾斜梁５４を備える。

本発明のこの第２変形例では、中間補強リング部５０の存在を考慮して、傾斜梁５２と傾斜梁５４とは、第１変形例の梁より短く、三角形状ゾーンもより短くなっている。このことはこの構造物にさらなる剛性の向上をもたらす。したがって、この変形例は、比較的長いターボジェットエンジン、あるいは第１変形例の単純な格子構造にとっては大きすぎる力を生成することが可能なエンジンに対して、特によく適合されたものとなる。

全体として述べると、本発明は、このケーシングを、一方で、ケーシングの構造的機能を果たす堅固なフレームワークに、他方で、ケーシングの空気力学的機能および防音機能を果たすカウリングパネルに分割することによって、ファンダクトの外部ケーシングの重量増加を許容し、さらにその製造コストの縮小も可能にする。

本発明によるターボジェットエンジンの第１変形例の概略的斜視図である。 本発明によるターボジェットエンジンの第２変形例の概略的斜視図である。

符号の説明

１０ ２重フローターボジェットエンジン
１２ ナセル
１４ ファンハウジング
１６ 中間ハウジング
１８ 内部ケーシング
２０ 外部ケーシング
２２ ミキサ
２４ 排気コーン
２６ 燃焼ガス
２８ 二次フロー
３０ フレームワーク
３２ カウリングパネル
３４ 上流の環状フランジ
３６ 下流の環状フランジ
３８ 懸架用リング部
４０ 連結ロッド
４２ 傾斜梁
４４ ターボジェットエンジンの軸線
４６ 長手方向の梁
５０ 補強リング部
５２ 第１傾斜梁
５４ 第２傾斜梁

Claims (10)

1. 中間ハウジングの下流に取り付けられ、ターボジェットエンジンのまわりの二次フローのための環状のフロースペースを外部に画定している実質的に円筒状のケーシングを備える二重フローターボジェットエンジンであって、円筒状ケーシングが、格子状フレームワークから、またこの格子状フレームワークに固定された着脱可能なカウリングパネルから形成され、前記フレームワークが、中間ハウジングに固定するための少なくとも１つの上流の環状フランジと、排気ハウジングに連結するための下流の環状フランジと、２つのフランジを互いに連結させる剛性梁とを備える、二重フローターボジェットエンジン。
2. 格子状フレームワークが、軸線に平行な、軸線のまわりに規則的に分配された梁を備える、請求項１に記載のターボジェットエンジン。
3. 格子状フレームワークが、軸線に対して傾斜された剛性梁であって、これらの梁のそれぞれが、上流端部を上流の環状フランジに固定され、下流端部を下流の環状フランジに固定されている、請求項１または２に記載のターボジェットエンジン。
4. 格子状フレームワークが、上流の環状フランジと下流の環状フランジとの間に同軸に配置されて、梁によって上流の環状フランジと下流の環状フランジとに連結された中間補強リング部を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のターボジェットエンジン。
5. 傾斜梁が、環状フランジ同士の間でジグザク状のパターンに配置されている、請求項３または４に記載のターボジェットエンジン。
6. 各傾斜梁が、隣接した２つの梁それぞれと同じ角度αを形成している、請求項３から５のいずれか一項に記載のターボジェットエンジン。
7. カウリングパネルが防音的保護をもたらすコーティングを備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のターボジェットエンジン。
8. 格子状フレームワークが金属から製造され、一部片であり、あるいは機械的に溶接、または共にボルト締めされた要素から形成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載のターボジェットエンジン。
9. 格子状フレームワークが、共にネジ締め、リベット留め、または接着された、複合材料からできた要素から形成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載のターボジェットエンジン。
10. 機器用のモジュールが、格子状フレームワークの環状フランジに固定されている、請求項１から９のいずれか一項に記載のターボジェットエンジン。

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