JP2017081542A - クロスエンジンデブリを回避するための方法及びシステム - Google Patents

クロスエンジンデブリを回避するための方法及びシステム Download PDF

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Abstract

【課題】クロスエンジンデブリを回避するための方法及びシステムを提供すること。【解決手段】航空機(100)用の推進システム(300;400;500;600;700;800)は、少なくとも2つの推進エンジン(202,212)を含む。各推進エンジン(202,212)は、長手方向回転軸線(206,216)の周りを回転し、各推進エンジン(202,212)に関連する推進ファン(204,214)は、長手方向回転軸線(206,216)に垂直な平面(208,218)で回転する。各平面(208,218)は、別の推進エンジン(202,212)及び推進ファン(204,214)に関連する他の何れかの平面(208,218)と交差しないように、航空機(100)の長手方向軸線(106)に沿った軸方向の離間及び傾斜のうちの少なくとも1つが行われる。【選択図】 図1

Description

本開示の分野は、全体的に、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、オープンロータエンジン装備におけるクロスエンジンデブリ(cross engine debris)を回避するための方法及びシステムに関する。
少なくとも一部の既知の航空機は、エンジン用のオープンロータ構成を含む。例えば、オープンロータ推進システムは、ターボプロップ及び二重反転オープンロータを含むことができる。1つのエンジンからのファンブレードの離脱は、影響を受けたエンジンからのデブリによる別の航空機エンジンの部分への衝突を引き起こす可能性がある。このような衝突は、他のエンジンに対しても同様に故障を生じるような悪影響を及ぼす可能性がある。ブレード離脱の影響を制限するためにカウリング装置又は他の遮蔽装置を設置すると、航空機に追加の重量及び抗力が加わり、これはまた、航空機の燃料効率に悪影響を与えることになる。
米国特許第8,128,023号明細書
1つの態様において、航空機用の推進システムが提供される。推進システムは、少なくとも2つの推進エンジンを含む。各推進エンジンは、長手方向回転軸線の周りを回転し、各推進エンジンに関連する推進ファンは、長手方向回転軸線に垂直な平面で回転する。各平面は、他の何れかの推進エンジン及び推進ファンと交差しないように、胴体に沿った軸方向の離間及び傾斜のうちの少なくとも1つが行われる。
別の態様において、航空機に少なくとも2つの推進エンジンを備えた推進システムを搭載する方法が提供される。各推進エンジンは、長手方向回転軸線の周りを回転し、各推進エンジンに関連する推進ファンは、長手方向回転軸線に垂直な平面で回転する。本方法は、各推進エンジンに関連する各平面を航空機の長手方向軸線に沿って軸方向に間隔を置いて配置するステップ、及び少なくとも1つの推進エンジンに関連する少なくとも1つの平面を傾斜させるステップのうちの少なくとも1つを含む。各推進エンジンに関連する各平面は、他の何れかの推進エンジン及び推進ファンに交差しない。
本開示のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、図面全体を通じて同様の参照符号が同様の要素を示す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むと更に理解できるであろう。
航空機の各ウィング上に対称的に搭載された2つの推進エンジンを備えた航空機の上面図。 第1の推進エンジンが第2の推進エンジンの軸方向前方に搭載された航空機の上面図。 第1の推進エンジンが第2の推進エンジンから離れて傾斜した航空機の上面図。 推進エンジンが傾斜されるトー角の範囲を示す航空機の拡大上面図。 両方の推進エンジンが同じ方向に傾斜した航空機の上面図。 両方の推進エンジンが外寄りに傾斜した航空機の上面図。 両方の推進エンジンが内寄りに傾斜した航空機の上面図。 第1の推進エンジンが第2の推進エンジンの軸方向前方に搭載され且つ第2の推進エンジンから離れて傾斜した航空機の上面図。 第1の推進エンジンが第2の推進エンジンの軸方向前方に搭載され且つ第2の推進エンジンに向けて傾斜した航空機の上面図。
