JP2017040264A - 圧縮機ブリード補助タービン - Google Patents

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Abstract

【課題】ブリード空気流内のエネルギを捕らえることができるガスタービンエンジンを提供する。【解決手段】１又は２以上の圧縮機を含む圧縮機セクション、燃焼セクション２６、及び１又は２以上のタービンを含むタービンセクションを有するガスタービンエンジンにおいて、圧縮機及びタービンの各々がガスタービンエンジンの長手方向中心線の周りで回転可能であり、圧縮機セクションと空気流れ連通する入口１１６と出口１１８との間で延びるブリード空気流路１１４が提供される。補助タービン１２０が空気流れ連通状態で配置されて、ブリード空気流路１１４を通るブリード空気流からエネルギを抽出するようになっている。【選択図】図５

Description

本主題は、一般に、ブリード空気流路と空気流れ連通する補助タービンを有するガスタービンエンジンに関する。
ガスタービンエンジンは、一般に、相互に流れ連通するファン及びコアを含む。ファンを通る空気の第１の部分は、バイパス空気流路（コアと外側ナセルとの間に定められる）を通ってコアを通過し、ファンを通る空気の第２の部分は、コアに供給される。
ガスタービンエンジンのコアは、一般に、直流流れ関係で、圧縮機セクション、燃焼セクション、タービンセクション、及び排出セクションを含む。作動時、コアに供給された空気は圧縮機セクションを通過し、ここでは１又は２以上の軸流圧縮機が燃焼セクションに到達するまで空気を徐々に圧縮する。燃料は、圧縮空気と混合されて燃焼セクション内で燃焼して燃焼ガスを生成するようになっている。燃焼ガスは、燃焼セクションからタービンセクションに送られる。燃焼ガス流は、タービンセクションを通過してタービンセクションを駆動し、その後、排出セクションを通って例えば大気中に送られる。
また、典型的なガスタービンエンジンは、圧縮機セクションと空気流れ連通する複数のブリード空気流路を含む。例えば、圧縮機セクションが低圧圧縮機及び高圧圧縮機を含む場合、複数のブリード空気流路は、低圧圧縮機と空気流れ連通することができる。ガスタービンエンジンの特定の運転条件に応じて、低圧圧縮機を通る空気流の少なくとも一部は、ブリード空気流路を通って、例えばバイパス空気流又は大気中に分流させることができる。空気流の一部を低圧圧縮機からブリード空気流路を通って、例えばバイパス空気流又は大気中に供給すると、ガスタービンエンジンの特定のパラメータを制御する（例えば、圧縮機セクションの全体的な圧力比を低下させる）のを助けることができる。全体的な圧力比を低下させると、ガスタービンエンジンのストールマージンを高くすることができる。
しかしながら、空気流の一部を低圧圧縮機からブリード空気流路を通って供給すると、ガスタービンエンジンの効率低下に繋がる可能性がある。例えば、ブリード空気流路を通って大気中に供給された低圧圧縮機からの空気流の一部の何らかのエネルギは、この構成では失われる可能性がある。従って、圧縮機セクションからの空気を抽気しながら不必要なエネルギ損失を低減することができるガスタービンエンジンが好都合であろう。より具体的には、ブリード空気流内のエネルギを捕らえることができるガスタービンエンジンが特に有用であろう。
米国特許第８６０１７８６号明細書
本発明の態様及び利点は、その一部を以下の説明に記載しており、又はこの説明から明らかにすることができ、或いは本発明を実施することにより理解することができる。
本開示の１つの例示的な実施形態において、ガスタービンエンジンが提供される。ガスタービンエンジンは、１又は２以上の圧縮機を有する圧縮機セクションと、この圧縮機セクションの下流に配置された燃焼セクションと、この燃焼セクションの下流に配置されたタービンセクションとを含む。タービンセクションは、１又は２以上のタービンを含む。また、ガスタービンエンジンは、入口と出口との間で延びるブリード空気流路を含み、入口は、圧縮機セクションと空気流れ連通して圧縮機セクションからのブリード空気流を受け入れる。また、ガスタービンエンジンは、ブリード空気流路の入口とブリード空気流路の出口との間のブリード空気流路と空気流れ連通状態で配置され、ブリード空気流路を通るブリード空気流からエネルギを抽出するようになった補助タービンを含む。
本開示の他の例示的な実施形態において、ガスタービンエンジンが提供される。ガスタービンエンジンは、１又は２以上の圧縮機を有する圧縮機セクションと、この圧縮機セクションの下流に配置されかつ１又は２以上のタービンを有するタービンセクションとを含む。また、ガスタービンエンジンは、入口と出口との間で延びるブリード空気流路を含む。入口は、圧縮機セクションと空気流れ連通して、圧縮機セクションを通る空気流の少なくとも最大５％を受け入れるようになっている。また、ガスタービンエンジンは、ブリード空気流路の入口とブリード空気流路の出口との間のブリード空気流路と空気流れ連通状態で配置され、ブリード空気流路を通るブリード空気流からエネルギを抽出するようになった補助タービンを含む。
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、以下の説明及び添付の請求項を参照するとより理解できるであろう。本明細書に組み込まれかつその一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例証しており、本明細書と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。
添付図を参照した本明細書において、当業者に対してなしたその最良の形態を含む本発明の完全かつ有効な開示を説明する。
本主題の種々の実施形態による例示的なガスタービンエンジンの概略断面図。 本開示の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンのコアの単純化された概略図。 開示の他の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンのコアの単純化された概略図。 本開示の例示的な実施形態による補助圧縮機の概略図。 本開示の他の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンのコアの単純化された概略図。 本開示の他の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンのコアの単純化された概略図。 本開示の他の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンのコアの単純化された概略図。 本開示の例示的な実施形態による空気流噴射ノズル段の空気流噴射ノズルの拡大概略図。 本開示の例示的な実施形態による一対の空気流噴射ノズルの断面図。 本開示の他の例示的な実施形態による一対の空気流噴射ノズルの断面図。 図１０の一対の例示的な空気流噴射ノズルの他の断面図。 本開示の他の例示的な実施形態による一対の空気流噴射ノズルの断面図。 図１２の一対の例示的な空気流噴射ノズルの他の断面図。 本開示の例示的な実施形態によるタービン後部フレーム部材の拡大概略図。 図１４の例示的なタービン後部フレーム部材の他の拡大概略図。
ここで、その１又は２以上の実施例が添付図面に例示されている本発明の実施形態について詳細に説明する。詳細な説明では、図面中の特徴部を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様の又は類似の要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似の記号表示を使用している。本明細書で使用される用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために同義的に用いることができ、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図したものではない。用語「上流」及び「下流」は、流体通路における流体流れに対する相対的方向を指す。例えば、「上流」は、流体がそこから流れる方向を指し、「下流」は流体がそこに向けて流れ込む方向を指す。
