JP2009516793A - 航空機のタキシング方法および装置 - Google Patents

Abstract

航空機のタキシングに使用される装置であって、少なくとも１つのマルチスプール型ガスタービンエンジン（１０）を備え、このエンジン（１０）は、このエンジン（１０）の低圧スプールにトルク駆動式に係合された電気モータ（３０）を備える。低圧スプールは、回転によりスラストを生成するように、低圧スプロケットに連結された推進器(１２)を備える。電気モータおよび電気動力源にコントローラが接続されており、このコントローラは、動力源から電気モータへ供給される電力の量を制御して、推進器を駆動し、推進器によって、タキシング中の航空機を移動させる少なくとも大部分のスラストを生成させる

Description

本発明は、一般に、少なくとも１つのガスタービンエンジンを有する航空機のタキシング方法およびその装置に関する。

多くの空港、特に小規模の空港において、乗客は、ターミナルゲートと航空機との間の屋外を歩かされることがある。乗客および空港職員は、ガスタービンエンジンを運転中の航空機からは十分な距離を取る必要がある。乗客および空港職員が航空機のすぐ近くにいないとしても、運転中のエンジンからは騒音および後流が生じるため、航空機から離れる必要がある。

これにより、到着から出発までの間隔が長くなるため、特に短時間に多くの寄港を行う航空機の場合には重大な欠点となる。また、混雑している空港の場合には、ターミナルゲートから滑走路へ行く間、あるいは滑走路からターミナルゲートへ行く間、航空機のエンジンを長時間に亘ってアイドル状態あるいは低速回転で運転させ続けなければならない。航空機をタキシングするために少なくとも１つのエンジンを運転しておくことが必要であり、滑走路、あるいはサービスエリアのゲートに着くまで運転し続けなければならない。エンジンの運転中は燃料を燃焼するので、航空機のタキシング中の遅延により、運転コストが増加してしまう。

このような問題を少なくとも部分的に軽減するために、本願は、エンジンに設けられた電気モータから少なくとも大部分の動力を受ける推進器によりタキシング中のスラスト（推力）を発生させる１つまたは複数のエンジンを利用して、航空機が自力でタキシングできるように改良された方法および装置を提供することを目的とするものである。

一態様において、本発明は、航空機用のタキシング装置を提供する。本装置は、エンジンの低圧スプールにトルク駆動式に係合された電気モータを有し、低圧スプールが、回転時にスラストを発生させるように、該低圧スプールに連結された推進器を有する、少なくとも１つのマルチスプール型のガスタービンエンジンと、電気モータおよび電気動力源に接続されたコントローラと、を備え、コントローラは、動力源から電気モータへ供給される電力の量を制御して、推進器を駆動し、推進器によって、タキシング中の航空機を移動させる少なくとも大部分のスラストを生成させる。

別の態様において、本発明は、タキシング時の航空機に使用される、ガスタービンエンジンにスラストを生成する装置を提供する。このエンジンは、少なくとも１つのタービンに機械的に連結された推進器を有し、この推進器は、少なくとも離陸時および飛行中にタービンから動力を供給されるように構成、配置されている。本装置は、このエンジンの推進器と機械的に連結された電気モータと、エンジンのタービンからの少なくとも大部分の動力に換わって、タキシング中に推進器を回転させて航空機を移動させるために電気モータに十分な電力を供給する手段と、を備える。

また別の態様において、本発明は、航空機に搭載されたガスタービンエンジンの推進器によって生成されるスラストを用いてタキシング中の航空機を移動する方法を提供する。エンジンは、推進器にトルク駆動式に係合された電気モータを備え、本方法は、推進器を回転させるように電気モータに電力を供給するステップと、この電気モータを用いて推進器によって航空機を移動するのに十分なスラストを発生させるステップと、を含むことを特徴としている。

さらに別の態様において、本発明は、停止中のガスタービンエンジンから電力を生成する方法を提供する。エンジンは、推進器を有するとともに、飛行する航空機に搭載される。この方法は、飛行中の航空機が大気中を移動することによって生じるウィンドミル効果を利用して推進器を回転させるステップと、ウィンドミル効果によってガスタービンエンジンの推進器に生じるトルクを利用して電力を生成するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明のさらなる詳細、および他の態様は、以下の詳細な説明と図面から明らかになるであろう。

