JP2013194636A

JP2013194636A - クラッチ付きターボプロップ／ファン型ジェットエンジン

Info

Publication number: JP2013194636A
Application number: JP2012063667A
Authority: JP
Inventors: Satoru Iwase; 識岩瀬
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2013-09-30

Abstract

【課題】ジェットエンジンのガスタービンを単軸のガスタービンとし、ジェットエンジンに電動機を組み合わせることによる性能向上を最大限に発揮させる。
【解決手段】ガスタービンと、該ガスタービンにより回転駆動されるプロペラまたはファンを有するターボプロップ型またはターボファン型のジェットエンジンに於いて、ガスタービンの回転軸とプロペラまたはファンの間の連結を選択的に解除するクラッチと、クラッチよりガスタービンの側にてガスタービンの回転軸に作用する電動機とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスタービンと、該ガスタービンにより回転駆動されるプロペラまたはファンを有するターボプロップ型またはターボファン型のジェットエンジンに係る。

ガスタービンと、該ガスタービンにより回転駆動されるプロペラまたはファンを有するターボプロップ型またはターボファン型のジェットエンジンに於けるガスタービンのタービンを高圧タービンと低圧タービンとに分けて２軸構造とし、低圧タービンの軸にプロペラまたはファンを連結し、この低圧タービン軸に電動機を作用させ、航空機のタキシング時にプロペラまたはファンを電動機により駆動することが下記の特許文献１に記載されている。また下記の特許文献２には、タービンを高圧タービンと低圧タービンとに分けて２軸構造としたガスタービンに於いて、両軸間の相対回転数比を両軸間に介装された電動発電機により制御することが記載されている。

特開２００９−５１６７９３号公報特開２００６−２９１９４８号公報

上記の特許文献１または２に於ける如く、ガスタービンが高圧タービンと低圧タービンとを有する２軸構造とされ、それに電動機が組合わされれば、ジェットエンジンの出力と航空機の飛行速度の間の適合をよりよく調整することができるが、タービンが高圧タービンと低圧タービンの２つよりなることと２軸構造とにより、エンジンの構造がそれだけ複雑になる。

本発明は、ジェットエンジンのガスタービンを単軸のガスタービンとし、ジェットエンジンに電動機を組み合わせることによる性能向上を最大限に発揮させることを課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明は、ガスタービンと、前記ガスタービンにより回転駆動されるプロペラまたはファンを有するターボプロップ型またはターボファン型のジェットエンジンにして、前記ガスタービンの回転軸と前記プロペラまたはファンの間の連結を選択的に解除するクラッチと、前記クラッチより前記ガスタービンの側にて前記ガスタービンの回転軸に作用する電動機とを有することを特徴とするジェットエンジンを提案するものである。

上記の電動機は電動発電機の電動機としての機能によるものとされてよい。

乗客や貨物を搬送する目的に使用される航空機はできるだけ速く飛ぶことが求められるが、監視や観光等のその他の目的に使用される航空機には、多くの場合、できるだけ広い速度範囲にわたって安定して飛行できることが求められる。ターボプロップ型またはターボファン型のジェットエンジンを備えた航空機は、プロペラやファンを備えないターボジェットエンジンによる航空機に比して、より広い飛行速度範囲にわたって安定して飛行できるという利点を有しているが、従来の航空機のターボプロップ型またはターボファン型のジェットエンジン於いては、プロペラまたはファンは、離陸時から最高速度による飛行時を含む航空機の全運行中、タービンとともに回転している。

そこで、ガスタービンと、これによって回転駆動されるプロペラまたはファンを有するターボプロップ型またはターボファン型のジェットエンジンに、ガスタービンの回転軸とプロペラまたはファンの間の連結を選択的に解除するクラッチと、該クラッチよりガスタービンの側にてガスタービンの回転軸に作用する電動機とが設けられれば、航空機の飛行速度が所定値以上の高速領域に入ったときクラッチを解除し、ジェットエンジンをプロペラやファンの作動特性に左右されないターボジェットエンジンとして作動させるようにすることにより、プロペラまたはファンの作動特性を前記所定値以下の中速ないし低速領域の飛行によりよく適合させ、航空機が安定して飛行をすることができる飛行速度の範囲をより大きくすることができる。更に、離陸時にはプロペラまたはファンの駆動力として電動機による駆動力を加味することができるので、プロペラまたはファンの作動特性を短時間の大出力を要する離陸時を除く低速ないし中速の飛行に対し最適にする設計の自由度が増大する。更にまた、電動機はクラッチよりガスタービンの側にてガスタービンの回転軸に作用するようになっており、プロペラまたはファンの作動を解除した高速飛行時にガスタービンの出力に電動機の出力を加えることができるので、最高速度飛行時の飛行性能をより一層高めることもできる。またジェットエンジンの始動時には、クラッチを解除しておくことにより、電動機によるガスタービンの始動がより容易となる。

上記の電動機が電動発電機の電動機としての機能によるものとされれば、ガスタービンの出力のみによって十分に飛行できる航空機の巡航中、適時にガスタービンの出力により電動発電機を発電機として作動させ、蓄電池を充電することができる。またプロペラまたはファンが航空機の減速時や着陸時にウィンドミルとして作動する場合には、航空機の運動エネルギーより電力を回収することができる。