図面を通して同じ符号が同じ要素を示す各図面を参照すると、図１は、本開示の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンの概略断面図である。より具体的には、図１の実施形態に関して、ガスタービンエンジンは、高バイパスターボファンジェットエンジン１０であり、本明細書では「ターボファンエンジン１０」と呼ぶ。図１に示すように、ターボファンエンジン１０は、軸方向Ａ（参照のために設けられた長手方向中心線１２に対して平行に延びる）及び半径方向Ｒを定める。また、ターボファンエンジン１０は、軸方向Ａの周りで円周方向に延びる周方向Ｃ（図示せず）を定めることができる。一般に、ターボファン１０は、ファンセクション１４及びこのファンセクション１４の下流側に配置されたコアタービンエンジン１６を含む。
図示された例示的なコアタービンエンジン１６は、概して環状入口２０を定める略管状の外側ケーシング１８の中に閉じ込められる。外側ケーシング１８は、直列流れ関係で、ブースタ又は低圧（ＬＰ）圧縮機２２及び高圧（ＨＰ）圧縮機２４を含む圧縮機セクション、燃焼セクション２６、高圧（ＨＰ）タービン２８及び低圧（ＬＰ）タービン３０を含むタービンセクション、及びジェット排気ノズルセクション３２を収容する。高圧（ＨＰ）シャフト又はスプール３４は、ＨＰタービン２８をＨＰ圧縮機２４に駆動結合する。低圧（ＬＰ）シャフト又はスプール３６は、ＬＰタービン３０をＬＰ圧縮機２２に駆動結合する。圧縮機セクション、燃焼セクション２６、タービンセクション、及びノズルセクション３２は、一緒になってこれらを通過するコア空気流経路３７を定める。
図示の実施形態に関して、ファンセクション１４は、ディスク４２に相隔たる様式で結合した複数のファンブレード４０を有する可変ピッチファン３８を含む。図示のように、ファンブレード４０は、概して半径方向Ｒに沿ってディスク４２から外向きに延びる。ファンブレード４０が該ファンブレード４０のピッチを同時に集合的に変更するように構成された適切な作動部材４４に作動的に結合するので、各ファンブレード４０は、ディスク４２に対してピッチ軸Ｐの周りで回転可能である。ファンブレード４０、ディスク４２、及び作動部材４４は、出力ギヤボックス４６を横切るＬＰシャフト３６によって一緒に回転可能である。出力ギヤボックス４６は、ＬＰシャフト３６の回転速度をより効率的な回転ファン速度に減速するための複数のギヤを含む。さらに図１の例示的な実施形態を参照すると、ディスク４２は、複数のファンブレード４０を通る空気流を促進するために、空力的に輪郭成形された回転可能な前方ハブ４８でカバーされる。加えて、例示的なファンセクション１４は、ファン３８及び／又はコアタービンエンジン１６の少なくとも一部を円周方向で取り囲む環状ファンケーシング又は外側ナセル５０を含む。ナセル５０は、複数の円周方向に離間した出口ガイドベーン５２によって、コアタービンエンジン１６に対して支持されるように構成できることを理解されたい。さらに、ナセル５０の下流セクション５４は、コアタービンエンジン１６の外側部の上方に延在することができ、そこを通るバイパス空気流通路５６を定めるようになっている。
ターボファンエンジン１０の作動時、空気量５８は、ナセル５０及び／又はファンセクション１４の関連する入口６０を通ってターボファン１０に流入する。空気量５８がファンブレード４０を横切る場合、空気５８の第１の部分は、矢印６２で示すようにバイパス空気流通路５６に向けられるか又は送られ、空気の第２の部分は、矢印６４で示すようにコア空気流路３７に、より具体的にはＬＰ圧縮機２２に向けられるか又は送られる。空気の第１の部分６２と空気の第２の部分６４との間の比率は、バイパス比として一般に知られている。従って、空気に第２の部分６４の圧力は、高圧（ＨＰ）圧縮機２４に送られると高くなる。次に、空気に第２の部分６４は、燃焼セクション２６に流入し、燃料と混合されて燃焼して燃焼ガス６６を生成するようになっている。
燃焼ガス６６は、ＨＰタービン２８を通って送られ、燃焼ガス６６から熱及び／又は運動エネルギの一部が、外側ケーシング１８に結合したＨＰタービンステータベーン６８及びＨＰシャフト又はスプール３４に結合したＨＰタービンロータブレード７０の連続段によって抽出され、結果としてＨＰシャフト又はスプール３４が回転されることになり、それによってＨＰ圧縮機２４の作動を助ける。次に、燃焼ガス６６は、ＬＰタービン３０を通って送られ、燃焼ガス６６から熱及び運動エネルギの第２の部分が、外側ケーシング１８に結合したＬＰタービンステータベーン７２及びＬＰシャフト又はスプール３６に結合したＬＰタービンロータブレード７４の連続段によって抽出され、結果としてＬＰシャフト又はスプール３６が回転されることになり、それによってＬＰ圧縮機２２の作動及び／又はファン３８の回転を助ける。
その後、燃焼ガス６６は、コアタービンエンジン１６のジェット排気ノズルセクション３２を通って送られて、推力を生じるようになっている。同時に、空気の第１の部分６２がターボファン１０のファンノズル排出セクション７６から排出される前にバイパス空気流通路５６を通って送られる際に、空気の第１の部分６２の圧力は実質的に高くなり、同様に推力を生じるようになっている。ＨＰタービン２８、ＬＰタービン３０、及びジェット排気ノズルセクション３２は、少なくとも部分的に燃焼ガス６６をコアタービンエンジン１６経由で送るための高温ガス通路７８を定める。
しかしながら、図１に示す例示的なターボファンエンジン１０は単なる例示目的であり、他の例示的な実施形態において、ターボファンエンジン１０は、例えば、任意の他の適切な数のシャフト又はスプールを含む任意の他の適切な構成を有することができることを理解されたい。追加的に又は代替的に、本開示の態様は、任意の他の適切なガスタービンエンジンに組み込むことができる。例えば、他の例示的な実施形態において、本開示の態様は、ターボシャフトエンジン、ターボコアエンジン、ターボプロップエンジン、ターボジェットエンジン等に組み込むことができる。
図２を参照すると、他の例示的な実施形態によるターボファンエンジン１０のコア１６の単純化された概略図が提示される。特定の実施形態において、図２に示す例示的なターボファンエンジン１０のコア１６の態様は、図１を参照して前述した例示的なターボファンエンジン１０と同じ様式で構成することができる。従って、同じ番号は、同じ又は類似の構成要素を指す。
図示のように、ターボファンエンジン１０のコア１６は、圧縮機セクション、この圧縮機セクションの下流に配置された燃焼セクション２６、この燃焼セクション２６の下流に配置されたタービンセクションを含む。一般に、圧縮機セクションは、ＬＰ圧縮機２２、ＨＰ圧縮機２４、及びＬＰ圧縮機２２とＨＰ圧縮機２４との間に位置決めされた圧縮機フレーム部材８０を含む。加えて、一般に、タービンセクションは、ＨＰタービン２８、ＬＰタービン３０、並びに以下に詳細に説明する空気流噴射ノズル８４の段８２（図８参照）を含む。図示の実施形態に関して、ＬＰタービン３０は、ＬＰタービン前方ブロック８６とＬＰタービン後方ブロック８８とに分割されており、空気流噴射ノズル８４の段８２は、ＬＰタービン前方ブロック８６とＬＰタービン後方ブロック８８との間に位置決めされる。加えて、タービンセクションは、ＬＰタービン３０の後方又は下流に配置されたタービン後部フレーム９０を含む。
前述のように、ターボファンエンジン１０は、圧縮機セクション及びタービンセクションに機械的に結合する１又は２以上のシャフトを含む。具体的には、図示の実施形態に関して、ＬＰ圧縮機２２は、ＬＰシャフト３６を介してＬＰタービン３０に機械的に結合され、ＨＰ圧縮機２４は、ＨＰシャフト３４を介してＨＰタービン２８に機械的に結合される。これらの種々の構成要素の回転を容易にするために複数の軸受９２が設けられている。
加えて、圧縮機セクション、燃焼セクション２６、及びタービンセクションの全ては、少なくとも部分的に外側ケーシング１８で取り囲まれている。外側ケーシング１８は、略管体の外側ケーシングであり、ターボファンエンジン１０のコア１６を取り囲みかつファンケーシング／外側ナセル５０と共に少なくとも部分的にバイパス空気流通路５６を定める。