別途指示されていない限り、本明細書で提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を例証するものとする。これらの特徴は、本開示の1又はそれ以上の実施形態を含む幅広い種類のシステムに適用可能であると考えられる。従って、図面は、本明細書で開示される実施形態の実施に必要とされる当業者には公知の従来の全ての特徴を含むことを意図するものではない。
以下の明細書及び請求項において幾つかの用語を参照するが、これらは以下の意味を有すると定義される。
単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り、複数形態も含む。
「任意」又は「場合により」とは、それに続いて記載されている事象又は状況が起こってもよいし起こらなくてもよいことを意味し、その記載はその事象が起こる場合と起こらない場合を含む。
本明細書及び請求項全体を通じてここで使用される近似表現は、関連する基本的機能の変更をもたらすことなく、許容範囲内で変わることのできるあらゆる定量的表現を修飾するのに適用することができる。従って、「約」及び「実質的に」などの1又は複数の用語により修飾される値は、指定される厳密な値に限定されるものではない。少なくとも一部の事例において、近似表現は、値を測定する計器の精度に対応することができる。ここで及び明細書及び請求項全体を通じて、範囲限界は組み合わせ及び/又は置き換えが可能であり、このような範囲は、前後関係又は表現がそうでないことを示していない限り、識別されここに包含される部分範囲全てを含む。
本明細書で記載される航空機エンジンシステムは、運行の安全性及び信頼性を向上させた複数エンジンの推進システムをもたらすコスト効果の高い方法を提供する。詳細には、本明細書で記載される推進システムは、各推進エンジンが推進システムの他の推進エンジンに対して軸方向に離間して及び/又は傾斜されて配置されるように装着された少なくとも2つの推進エンジンを含む。この配列において、各エンジンについての各ファンロータの回転平面は、推進システムの他の何れの推進エンジンとも交差しない。推進システムの推進エンジンのうちの何れかによるロータ離脱が生じた場合、何らかの結果として生じるクロスエンジンデブリは、他の推進エンジンの何れからも離れて配向されて、これによりクロスエンジンデブリストライクに起因した衝撃及びそれに関連する損傷のリスクが低減される。本明細書で記載される種々の実施形態において、軸方向のスペース取りと外への広がりのあらゆる組み合わせを用いて、複数エンジン推進システムの全推進エンジンにおいて他の全てのファンロータの全回転平面と非整列状態で各ファンロータの各回転平面を位置付けることができる。
ずらして配置した及び/又は外側に広がった推進エンジンを含む複数エンジン推進システムは、航空機推進システムの設計に胴体外装又は他の保護構造体の導入のような、クロスエンジンデブリに対する既知の保護方法に優る利点を提供する。これらの既知の方法は、航空機に対して重量増加となり、これにより航空機の燃料使用量が増大する。加えて、外装の導入は、航空機の設計を更に複雑にし、場合によっては、推進システムの少なくとも2つの推進エンジンの設計及び設置に対する掌性上の制約をもたらす可能性がある。本明細書で記載される複数エンジン推進システムは、推進システムの安全性及び信頼性を損なうことなく、高効率のオープンロータ推進エンジン設計の導入を可能にする。
図1は、航空機100のウィング104上に搭載された少なくとも2つの推進エンジン202,212を備えた、典型的な既存の航空機100用推進システム200の上面図を示す。第1の推進エンジン202は、第1のエンジン長手方向回転軸線206に垂直な第1のファン平面208内で回転する少なくとも1つの第1の推進ファン204を含む。同様に、第2の推進エンジン212は、第2のエンジン長手方向回転軸線216に垂直な第2のファン平面218内で回転する少なくとも1つの第2の推進ファン214を含む。図1に示す既存の推進システム200において、第1のファン平面208及び第2のファン平面218は、互いに整列している。そのため、第1の推進ファン204又は第2の推進ファン214の何れかのロータ離脱が生じた場合、結果として生じる何らかのクロスエンジンデブリの可能性のあるクロスエンジンデブリ経路222は、第1の推進ファン204と第2の推進ファン214の間に配向される。