図１は、ターボファン１０の例を示す。このエンジン１０は、周囲の空気を通流させて推進する推進器（ここではファン）１２と、その空気を加圧する多段圧縮機１４と、加圧された空気を燃料と混合して点火し、高温の燃焼ガスの環状流を発生させる燃焼器１６と、燃焼ガスからエネルギを抽出するタービン部１８と、を直列に流体連通した状態で備えている。ファン１２は、回転時に、タービン部１８の少なくとも１つのタービンから受けた動力を用いて推力（スラスト）を発生させる。

図１では、ファン１２が連結された低圧スプールのシャフト２２に同軸的に搭載されかつトルク駆動式に係合された電気モータ３０を備えるエンジン１０が図示されている。電気モータ３０は、エンジン１０で燃料を使用することなしに、あるいは著しく少ない量の燃料で、航空機をタキシングするため十分強力にファン１２を駆動するように設計されている。この電気モータ３０に対して、電源３２から、モータと電源との間に接続されたコントローラ３４を介して電気が送られる。電源３２は、１つまたは複数の電池、補助動力ユニット（ＡＰＵ）、この航空機の他のエンジンからの発電機などを含んでもよい。

必要であれば、同軸的に搭載された電気モータ３０の替わりに、図１に点線で示したようにタワーシャフト４２を介して低圧スプールとトルク駆動式に係合している補助ギアボックス（ＡＧＢ）４０に電気モータ３０'を備えていてもよい。この機械的な連結に複数組のギア（図示せず）を含んでいてもよい。

省スペースのために、電気モータ３０ (あるいは３０')は、離陸時あるいは飛行中などのエンジン１０の通常運転時に発電する発電機としても使用できるように設計してもよい。

使用時には、例えば航空機のパイロットがコントロールパネル３６を使って送った指令などの制御信号に応答して、電気モータ３０へ供給する電力量がコントローラ３４によって作動される。コントローラ３４および電源３２は、ファン１２を回転しタキシング時の航空機の移動に要するトルクの全てでなくとも大部分を供給するのに十分な電力を電気モータ３０へ供給するように構成されている。荷重を積載した航空機を動かすのに要する電力が比較的大きいことから、実際には、これらの部品が高電圧および高電流に耐えられることが必要となる。しかしながら、電気モータ３０は低圧スプールのみを駆動し高圧スプールを直接的には駆動しないことから、ファン１２でスラストを発生させるために必要な電力は、タキシング中に燃料のみで運転するエンジンで生成される動力に比べて小さくなる。

タキシング時にファン１２を回転するのに必要な全ての動力を電気モータ３０だけで供給するように装置を設計することができるが、この走行モードにおいてエンジン１０を部分的に燃料で運転し、ファン１２に供給される動力の一部を燃焼器１６からのエネルギによって生成してもよい。

全体としてみれば、燃料を用いることなく、あるいははるかに少量の燃料で航空機をタキシングすることができ、エンジンから排出される空気は低速かつ周囲温度により近い温度で排出されるため、エンジンから生じる騒音が小さくなるとともに、エンジンの後方乱気流が小さくなる。また、航空機が誘導路上で長時間待たされるような場合には、省エネのためにファン１２などの推進器の回転を停止または大幅に減速することが容易となる。他の場合には、ファン１２は、離陸や飛行中などの他の運転サイクル時にタービンから動力を受けるように設計される。

ここで、上述の装置を全てのエンジンに設け、該装置で全てのエンジンを運転しなくてもよく、タキシング時に１つまたは複数のエンジンを燃料のみで運転してもよいことを理解されたい。１つまたは複数のエンジンからの電力を、他のエンジンの電気モータ３０に使用してもよい。

コントローラ３４は、閉ループフィードバックのために電子制御器（ＥＥＣ）(図示せず)に接続されてもよいことを理解されたい。また、制御パネル３６をＥＥＣに接続してもよく、ＥＥＣを介して制御信号をコントローラ３４に送信してもよい。

電気モータ３０は、航空機の飛行中にエンジン１０が停止した場合に、非常用動力源として機能する。これはウィンドミル効果によりファン１２が回転し、これによりラムエアタービン（ＲＡＴ）と同様に、前進飛行によって低圧スプールが回転するためである。ファン１２のトルクは、発電機に伝達され、必要とされる箇所で使用可能な電力に変換される。