さらに、例示的なターボファンエンジン１０のコア１６は、圧縮機セクションからタービンセクションまで延在してターボファンエンジン１０を補強するための構造部材９４を含む。具体的には、図示の実施形態に関して、構造部材９４は、半径方向Ｒに沿ってコア１６の外側ケーシング１８の内側に位置決めされ、少なくともＬＰ圧縮機２２とＨＰ圧縮機２４との間に配置された圧縮機フレーム部材８０から、ＬＰタービン３０の前方ブロック８６と後方ブロック８８との間に配置された空気流噴射ノズル８４の段８２まで延びる。構造部材９４は、構造上の剛性を与えると共にターボファンエンジン１０のコア１６を支持することができる。図示されていないが、構造部材９４は、構造部材９４と、例えば外側ケーシング１８との間に延びる１又は２以上のブレースを含むことができる。構造部材９４は、例えば適切な金属材料である剛性材料の単一部品の形を成すことができ、さらに、圧縮機セクション、燃焼セクション２６、及びタービンセクション（図４の実施形態を参照）のうちの少なくとも一部を囲む略環状形状を定めることができる。しかしながら、代替的に、構造部材９４は、圧縮機セクションとタービンセクションとの間で連続的に延在するように適切な方法で取り付けられた、複数の個別の構成要素で形成することができる。本明細書で用いる場合、連続的に延在する構造部材９４は、エンジンの又はこのエンジンが搭載される航空機の１又は２以上の補助システムに分流される、ブリード空気流路を通って流れることになるブリード空気の少なくとも一部が流れるのを可能にする１又は２以上のポートを含むことができることを理解されたい。
さらに、例示的な構造部材９４は、入口９８と出口１００との間で延びる流路９６を定める。具体的には、図示の例示的な流路９６は、構造部材９４、圧縮機セクションの半径方向外側部、燃焼セクション２６、及びタービンセクションによって規定される。しかしながら、代替的に、特定の例示的な実施形態において、コア１６は、追加的に、固定部材９４と、圧縮機セクション、燃焼セクション２６、及びタービンセクションのうちの１又は２以上の外側部とのの間に配置されたインナーライナを含むことができる。当該構成では、流路９６は、構造部材９４によって、及び少なくとも部分的にインナーライナによって定めることができる。
構造部材９４で定められた流路９６はブリード空気流路として作動するので、流路９６の入口９８は、圧縮機セクションと空気流れ連通して圧縮機セクションからのブリード空気流を受け入れる。具体的には、図示の実施形態に関して、流路９６の入口９８は、圧縮機フレーム部材８０を貫通して延びるア空気流路３７の一部と開口を介して空気流れ連通する。
加えて、構造部材９４で定められた流路９６は、これを通してブリード空気流をタービンセクションに供給するように構成される。従って、流路９６の出口１００は、タービンセクションと空気流れ連通する。具体的には、出口１００は、空気流噴射ノズル８４の段８２を介して、ＬＰタービン３０を貫通して延びるコア空気流路３７の一部と空気流れ連通する。従って、構造部材９４で定められた流路９６は、（例えば、空気流噴射ノズル８４の段８２を通って）ＬＰ圧縮機２２で加圧されたブリード空気流を、ＬＰタービン３０を貫通して延びるコア空気流路３７の一部に戻して供給又は再導入することができる。当該構成では、ブリード空気流中のエネルギをそこから抽出することができる。例えば、ブリード空気流中のエネルギは、ＬＰタービン３０の駆動を助けて回転出力をＬＰシャフト３６に与えるために利用することができる。
さらに、図示の例示的な実施形態に関して、流路９６を通って供給されるブリード空気流の一部は、追加的に、バイパス噴射ノズル８６の段８２の下流に向けることができる。例えば、図示のように、流路９６を通るブリード空気流の一部は、追加的に、例えば１又は２以上の開口１０１を介してＬＰタービン３０の後方ブロック８８に供給される。さらに、図示しないが、流路９６を通って供給されるブリード空気流の一部は、追加的に、例えば、タービン後部フレーム９０又はコア１６のノズル部（図示せず）に供給される。
さらに図２を参照すると、構造部材９４で定められた流路９６を通って供給される空気流量を調整するために、バルブ１０２が設けられる。図示の例示的なバルブ１０２は、構造部材９４で定められた流路９６に位置決めされ、構造部材９４で定められた流路９６を通ることができる空気流量を変えるように構成される。例えば、バルブ１０２は、空気流の全てが構造部材９４で定められた流路９６を通るのを許容する開位置と、空気流の全てが構造部材９４で定められた流路９６を通るのを阻止する閉位置との間を移動できる可変スループットバルブとすることができる。加えて、バルブ１０２は、開位置と閉位置との間で種々の位置に移動して、構造部材９４で定められた流路９６を通過可能な空気流量を調整することができる。バルブ１０２は、例えば、ターボファンエンジン１０及び／又はターボファンエンジン１０を含む航空機の制御装置と動作可能に通信することができる。
構造部材９４で定められた流路９６は、比較的大量のブリード空気流が通ることを可能にするように構成できることを理解されたい。例えば、圧縮機セクションは、そこを通る最大流量を規定し、また、流路９６もそこを通る最大流量を規定することができる。本明細書で用いる場合、用語「最大流量」は、ターボファンエンジン１０の通常作動時にそれぞれの構成要素が対応することができる最大空気流量を指す。少なくとも特定の例示的な実施形態において、構造部材９４で定められた流路９６を通る最大流量は、圧縮機セクションを通る最大流量の少なくとも約５％とすることができる。しかしながら、代替的に他の例示的な実施形態において、構造部材９４で定められた流路９６を通る最大流量は、圧縮機セクションを通る最大流量の少なくとも約１０％、圧縮機セクションを通る最大流量の約２５％、圧縮機セクションを通る最大流量の約４０％、圧縮機セクションを通る最大流量の約５０％、圧縮機セクションを通る最大流量の約７５％、圧縮機セクションを通る最大流量の約１００％とすることができる。従って、特定の例示的な実施形態において、ターボファンエンジン１０のコア１６は、最大約１：１のブリード空気比（すなわち、圧縮機セクションを通る空気流量に対する流路９６を通る空気流量の比率）を定めることができる。本明細書で用いる場合、近似に関する用語、例えば「約」及び「おおよそ」は、１０％の許容誤差を指すことを理解されたい。
従って、前記の実施形態の１又は２以上において、流路９６の入口９８は、圧縮機セクションを通る空気流、より具体的には圧縮機セクションのＬＰ圧縮機２２を通って延びるコア空気流路３７を通る空気流の少なくとも最大約５％を受け入れるように構成することができる。しかしながら、代替的に、他の実施形態において、流路９６の入口９８は、追加的に、圧縮機セクションのＬＰ圧縮機２２を通って延びるコア空気流路３７を通過する空気流の少なくとも最大約１０％、少なくとも最大約２０％、少なくとも最大約３０％、少なくとも最大約４０％、少なくとも最大約５０％を受け入れるように構成することができる。
特に、圧縮機セクション（例えば、ＬＰ圧縮機２２の直下流に設けられたコア空気流路３７の一部）からブリード空気流を供給することは、ターボファンエンジン１０の特定のパラメータの制御を助けることができる。例えば、ＬＰ圧縮機２２からの空気流を構造部材９４で定められた流路９６を経由して抜き取ると、圧縮機セクションの全体的な圧力比の低減が可能になり、このことは、ターボファンエンジン１０の作動条件次第ではターボファンエンジン１０のストールマージンを大きくすることができる。
しかしながら、図２に示しかつ前述の例示的な実施形態は、単なる例示目的で提示されることを理解されたい。例えば、代替的に、構造部材９４で定められた流路９６の入口９８は、ＬＰ圧縮機２２と（例えば、ＬＰ圧縮機２２の後端において）直接的に空気流れ連通することができる。同様に、他の例示的な実施形態において、構造部材９４で定められた流路９６の出口１００は、代わりにＬＰタービン３０の上流に配置されたタービンフレーム部材１０４と空気流れ連通することができる。従って、特定の例示的な実施形態において、ターボファンエンジン１０のコア１６は、圧縮機フレーム部材８０を含まない場合、及び／又はＬＰタービン３０の前方ブロック８６とＬＰタービン３０の後方ブロック８８との間に配置された空気流噴射ノズル８４の段８２を含まない場合がある。例えば、特定の例示的な実施形態において、ＬＰタービン３０は、単一ユニットとして前方ブロック８６と後方ブロック８８とに分割されない場合があり、空気流噴射ノズル８４の段８２は、ＬＰタービン３０の上流（例えば、図２に示したタービンフレーム部材１０４の場所）に配置することができる。さらに、別の実施形態において、コア１６は、ＬＰタービン３０の後方に配置されたタービン後部フレーム９０を含まない場合がある。