本発明によるジェットエンジンをターボプロップ型ジェットエンジンとして構成した実施例を示す概略図である。本発明によるジェットエンジンをターボファン型ジェットエンジンとして構成した実施例を示す概略図である。

図１および２に於いて、対応する部分は同じ符号より示されている。図１および２のいずれに於いても、１０がガスタービンであり、圧縮機１２とタービン１４と燃焼器１６とを有し、圧縮機１２とタービン１４とは回転軸１８により互いに連結されている。回転軸１８は圧縮機１２を越えてエンジンの前方へ延長されており、その部分にコイル２０とアーマチュア２２とを含む電動発電機２４が作用するようになっている。更に回転軸１８の前端には、クラッチ２６を介して、図１に示すターボプロップ型ジェットエンジンの場合にはプロペラ２８が、また図２に示すターボファン型ジェットエンジンの場合にはファン３０が連結されている。

図１に示すターボプロップ型ジェットエンジンおよび図２に示すターボファン型ジェットエンジンのいずれに於いても、タービン１４により回転駆動される圧縮機１２により圧縮された空気が燃焼器１６於いて燃料の燃焼により加熱され、それによって生じた高温高圧の燃焼ガスがタービン１４に噴きつけられ、これによってタービン１４に生ずる回転動力と圧縮機１２が消費する回転動力の差によりプロペラ２８またはファン３０が回転駆動されて推力を発生すると同時に、タービン１４を出た燃焼ガスがノズル３２より噴出されることにより推力を発生する。図１に示すターボプロップ型ジェットエンジンに於いては、プロペラ２８はその回転により直接推力を発生し、図２に示すターボファン型ジェットエンジンに於いては、ファン３０はその回転により、その外周部にては直接推力を発生し、その内周部にては圧縮機１２へ供給される空気を圧送することによりノズル３２からのガス噴出により発生する推力を増大させる。

電動発電機２４には、図には示されていない蓄電池が、図には示されていないスイッチ装置を介して接続されている。

上記の如きターボプロップ型またはターボファン型ジェットエンジンは、図には示されていない航空機に取り付けられて、以下の通り運転される。

まず、エンジンの始動時には、クラッチ２６は解除され、上記の蓄電池からの電流により電動発電機２４を電動作動させてガスタービン１０が回転駆動される。エンジンが始動したら、蓄電池の蓄電状態が特に悪くなければ、電動発電機２４はアイドル状態とされてよい。

航空機のタキシングは、ガスタービン１０の始動前であれば、クラッチ２６を連結し、プロペラ２８またはファン３０を電動発電機２４により駆動することによる推進力によって行われ、ガスタービン１０が運転中であれば、クラッチ２６を連結し、プロペラ２８またはファン３０をガスタービン１０により駆動しつつ、ノズル３２からガスが噴射されることによる推進力により行われるか、クラッチ２６を解除し、ノズル３２からガスが噴射されることのみによる推進力により行われてよい。

航空機の離陸時には、クラッチ２６が連結され、ガスタービン１０が全力運転され、ガスタービン１０によりプロペラ２８またはファン３０が回転駆動されることと、ノズル３２からガスが噴射されることにより推進が行われる。この場合、より高い離陸時推力が望まれるときには、電動発電機２４が電動機として作動され、エンジン出力の増大が行われる。

航空機が離陸した後、低速〜中速にて飛行する間には、クラッチ２６が連結され、ガスタービン１０によるプロペラ２８またはファン３０の回転駆動と、ノズル３２からのガス噴射により推進が行われる。

航空機が高速にて飛行するときには、クラッチ２６が解除され、プロペラ２８またはファン３０はアイドル状態とされ、ノズル３２からのガス噴射のみにより推進が行われる。この場合、更に速度を上げた高速飛行が望まれるときには、電動発電機２４が電動機として作動され、ノズル３２からのガス噴射による推力の増大が行われる。

飛行中の減速時や着陸時には、クラッチ２６が連結された状態で電動発電機２４が発電機として作動され、プロペラ２８またはファン３０をウィンドミルとして作動させて、航空機の運動エネルギーを電力として回収し、蓄電池を充電することが行われる。

以上に於いては、本発明を二つの実施例について詳細に説明したが、これらの実施例に示した構造について、本発明の範囲内にて種々の修正が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

１０…ガスタービン、１２…圧縮機、１４…タービン、１６…燃焼器、１８…回転軸、２０…コイル、２２…アーマチュア、２４…電動発電機、２６…クラッチ、２８…プロペラ、３０…ファン、３２…ノズル

Claims

ガスタービンと、前記ガスタービンにより回転駆動されるプロペラまたはファンを有するターボプロップ型またはターボファン型のジェットエンジンにして、前記ガスタービンの回転軸と前記プロペラまたはファンの間の連結を選択的に解除するクラッチと、前記クラッチより前記ガスタービンの側にて前記ガスタービンの回転軸に作用する電動機とを有することを特徴とするジェットエンジン。
前記電動機は電動発電機の電動機としての機能によるものであることを特徴とする請求項１に記載のジェットエンジン。