図２は、亜音速飛行において推進器すなわちプロペラ１２０を、減速装置（ＲＧＢ）１４０を介して駆動するのに適しているターボプロップエンジン１００を示す。ＲＧＢ１４０により、パワータービン２００のスピードが減速されてプロペラ１２０に適したスピードとなる。パワータービン２００は、プロペラ１２０を駆動するため回転エネルギを提供する。エンジン１００は、高圧タービン１６０、高圧圧縮機１８０およびシャフト１９０からなる第１のスプールと、パワータービンシャフト２２０に搭載され、ＲＧＢ１４０を介してプロペラ１２０を駆動する低圧パワータービン２００からなる第２のスプールと、を備える。圧縮機１８０は、環状のプレナムチャンバ２４０を経由してエンジン１００内に空気を引き込み、この空気を圧縮して燃焼器２６０へ送り、圧縮空気と燃料とを燃焼器内で混合、点火して高温の燃焼ガス流を生成する。高圧タービン１６０は、膨張した高温のガスから圧縮機１８０を駆動するためエネルギを抽出する。高圧タービン１６０を通流した高温ガスは、パワータービン２００を通って膨張する際に再度加速される。エンジン１００の第１のスプールおよび第２のスプールは、一体的に連結されていない。第１のスプールおよび第２のスプールは、それぞれ異なるスピードで逆方向に回転する。この設計は“フリータービンエンジン”と呼ばれる。本発明は他の形式のプロペラエンジンにも適用されることを理解されたい。図２に示した実施例では、電気モータ３０はパワータービンシャフト２２０の周囲に同軸的に搭載されているが、エンジン１００の底部に位置する補助ギアボックス(図示せず)に配置してもよい。電気モータ３０および他のエンジン１００の構成部品の運転は、緊急事態で電気モータ３０を発電機として使用する可能性も含めて、図１と同様である。

上述の説明は例示的なものに過ぎず、当業者であれば、開示された本発明の趣旨を逸脱することなく記載された実施例を変更できることを理解されるであろう。例えば、本発明は、図示、説明したものと異なる型式のガスタービンエンジンにおいても適用することができる。航空機がタキシング中に長時間待たされるような場合、燃料なしで、あるいは少ない燃料の使用量で、エンジンをアイドル速度に保つために電気モータ３０を使用することができる。ターボファン１０は、低圧スプールに取付けられた１つまたは複数の付加的な圧縮機の段を備えていてもよい。さらに、当業者であれば、本開示を参照することにより本発明の範囲内にある他の変更も明らかになるであろう。このような変更は特許請求の範囲に包含される。

本発明の装置および方法が用いられた一実施例を示すマルチスプール型ガスタービンエンジンの概略図。 本発明の装置および方法が用いられた他の実施例を示すマルチスプール型ガスタービンエンジンの概略図。

Claims (32)