ここで図３を参照すると、本開示の他の例示的な実施形態によるターボファンエンジン１０のコア１６の単純化された概略図が提示される。図３の例示的な実施形態のコア１６は、前述の図２に示した例示的なコア１６と実質的に同じ様式で構成することができる。従って、同じ又は類似の番号は同じ又は類似の構成要素を指すことができる。
例えば、図３に示す例示的なコア１６は、圧縮機セクション、この圧縮機セクションの下流に配置された燃焼セクション２６、及びこの燃焼セクション２６の下流に配置されたタービンセクションを含む。圧縮機セクションは、１又は２以上の圧縮機（すなわち、ＬＰ圧縮機２２及びＨＰ圧縮機２４）を含み、タービンセクションは、１又は２以上のタービン（すなわち、ＨＰタービン２８及びＬＰタービン３０）を含む。圧縮機セクションのＬＰ圧縮機２２及びＨＰ圧縮機２４、並びにタービンセクションのＨＰタービン２８及びＬＰタービン３０の各々は、ターボファンエンジン１０の長手方向中心線１２の周りで回転可能である。
加えて、図３に示す例示的なコア１６は、圧縮機セクションからタービンセクションまで延在してターボファンエンジン１０のコア１６を補強するための構造部材９４を含む。また、例示的な構造部材９４は、圧縮機セクションと空気流れ連通する入口９８と、タービンセクションと空気流れ連通する出口１００との間に延びる流路９６を少なくとも部分的に定める。しかしながら、図３に示す実施形態に関して、ターボファンエンジン１０のコア１６は、圧縮機セクションから構造部材９４で定められた流路９６を通ってタービンセクションに至るブリード空気流を利用するための及び／又は強化するための追加の構成要素を含む。
例えば、ここで図４を参照すると、図３に示す例示的なコア１６は、追加的に、構造部材９４で定められた流路９６と空気流れ連通する補助圧縮機１０６を含む。図示の実施形態に関して、補助圧縮機１０６は、ＨＰ圧縮機２４を貫通するＨＰシャフト３４に機械的に結合したファン（すなわち、コア駆動ファン）である。図３に概略的に示すように、補助圧縮機１０６は、補助圧縮機ブレード１０８の段、ブレード１０８の上流に配置された入口ガイドベーン１１０の段、及びブレード１０８の下流に配置された出口ガイドベーン１０９の段を含む。さらに、複数の補助圧縮機ブレード１０８は硬質リング１１１に取り付けられており、硬質リング１１１は、ＨＰ圧縮機ロータブレード１１２の段の半径方向外端に取り付けられかつＨＰ圧縮機ロータブレード１１２の段と一緒に回転可能である（図４）。補助圧縮機１０６は、作動時に流路９６を通るブリード空気流の圧力を増大させるように構成できる。
加えて、例示的な補助圧縮機１０６は、通過する空気流量を変える機能を含む。具体的には、前述のように、例示的な補助圧縮機１０６は、補助圧縮機１０６の入口に対する複数の入口ガイドベーン１１０を含む。入口ガイドベーン１１０は、全ての流れが補助圧縮機１０６を通ることができる全開位置と、少なくとも流れの一部が補助圧縮機１０６を通るのを阻止する全閉位置との間で移動することができる。従って、入口ガイドベーン１１０は、可変入口ガイドベーンとして構成することができ、構造部材９４で定められた流路９６を通るブリード空気流を調整するためのバルブ１０２と連動して動作することができる。もしくは、特定の例示的な実施形態において、補助圧縮機１０６に可変入口ガイドベーン１１０を包含すると、バルブ１０２の必要性を完全に除去することができる（従って、当該例示的な実施形態はバルブ１０２を含まない場合がある）。もしくは、さらに他の例示的な実施形態において、流路９６は、入口ガイドベーン１１０が全閉位置にある場合に補助圧縮機１０６をバイパスすることができる。例えば、特定の例示的な実施形態において、コア１６は、補助圧縮機１０６の作用をバイパスすることができるバイパスライン（図示せず）を定めることができる。
補助圧縮機１０６の包含は、構造部材９４で定められた流路９６を通るブリード空気流から追加のエネルギを抽出することを可能にする。加えて、例えば、補助圧縮機１０６がＨＰシャフト３４で駆動される場合、補助圧縮機１０６は、コア１６（例えば、ＨＰ圧縮機２４）の特定の高圧構成要素手段とすることができ、コア１６（例えば、ＬＰタービン３０）の特定の低圧構成要素を駆動するようになっている。特に、前記の利点は、コア１６が低圧作動ライン、例えばＬＰ圧縮機２２からの空気の抽気を可能にしながら生じ得る。
さらに図３を参照すると、ターボファンエンジン１０、厳密にはターボファンエンジン１０のコア１６は、追加的に、構造部材９４で定められた流路９６と空気流れ連通する熱交換器１１３を含む。図示の実施形態に関して、熱交換器１１３は、少なくとも部分的に構造部材９４で定められた流路９６の内部で補助圧縮機１０６の下流に配置される。しかしながら、他の例示的な実施形態において、代替的に、熱交換器１１３は、少なくとも部分的に構造部材９４で定められた流路９６の内部で補助圧縮機１０６の上流に配置することができる。
熱交換器１１３は、ターボファンエンジン１０の１又は２以上のシステムから構造部材９４で定められた流路９６内のブリード空気流へ熱を伝達するように構成することができる。例えば、熱交換器１１３は、ターボファンエンジン１０のコア１６の主潤滑システムから構造部材９４で定められた流路９６内のブリード空気流へ熱を伝達するように構成することができる。加えて、図示されていないが、他の実施形態において、ターボファンエンジン１０のコア１６は、追加的に、構造部材９４で定められた流路９６と空気流れ連通する、構造部材９４で定められた流路９６に沿って適切な方法で離間した複数の熱交換器１１３を含むことができる。
構造部材９４で定められた流路９６に１又は２以上の熱交換器１１３を包含すると、一方でブリード空気流にエネルギを加えながら、ターボファンエンジン１０の熱管理システムの大幅な熱制御が可能になる。
ここで図５を参照すると、本開示のさらに他の例示的な実施形態によるターボファンエンジン１０のコア１６の単純化された概略図が提示される。図５の例示的な実施形態のコア１６は、前述の図２に示した例示的なコア１６と実質的に同じ様式で構成することができる。従って、同じ又は類似の番号は同じ又は類似の構成要素を指すことができる。
例えば、図５に示す例示的なコア１６は、圧縮機セクション、この圧縮機セクションの下流に配置された燃焼セクション２６、及びこの燃焼セクション２６の下流に配置されたタービンセクションを含む。圧縮機セクションは、１又は２以上の圧縮機（すなわち、ＬＰ圧縮機２２及びＨＰ圧縮機２４）を含み、タービンセクションは、１又は２以上のタービン（すなわち、ＨＰタービン２８及びＬＰタービン３０）を含む。圧縮機セクションのＬＰ圧縮機２２及びＨＰ圧縮機２４、並びにタービンセクションのＨＰタービン２８及びＬＰタービン３０の各々は、ターボファンエンジン１０の長手方向中心線１２の周りで回転可能である。
加えて、図５に示す例示的なコア１６は、入口１１６と出口１１８との間に延びる流路１１４を含む。例示的な構造部材９４で定められた流路９６（図２参照）と同様に、例示的な流路１１４はブリード空気流路１１４として構成されており、入口１１６は、圧縮機セクションと空気流れ連通する。具体的には、例示的な流路１１４の入口１１６は、ＬＰ圧縮機２２の後端と空気流れ連通する。加えて、図示の例示的な実施形態に関して、流路１１４の出口１１８は、タービンセクションと空気流れ連通し、より具体的には、タービンセクションのタービン後部フレーム９０と空気流れ連通する。
特に、図５に示す例示的な実施形態には、流路１１４を定める構造部材が示されていない。一方で特定の例示的な実施形態において、図５に示す例示的なコア１６は、流路１１４を定める（及び、図２及び／又は図３を参照して前述した例示的な構造部材９４と実質的に同じ様式で構成される）構造部材を含むことができ、他の例示的な実施形態において、図５に示す例示的なコア１６は、流路１１４を定める構造部材を含まない場合もある。このような例示的な実施形態において、代替的に、流路１１４は、１又は２以上の適切な空気流管路で定めることができ、この空気流管路は、コア１６に対して構造上の剛性を付与する場合又は付与しない場合がある。
補助タービン１２０は、流路１１４と空気流れ連通して位置決めされ、通過するブリード空気流からエネルギを抽出する。図示のように、補助タービン１２０は、ターボファンエンジン１０の長手方向中心線１２からオフセットしている。具体的には、補助タービン１２０は中心軸１２２を定め、この中心軸１２２は長手方向中心線１２からオフセットしている。しかしながら、他の例示的な実施形態において、代わりに、補助タービン１２０は、ＨＰ圧縮機２４又はＨＰタービン２８のうちの１又は２以上と一体になった「チップタービン」として構成できることを理解されたい。本明細書で用いる場合、用語「チップタービン」は、ＨＰ圧縮機２４又はＨＰタービン２８の周りで環状構成に構成され、ＨＰ圧縮機２４又はＨＰタービン２８と同軸に回転するタービンを指す。例えば、チップタービンは、図３及び４を参照して前述した補助圧縮機１０６と実質的に同じ様式で構成することができる。この実施形態において、チップタービンは、ＨＰ圧縮機２４又はＨＰタービン２８の回転ロータブレード段の半径方向外端に固定された硬質リングを含むことができる。さらに、チップタービンは、このリングに取り付けられた複数の円周方向に離間したブレードを含むことができ、チップタービンのブレードを通過する空気流は、リング及び対応するＨＰ圧縮機ブレード段又はＨＰタービンブレード段を回転させる。
さらに図５の実施形態を参照すると、例示的な流路１１４は補助タービン１２０を通って延びるので、補助タービン１２０は、流路１１４と直接的に空気流れ連通した状態で位置決めされる。補助タービン１２０によって、流路１１４を通るブリード空気流からエネルギを抽出すること、及びこの抽出したエネルギをターボファンエンジン１０のコア１６の１又は２以上のシャフトに供給することができる。具体的には、補助タービン１２０は、ＨＰタービン２８又はＬＰタービン３０の一方又は両方と同じ様式で構成することができる。例えば、補助タービン１２０は、該補助タービン１２０の中心軸１２２の周りで回転可能な補助タービンシャフトに結合したロータブレードの連続段を含むことができる。概略的に示すように、タービンシャフトは、ギヤボックス１２４を介してＨＰシャフト３４に機械的に結合して、ＨＰシャフト３４の回転を助けることができる。ギヤボックス１２４は、固定比ギヤボックス、もしくは可変比ギヤボックスとすることができる。
補助タービン１２０を包含すると、流路１１４を通るブリード空気流からのエネルギ抽出が可能になる。例えば、補助タービン１２０によって、このブリード空気からエネルギを抽出して、抽出したエネルギを直接ＨＰシャフト３４に供給することが可能になる。従って、この構成によって、ターボファンエンジン１０のコア１６のより効率的な作動が可能になる。例えば、この構成によって、流路１１４を通るブリード空気流が、例えばアイドル状態時にＨＰシャフト３４に動力を供給することが可能になり、アイドル状態時にコア１６の作動に必要な燃料が少なくなる。
しかしながら、図５の例示的なコア１６及び補助タービン１２０は、単なる例示目的で提示されることを理解されたい。他の例示的な実施形態において、例えば、補助タービン１２０は、代わりに、ブリード空気流から抽出したエネルギを補機ギヤボックス経由でＨＰシャフト３４に供給するように構成することができる。例えば、補助タービンは、補機ギヤボックスに取り付けることができる。この構成により、補助タービン１２０は、ターボファンエンジン１０を始動するように構成することができる、補機ギヤボックスの空気スタータ／ジェネレータとしても構成される二重機能を提供することができる。補助タービンの回転により抽出したエネルギをＨＰシャフト３４に伝達することができる。
さらに、他の例示的な実施形態において、図５に示すコア１６は、図２から４を参照して前述した例示的なコア１６の１又は２以上の態様を追加的に含むことができる。例えば、ここで本開示のさらに他の例示的な実施形態によるターボファンエンジン１０のコア１６の単純化された概略図を提示する図６を参照すると、例示的なコア１６は、補助タービン１２０並びに補助圧縮機１０６を含み、補助圧縮機１０６は同様に流路１１４と空気流れ連通する。図６の実施形態に関して、補助圧縮機１０６は、ターボファンエンジン１０の長手方向中心線１２からオフセットした中心軸１０８を定め、ターボファンエンジン１０のコア１６の１又は２以上のシャフトによって駆動される。しかしながら、代替的に、前述の実施形態と同様に、補助圧縮機１０６は、ＨＰ圧縮機２４によるコア駆動式補助圧縮機として構成することができる。加えて、図６の実施形態に関して、流路１１４の入口１１６は、ＬＰ圧縮機２２の下流かつＨＰ圧縮機２４の上流で圧縮機フレーム部材８０と空気流れ連通し、出口１１８は、タービン後部フレーム９０と空気流れ連通する。しかしながら、他の例示的な実施形態において、流路１１４の出口１１８は、代わりに、例えば大気又はバイパス空気流通路５６（図１を参照）と空気流れ連通する。例えば、図示の補助タービン１２０及び流路１１４は、コア１６の外側ケーシング１８で取り囲むことができ（図２及び３の例示的な実施形態と同様に）、流路１１４の出口１１８は、外側ケーシング１８に定めることができる。
さらに、ここで図７を参照すると、本開示の他の例示的な実施形態が提示される。具体的には、図７は、本開示のさらに他の例示的な実施形態によるターボファンエンジン１０のコア１６の単純化された概略図を提示する。図７の例示的な実施形態のコア１６は、図５を参照して前述した例示的なコア１６と実質的に同じ様式で構成することができる。従って、同じ又は類似の番号は、同じ又は類似の要素を指すことができる。
例えば、図７の例示的なコア１６は、圧縮機セクション、この圧縮機セクションの下流に配置された燃焼セクション２６、及びこの燃焼セクション２６の下流に配置されたタービンセクションを含む。圧縮機セクションは、１又は２以上の圧縮機（すなわち、ＬＰ圧縮機２２及びＨＰ圧縮機２４）を含み、タービンセクションは、１又は２以上のタービン（すなわち、ＨＰタービン２８及びＬＰタービン３０）を含む。圧縮機セクションのＬＰ圧縮機２２及びＨＰ圧縮機２４、並びにタービンセクションのＨＰタービン２８及びＬＰタービン３０の各々は、ターボファンエンジン１０の長手方向中心線１２の周りで回転可能である。
加えて、図７に示す例示的なコア１６は、入口１１６と出口１１８との間に延びる流路１１４を含み、補助タービン１２０は、入口１１６と出口１１８との間の流路１１４内に位置決めされる。流路１１４及び補助タービン１２０は、図５を参照して前述した例示的な流路１１４及び補助タービン１２０と同じ様式で構成される。
加えて、図７の例示的なコア１６は、補助タービン１２０の上流位置で流路１１４と熱的に連通した状態で位置決めされた第１の熱交換器１２１と、補助タービン１２０の下流位置で流路に熱的に連通した状態で位置決めされた第２の熱交換器１２３とを含む。図示の実施形態に関して、第１の熱交換器１２１は、流路１１４を通るブリード空気流から熱を除去するように構成される。第１の熱交換器１２１は、ターボファンエンジン１０のバイパス空気流（図１を参照して前述したバイパス空気流６４と同様の）と熱的に連通状態にある「空気対空気」熱交換器として構成することができる。例えば、第１の熱交換器１２１は、バイパス通路（図７に示すような）内に位置決めすること、もしくは、コア１６の外側ケーシング１８内に位置決めすることができる。この実施形態では、バイパス空気流の一部は、代わりにバイパス通路から第１の熱交換器１２１に方向を変えることができる。
次に、冷却及び加圧されたブリード空気は、流路１１４を通って補助タービン１２０に流れることができ、補助タービン１２０においてブリード空気は膨張してエネルギが抽出される。補助タービン１２０によるブリード空気の膨張により、ブリード空気の温度がさらに低下する。次に、ブリード空気は、流路１１４を通って第２の熱交換器１２３（補助タービン１２０の下流位置での）に流れることができ、ここでは第２の熱交換器１２３がターボファンエンジン１０の１又は２以上のシステムからの熱を除去してこの熱を流路１１４のブリード空気に伝達するので、流路１１４のブリード空気の温度が高くなる。例えば、特定の例示的な実施形態において、第２の熱交換器１２３は、例えば、ターボファンエンジン１０の主潤滑システム又は燃料システムから流路１１４のブリード空気に熱を伝達するようになった「液体対空気」熱交換器として構成することができる。