1. 少なくとも１つのマルチスプールガスタービンエンジンであって、該エンジンの低圧スプールにトルク駆動式に係合された電気モータを有し、前記低圧スプールが、回転時にスラストを発生させるように、該低圧スプールに連結された推進器を有する、少なくとも１つのマルチスプールガスタービンエンジンと、
   前記電気モータおよび電気動力源に接続されたコントローラと、
   を備え、
   前記コントローラは、前記動力源から前記電気モータへ供給される電力の量を制御して、前記推進器を駆動し、前記推進器によって、タキシング中の航空機を移動させる少なくとも大部分のスラストを生成させることを特徴とする航空機をタキシングする装置。
2. 前記ガスタービンエンジンがターボファンであり、かつ前記推進器がファンを含むことを特徴とする請求項１に記載のタキシング装置。
3. 前記ガスタービンエンジンがターボプロップであり、かつ前記推進器がプロペラを含むことを特徴とする請求項１に記載のタキシング装置。
4. 前記電気モータが前記低圧スプールのシャフトに同軸的に搭載されていることを特徴とする請求項１に記載のタキシング装置。
5. 前記電気モータが補助ギアボックス（ＡＧＢ）に設けられ、かつタワーシャフトを介して前記低圧スプールに連結されていることを特徴とする請求項１に記載のタキシング装置。
6. 前記モータが、前記航空機の飛行中に発電機として作動可能であることを特徴とする請求項１に記載のタキシング装置。
7. 前記電力が、少なくとも部分的にバッテリから供給されることを特徴とする請求項１に記載のタキシング装置。
8. 前記電力が、少なくとも部分的に補助動力ユニット（ＡＰＵ）から供給されることを特徴とする請求項１に記載のタキシング装置。
9. 前記電力が、少なくとも部分的に前記航空機の他のエンジンの発電機から供給されることを特徴とする請求項１に記載のタキシング装置。
10. タキシング中の航空機においてガスタービンエンジンにスラストを生成するために使用される装置であって、
    前記エンジンは、少なくとも１つのタービンに機械的に連結された推進器を有し、該推進器は、少なくとも離陸時および飛行中に前記タービンから動力を受けるように構成かつ配置されており、
    前記装置は、
    前記エンジンの前記推進器に機械的に連結された電気モータと、
    前記エンジンのタービンからの少なくとも大部分の動力に換わって、タキシング中に前記推進器を回転させて前記航空機を移動させるために前記電気モータに十分な電力を供給する手段と、
    を備えることを特徴とする装置。
11. 前記ガスタービンエンジンがターボファンであり、かつ前記推進器がファンを含むことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記ガスタービンエンジンがターボプロップであり、かつ前記推進器がプロペラを含むことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
13. 前記電気モータが前記低圧スプールのシャフトに同軸的に搭載されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
14. 前記電気モータが補助ギアボックス（ＡＧＢ）内に設けられ、かつタワーシャフトを介して前記低圧スプールに連結されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
15. 前記電気モータが、前記航空機の離陸時および飛行中に発電機として作動可能であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
16. 前記電力が、少なくとも部分的にバッテリから供給されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
17. 前記電力が、少なくとも部分的に補助動力ユニット（ＡＰＵ）から供給されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
18. 前記電力が、少なくとも部分的に前記航空機の他のエンジンの発電機から供給されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
19. 航空機に搭載されたガスタービンエンジンの推進器によって生成されるスラストを用いてタキシング中に航空機を移動させる方法であって、
    前記エンジンは、前記推進器に対してトルク駆動式に係合された電気モータを備えており、
    前記方法は、
    前記推進器を回転させるように、前記電気モータに電力を導くステップと、
    前記電気モータを用いて前記推進器によって前記航空機を移動させるのに十分なスラストを生成するステップと、
    を含むことを特徴とするタキシング中の航空機移動方法。
20. 前記ガスタービンエンジンがターボファンであり、かつ前記推進器がファンを含むことを特徴とする請求項１９に記載の航空機移動方法。
21. 前記ガスタービンエンジンがターボプロップであり、かつ前記推進器がプロペラを含むことを特徴とする請求項１９に記載の航空機移動方法。
22. 前記電気モータが前記低圧スプールのシャフトに同軸的に搭載されていることを特徴とする請求項１９に記載の航空機移動方法。
23. 前記電気モータが補助ギアボックス（ＡＧＢ）に設けられ、かつタワーシャフトを介して前記低圧スプールに連結されていることを特徴とする請求項１９に記載の航空機移動方法。
24. 前記エンジンが前記低圧スプールを回転駆動するときに、前記電気モータを発電機として作動可能であることを特徴とする請求項１９に記載の航空機移動方法。
25. 前記電力が、少なくとも部分的にバッテリから供給されることを特徴とする請求項１９に記載の航空機移動方法。
26. 前記電力の少なくとも部分的に補助動力ユニット（ＡＰＵ）から供給されることを特徴とする請求項１９に記載の航空機移動方法。
27. 前記電力の少なくとも部分的に前記航空機の他のエンジンの発電機から供給されることを特徴とする請求項１９に記載の航空機移動方法。
28. 停止中のガスタービンエンジンから電力を生成する方法であって、該エンジンは、推進器を有するとともに、飛行する航空機に搭載され、
    前記方法は、
    前記飛行中の航空機が大気中を移動することによって生じるウィンドミル効果を用いて前記推進器を回転させるステップと、
    前記ウィンドミル効果によって前記ガスタービンエンジンの前記推進器に生じるトルクを用いて電力を生成するステップと、
    を含むことを特徴とする電力生成方法。
29. 前記ガスタービンエンジンがターボファンであり、かつ前記推進器がファンを含むことを特徴とする請求項２８に記載の電力生成方法。
30. 前記ガスタービンエンジンがターボプロップであり、かつ前記推進器がプロペラを含むことを特徴とする請求項２８に記載の電力生成方法。
31. 前記電気モータが前記低圧スプールのシャフトに同軸的に搭載されていることを特徴とする請求項２８に記載の電力生成方法。
32. 前記電気モータが補助ギアボックス（ＡＧＢ）に設けられ、かつタワーシャフトを介して前記低圧スプールに連結されていることを特徴とする請求項２８に記載の電力生成方法。

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