次に流路１１４のブリード空気は、後方タービンブロック９０に供給される。しかしながら、他の実施形態において、ブリード空気は、代わりにタービンセクションの任意の他の適切な位置に供給することができる。例えば、特定の例示的な実施形態において、コア１６は、ブリード空気流と空気流れ連通してこの空気流の圧力を上昇させる補助圧縮機を流路１１４内にさらに含むことができる。この構成により、代わりに、空気流は、図２から４の実施形態の１又は２以上を参照して前述したような様式で、例えばＬＰタービン３０に供給することができる。
ここで図８を参照すると、本開示の例示的な実施形態による空気流噴射ノズルの段８２の拡大概略図が提示される。図８に示す例示的な空気流噴射ノズル８４の段８２は、第１のタービンすなわちＨＰタービン２８の下流でタービンセクションの内部に配置される。具体的には、図示の実施形態に関して、例示的な空気流噴射ノズル８４の段８２は、ＬＰタービン３０の前方ブロック８６とＬＰタービン３０の後方ブロック８８との間に配置される。
加えて、図示のように、空気流噴射ノズル８４の段８２は、流路の出口と空気流れ連通する。図示の実施形態に関して、流路は、ターボファンエンジン１０のコア１６の構造部材９４で定められた流路９６である。従って、例示的な空気流噴射ノズル８４の段８２は、図２及び／又は３を参照して前述した例示的なターボファンエンジン１０のうちの１又は２以上に組み込むことができる。しかしながら、代替的に、他の実施形態において、空気流噴射ノズル８４の段８２は、タービンセクションのタービン後部フレーム９０等のタービンセクション内の任意の他の位置に配置することができる。従って、この例示的な実施形態では、空気流噴射ノズル８４の段８２は、代わりに図４及び／又は５を参照して前述した例示的なターボファンエンジン１０のうちの１又は２以上に組み込むことができる。
さらに図８を参照すると、図示の例示的な実施形態に関して、空気流噴射ノズル８４の段８２の各ノズル８４は、タービンセクションの構造的ベーンとして構成される。具体的には、空気流噴射ノズル８４の段８２の各ノズル８４は、概してコア空気流路３７を貫通して半径方向Ｒに沿って延びて、タービンセクションのアウターライナ１２６とタービンフレーム部材１２８との間の構造的結合をもたらす。しかしながら、他の実施形態において、空気流噴射ノズル８４の段８２の各ノズル８４のうちの１又は２以上は、追加的に又は代替的に、非構造性のノズルとして構成することができる。この実施形態において、ノズル８４は、半径方向Ｒに沿ってコア空気流路３７を完全に貫通して延びる場合又はそうでない場合がある。
空気流噴射ノズル８４の段８２は、ターボファンエンジン１０の周方向に沿って離間した複数の空気流噴射ノズル８４を含むことができる。例えば、空気流噴射ノズル８４の段８２は、６又はそれ以上のノズル８４、１４又はそれ以上のノズル８４、５０又はそれ以上のノズル８４、８０又はそれ以上のノズル８４、１００又はそれ以上のノズル８４、又は１５０又はそれ以上のノズル８４を含むことができる。加えて、一般に、空気流噴射ノズル８４の段８２は、半径方向外端にチャンバ１３０を含む。チャンバ１３０は、実質的にターボファンエンジン１０の周方向に沿って延びる、環状チャンバとすることができる。環状チャンバ１３０によって、空気流噴射ノズル８４の段８２の各空気流噴射ノズルは、流路９６の出口１００と空気流れ連通することができる。
加えて、一般に、空気流噴射ノズル８４の段８２の各ノズルは、概して半径方向Ｒに沿ってそれぞれのノズル８４を通って延びるキャビティ１３２と、開口１３４（仮想線で示す）とを含む。環状チャンバ１３０からの空気は、中空キャビティ１３２に流入して開口１３４を通ってタービンセクションに流出すること、より具体的には、タービンセクションを貫通して延びるコア空気流路３７の一部に流出することができる。従って、空気流噴射ノズル８４の各ノズル８４の開口１３４は、圧縮機セクションから抽出したブリード空気流を、タービンセクションを貫通して延びるコア空気流路３７に注入するように構成することができる。図示の実施形態に関して、それぞれのノズル８４によって規定される各開口１３４は、ほぼ半径方向Ｒに沿って延び、実質的にそれぞれのノズル８４の長さに沿って延びる。しかしながら、他の実施形態において、各ノズル８４は、代わりに略半径方向Ｒに沿って離間した複数の開口１３４を含むことができる。
特に、空気流噴射ノズル８４の段８２は、流路９６からのブリード空気を再導入するように構成されるので、少なくとも特定の例示的な実施形態において、空気流噴射ノズル８４の段８２は、図２を参照して前述したような流路９６の最大質量流量に等しい、通過する最大質量流量を規定することができる。
ここで具体的に図９を参照すると、半径方向Ｒに沿って切り取った、本開示の１つの例示的な実施形態による一対のノズル８４の断面図が提示される。例えば、図９のノズル８４は、図８を参照して前述した空気流噴射ノズル８４の段８２に組み込むことができる。
図９の実施形態に関して、ノズル８４は、各々が固定式開口１３４を定める固定スループットノズル８４である。図示のノズル８４は、正圧側面１３６及び負圧側面１３８、並びに前端１４０及び後端１４２を定める。前端１４０は、コア空気流路３７を通る空気流中で後端１４２の上流に配置される。加えて、各ノズル８４のそれぞれの開口１３４は、それぞれのノズル８４の正圧側面１３６上に配置され、タービンセクションを通る（すなわち、タービンセクションを貫通して延びるコア空気流路３７の部分を通る）空気流の流れ方向１４４にほぼ向いている。この構成により、圧縮機セクションから抽出した／抜き取ったブリード空気流を、タービンセクションを貫通して延びるコア空気流路３７に、空気流の乱れが最小になるようにタービンセクションを通る空気流に一致する方向で（矢印１４６で示す）注入することができる。
しかしながら、他の例示的な実施形態において、噴射ノズル８４は任意の他の適切な構成とすることができることを理解された。例えば、他の例示的な実施形態において、ノズル８４は、代わりに可変スループットノズル８４とすることができる。具体的には、図１０及び１１を参照すると、同様に半径方向Ｒに沿って切り取った、本開示の他の例示的な実施形態による一対のノズル８４の断面図が提示されている。例示的な空気流噴射ノズル８４は、図９を参照して前述した例示的な空気流噴射ノズル８４と実質的に同じ様式で構成することができるので、同じ又は類似の番号は同じ又は類似の要素を指すことができる。
しかしながら、図１０及び１１の例示的なノズル８４は、通過できる空気流量の変化を可能にするように構成される。具体的には、図１０及び１１の例示的なノズル８４の開口１３４は、それぞれのノズル８４の後端１４２の近くに位置決めされた可変スループット開口１３４である。図示のように、図１０及び１１の例示的なノズル８４の各々は、それぞれのノズルの後端１４２に位置決めされたフラップ１４８を含む。各フラップ１４８は、概してピボット軸１５０（半径方向Ｒに平行とすることができる）の周りで、第１の位置すなわち開位置（図１０参照）と第２の位置すなわち閉位置（図１１参照）との間で枢動可能である。フラップが開位置にある場合、ブリード空気といった空気の最大量が通過することができる。反対に、閉位置にある場合、フラップ１４８は、それぞれのノズル８４の開口１３４を覆いここを通る空気流を遮る。また、各フラップ１４８は、第１の位置と第２の位置との間で様々な位置に移動して、空気流噴射ノズル８４の段８２を通過できる空気量を調整することができる。図１０及び１１に示すノズル８４の可変スループット開口１３４は、ブリード空気を供給する流路内のバルブ（例えば、流路９６内のバルブ１０２）と一緒に又はその代わりに使用することができる。
さらに、空気流噴射ノズル８４の段８２のノズル８４のフラップ１４８は、タービンセクションのコア空気流路３７を通る空気量を制御することができる。具体的には、隣接するノズル８４の各ペアは、タービンセクションの容量に影響を与えるノズルスロート面積を規定する。隣接するノズル８４の各ペアは、フラップ１４８が第１の位置つまり開位置にある場合の最大ノズルスロート面積１５２を規定し、フラップ１４８が第２の位置つまり閉位置にある場合に最小ノズルスロート面積１５４を規定する。従って、フラップ１４８は、第２の位置つまり閉位置に移動した場合にノズルスロート面積を低減するように構成され、これによってタービンセクションの容量を小さくすることができる。ターボファンエンジン１０のＨＰシャフト３４が比較的低い速度で回転する場合、空気流噴射ノズル８４は、ノズルスロート面積を増大させてＬＰタービン３０の容量を大きくするように作動することができる。代替的にさらに図１２及び１３を参照すると、同様に半径方向Ｒに沿って切り取った、本開示のさらに他の例示的な実施形態による一対のノズル８４の断面図が提示される。例示的な空気流噴射ノズル８４は、図９を参照して前述した例示的な空気流噴射ノズル８４と実質的に同じ様式で構成することができるので、同じ又は類似の番号は、同じ又は類似の要素を指すことができる。
図１０及び１１の例示的なノズル８４と同様に、図１２及び１３の例示的なノズル８４は、可変スループットノズルとして構成されており、ノズル８４は、通過できる空気流量の変化を可能にするように構成される。具体的には、例示的なノズル８４の各々は、それぞれのノズル８４の後端１４２に隣接して配置された可変スループット開口１３４を含み、遮蔽ドア１３５は、閉位置（図１２）と開位置（図１３）との間で、並びにその間の複数の位置の間でスライド可能である。従って、ノズル８４は、遮蔽ドア１３５を所望の位置に移動させることで、空気流噴射ノズル８４の段８２を通過できる空気量を調整することができる。可変スループット開口１３４は、ブリード空気を供給する流路内のバルブ（例えば、流路９６内のバルブ１０２）と一緒に又はその代わりに使用することができる。
ここで図１４及び１５を参照すると、圧縮機セクションから抽出したブリード空気流を、タービンセクションを貫通して延びるコア空気流路３７に注入して戻すための代替的な実施形態が提示される。図１４は、ＨＰタービン２８の下流かつＬＰタービン３０の上流に配置されたタービンフレーム部材１０４の単純化された概略図を提示する。タービンフレーム部材１０４は、流路の出口と空気流れ連通するキャビティ１５６を定める。図示の例示的な実施形態に関して、キャビティ１５６は、図２及び／又は３を参照して前述したように構造部材９４で定められた流路９６の出口１００と空気流れ連通する。しかしながら、代替的に、キャビティ１５６は、図４及び５を参照して前述したようにブリード空気流路１１４と空気流れ連通することができる。
一般に、例示的なタービンフレーム部材１０４は、アウターライナ１６０上にドア１５８を含み、アウターライナ１６０は、少なくとも部分的にタービンセクションを通るコア空気流路３７を定める。ドア１５８は、前方の開位置（図１４参照）と後方の閉位置（図１５参照）との間でターボファンエンジン１０のほぼ軸方向Ａに沿って移動可能である。ドア１５８が前方の開位置にある場合、ドア１５８は、キャビティ１５６の流路９６からタービンフレーム部材１０４を貫通して延びるコア空気流路３７への開口１６２を定め、流路９６からのブリード空気の注入／再導入を可能にする。対照的に、ドア１５８が後方の閉位置にある場合、ドア１５８は、タービンアウターライナ１６０に対するシールを形成し、空気流は、キャビティ１５６又は流路９６からそこを通ってタービンフレーム部材１０４を貫通するコア空気流路３７へ供給されない。これは、ブリード空気を流路９６からタービンフレーム部材１０４を貫通して延びるコア空気流路３７に注入するための、単純かつ経済的な構成である。
特定の例示的な実施形態において、タービンフレーム部材１０４は複数のドア１５８を含むことができ、各ドアは、開位置と閉位置との間でほぼ軸方向Ａに沿って移動可能である。複数のドア１５８は、ターボファンエンジン１０の周方向に沿って離間することができる。加えて、可動ドア１５８を含むタービンフレーム部材１０４は、ＨＰタービン２８とＬＰタービン３０との間に配置されるが、他の例示的な実施形態において、可動ドア１５８を含むタービンフレーム部材１０４は、代わりに、例えばＬＰタービンの前方ブロックとＬＰタービンの後方ブロックとの間に配置することができる。
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる組み込み方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
１又は２以上の圧縮機を含む圧縮機セクションと、
上記圧縮機セクションの下流に配置された燃焼セクションと、
上記燃焼セクションの下流に配置されかつ１又は２以上のタービンを含むタービンセクションと、
入口と出口との間に延びるブリード空気流路であって、上記入口が、上記圧縮機セクションからブリード空気流を受け入れるために圧縮機セクションと空気流れ連通する、ブリード空気流路と、
上記ブリード空気流路の上記入口と上記ブリード空気流路の上記出口との間で、上記ブリード空気流路と空気流れ連通状態で配置され、上記ブリード空気流路を通る上記ブリード空気流からエネルギを抽出するようになった、補助タービンと、
を備えるガスタービンエンジン。
［実施態様２］
上記圧縮機セクションから上記タービンセクションまで延びて、上記ガスタービンエンジンに対する構造的支持をもたらす構造部材をさらに備える、上記構造部材が、上記ブリード空気流路を定める、実施態様１に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様３］
上記ブリード空気流路内に位置決めされたバルブをさらに備え、上記バルブは、上記ブリード空気流路を通過できるブリード空気流量を変えるように構成される、実施態様１に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様４］
上記補助タービンの上流で上記ブリード空気流路と熱的に連通して、通過する上記ブリード空気流の温度を低下させるようになった熱交換器と、
上記補助タービンの下流で上記ブリード空気流路と熱的に連通して、通過する上記ブリード空気流の温度を上昇させるようになった熱交換器と、
をさらに備える、実施態様１に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様５］
上記補助タービンの上流又は下流位置で上記ブリード空気流路と空気流れ連通する補助圧縮機をさらに備える、実施態様１に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様６］
上記補助圧縮機は、コア駆動式補助圧縮機として構成される、実施態様１に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様７］
上記圧縮機セクション及び上記タービンセクションを機械的に結合する１又は２以上のシャフトをさらに備え、上記補助タービンは、上記１又は２以上のシャフトのうちの少なくとも１つに機械的に結合される、実施態様１に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様８］
上記圧縮機セクション、上記燃焼セクション、及び上記タービンセクションの各々は、外側ケーシングの内部に閉じ込められ、上記ブリード空気流路及び上記補助タービンも上記外側ケーシングの内部に閉じ込められる、実施態様１に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様９］
上記補助タービンは、チップタービンとして構成される、実施態様１に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１０］
上記ブリード空気流路の上記出口は、上記ガスタービンエンジンの上記タービンセクションと空気流れ連通する、実施態様１に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１１］
上記ブリード空気流路の上記出口は、上記ガスタービンエンジンの上記タービンセクションの後方フレーム部材と空気流れ連通する、実施態様１に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１２］
上記タービンセクションは、高圧タービン、低圧タービン、及び空気流噴射ノズルの段を含み、上記ブリード空気流路の上記出口は、上記空気流噴射ノズルの段と空気流れ連通する、実施態様１に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１３］
１又は２以上の圧縮機を含む圧縮機セクションと、
上記燃焼セクションの下流に配置されかつ１又は２以上のタービンを含むタービンセクションと、
入口と出口との間に延びるブリード空気流路であって、上記入口が、上記圧縮機セクションを通る空気流の少なくとも最大５％を受け入れるように圧縮機セクションと空気流れ連通する、ブリード空気流路と、
上記ブリード空気流路の上記入口と上記ブリード空気流路の上記出口との間で、上記ブリード空気流路と空気流れ連通状態で配置され、上記ブリード空気流路を通る上記ブリード空気流からエネルギを抽出するようになった、補助タービンと、
を備えるガスタービンエンジン。
［実施態様１４］
上記圧縮機セクションから上記タービンセクションまで延びて、上記ガスタービンエンジンに対する構造的支持をもたらす構造部材をさらに備える、上記構造部材が、上記ブリード空気流路を定める、実施態様１３に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１５］
上記ブリード空気流路内に位置決めされたバルブをさらに備え、上記バルブは、上記ブリード空気流路を通過できるブリード空気流量を変えるように構成される、実施態様１３に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１６］
上記ブリード空気流路と熱的に連通する熱交換器をさらに備える、実施態様１３に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１７］
上記補助タービンの上流又は下流位置で上記ブリード空気流路と空気流れ連通する補助圧縮機をさらに備える、実施態様１３に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１８］
上記補助圧縮機は、コア駆動式補助圧縮機として構成される、実施態様１７に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１９］
上記ブリード空気流路の上記出口は、上記ガスタービンエンジンの上記タービンセクションと空気流れ連通する、実施態様１３に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様２０］
上記ブリード空気流路の上記出口は、上記ガスタービンエンジンの上記タービンセクションの後方フレーム部材と空気流れ連通する、実施態様１３に記載のガスタービンエンジン。
１０ ターボファンジェットエンジン
１２ 長手方向又は軸方向中心線
１４ ファンセクション
１６ コアタービンエンジン
１８ 外側ケーシング
２０ 入口
２２ 低圧圧縮機
２４ 高圧圧縮機
２６ 燃焼セクション
２８ 高圧タービン
３０ 低圧タービン
３２ ジェット排出セクション
３４ 高圧シャフト／スプール
３６ 低圧シャフト／スプール
３７ コア空気流路
３８ ファン
４０ ブレード
４２ ディスク
４４ 作動部材
４６ 出力ギヤボックス
４８ ナセル
５０ ファンケーシング又はナセル
５２ 出口ガイドベーン
５４ 下流セクション
５６ バイパス空気流通路
５８ 空気
６０ 入口
６２ 空気の第１の部分
６４ 空気の第２の部分
６６ 燃焼ガス
６８ ステータベーン
７０ タービンロータブレード
７２ ステータベーン
７４ タービンロータブレード
７６ ファンノズル排出セクション
７８ 高温ガス通路
８０ 圧縮機フレーム部材
８２ バイパス混合ノズルの段
８４ バイパス混合ノズル
８６ ＬＰタービン前方ブロック
８８ ＬＰタービン後方ブロック
９０ タービン後部フレーム
９２ 軸受
９４ 構造部材
９６ 流路
９８ 入口
１００ 出口
１０２ バルブ
１０４ タービンフレーム部材
１０６ 補助圧縮機
１０８ 補助圧縮機の中心軸
１１０ 補助圧縮機ＩＧＶ
１１２ 熱交換器
１１４ 流路
１１６ 入口
１１８ 出口
１２０ 補助タービン
１２２ 補助タービンの中心軸
１２４ ギヤボックス
１２６ タービンセクションのライナ
１２８ タービンフレーム部材
１３０ チャンバ
１３２ キャビティ
１３４ 開口
１３６ 正圧側面
１３８ 負圧側面
１４０ 前端
１４２ 後端
１４４ 空気流方向
１４６ 開口方向
１４８ フラップ
１５０ ピボット軸
１５２ 最大ノズルスロート面積
１５４ 最小ノズルスロート面積
１５６ キャビティ
１５８ ドア
１６０ アウターライナ
１６２ 流路

Claims (10)

  1. １又は２以上の圧縮機を含む圧縮機セクションと、
    前記圧縮機セクションの下流に配置された燃焼セクション（２６）と、
    前記燃焼セクション（２６）の下流に配置されかつ１又は２以上のタービンを含むタービンセクションと、
    入口と出口との間に延びるブリード空気流路（９６）であって、前記入口が、前記圧縮機セクションからブリード空気流を受け入れるために圧縮機セクションと空気流れ連通する、ブリード空気流路（９６）と、
    前記ブリード空気流路（９６）の前記入口と前記ブリード空気流路（９６）の前記出口との間で、前記ブリード空気流路（９６）と空気流れ連通状態で配置され、前記ブリード空気流路（９６）を通る前記ブリード空気流からエネルギを抽出するようになった、補助タービン（１２０）と、
    を備えるガスタービンエンジン。
  2. 前記圧縮機セクションから前記タービンセクションまで延びて、前記ガスタービンエンジンに対する構造的支持をもたらす構造部材（９４）をさらに備える、前記構造部材が、前記ブリード空気流路（９６）を定める、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
  3. 前記ブリード空気流路（９６）内に位置決めされたバルブ（１０２）をさらに備え、前記バルブ（１０２）は、前記ブリード空気流路（９６）を通過できるブリード空気流量を変えるように構成される、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
  4. 前記補助タービン（１２０）の上流で前記ブリード空気流路（９６）と熱的に連通して、通過する前記ブリード空気流の温度を低下させるようになった熱交換器（１２１）と、
    前記補助タービン（１２０）の下流で前記ブリード空気流路（９６）と熱的に連通して、通過する前記ブリード空気流の温度を上昇させるようになった熱交換器（１２３）と、
    をさらに備える、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
  5. 前記補助タービン（１２０）の上流又は下流位置で前記ブリード空気流路（９６）と空気流れ連通する補助圧縮機をさらに備える、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
  6. 前記圧縮機セクション及び前記タービンセクションを機械的に結合する１又は２以上のシャフトをさらに備え、前記補助タービン（１２０）は、前記１又は２以上のシャフトのうちの少なくとも１つに機械的に結合される、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
  7. 前記圧縮機セクション、前記燃焼セクション（２６）、及び前記タービンセクションの各々は、外側ケーシング（１８）の内部に閉じ込められ、前記ブリード空気流路（９６）及び前記補助タービン（１２０）も前記外側ケーシング（１８）の内部に閉じ込められる、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
  8. 前記ブリード空気流路（９６）の前記出口は、前記ガスタービンエンジンの前記タービンセクションと空気流れ連通する、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
  9. 前記ブリード空気流路（９６）の前記出口は、前記ガスタービンエンジンの前記タービンセクションの後方フレーム部材（９０）と空気流れ連通する、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
  10. 前記タービンセクションは、高圧タービン（２８）、低圧タービン（３０）、及び空気流噴射ノズルの段（８２）を含み、前記ブリード空気流路（９６）の前記出口は、前記空気流噴射ノズルの段（８２）と空気流れ連通する、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
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