一部の実施形態において、第1の推進エンジン202及び/又は第2の推進エンジン212は、航空機100の胴体102に沿って延びる長手方向軸線106に平行な方向として本明細書で定められる軸方向にシフトしている。図2は、1つの実施形態における航空機100用の例示的な推進システム300の上面図を示す。第1の推進エンジン202は、航空機長手方向軸線106に平行な方向で第2の推進エンジン212に対して軸方向に離間して配置される。そのため、第1の推進ファン204のロータ離脱が生じた場合の可能性のあるクロスエンジンデブリ経路222は、第2のファン平面218に衝突しない。一部の実施形態において、第1の推進エンジン202は更に、第1の後方推進ファン210及び関連する第1の後方ファン平面226を含むことができる。更に、軸方向スペース224は、第1の後方ファン平面226を第2のファン平面218の前方にずらして配置させ、これにより第1の後方推進ファン210のロータ故障が生じた場合にクロスエンジンデブリが第2の推進エンジン212に衝突するリスクを低減する。
図3は、1つの実施形態における航空機100用の別の例示的な推進システム400の上面図を示す。第1の推進エンジン202は、第2の推進エンジン212から離れて傾斜されており、これにより第2のファン平面218に対して第1のファン平面208が回転される。そのため、第1の推進ファン204のロータ離脱が生じた場合の可能性のあるクロスエンジンデブリ経路222は、第2のファン平面218に衝突しない。
図4は、第1の推進エンジン202の拡大上面図を示す。種々の実施形態において、第1のエンジン長手方向回転軸線206及び/又は第2の推進エンジン212は、内寄りトー角228又は外寄りトー角230の何れかで傾斜される。本明細書で使用される場合、内寄りトー角228は、航空機100の胴体102に向かう第1のエンジン長手方向回転軸線206の回転として、及び反対側のウィング104(図示せず)上に搭載された第2の推進エンジン212に向けた伸展によって定義される。本明細書で使用される場合、外寄りトー角230は、航空機100の胴体102から離れる第1のエンジン長手方向回転軸線206の回転として、及び反対側のウィング104(図示せず)上に搭載された第2の推進エンジン212から離れる伸展によって定義される。
種々の実施形態では、図3に示すように、第1の推進エンジン202及び第2の推進エンジン212のうちの1つだけが傾斜される。他の種々の実施形態では、第1の推進エンジン202及び第2の推進エンジン212の両方が傾斜される。第1の推進エンジン202及び第2の推進エンジン212が傾斜されるトー角228,230は、独立して選択される。1つの実施形態において、内寄りトー角228は、約0度(航空機長手方向軸線106に平行)〜約20度の範囲であり、外寄りトー角230は、約0度(航空機長手方向軸線106に平行)〜約20度の範囲である。
図5は、1つの実施形態における航空機100用の別の例示的な推進システム500の上面図を示す。第1の推進エンジン202及び第2の推進エンジン212は、同じ方向に傾斜され、これにより第1のファン平面208及び第2のファン平面218が互いに対して回転する。そのため、第1の推進ファン204のロータ離脱が生じた場合の可能性のあるクロスエンジンデブリ経路222は、第2のファン平面218に衝突せず、逆もまた同様である。同じ方向に傾斜させるためには、図5に例示するように、第1の推進エンジン202は外寄りトー角230で傾斜され、第2の推進エンジン212は、内寄りトー角228で傾斜され、或いは逆もまた同様である(図示せず)。
図6は、1つの実施形態における航空機100用の別の例示的な推進システム600の上面図を示す。第1の推進エンジン202及び第2の推進エンジン212は、反対の方向に傾斜され、これにより第1のファン平面208と第2のファン平面218が互いに対して回転される。そのため、第1の推進ファン204のロータ離脱が生じた場合の可能性のあるクロスエンジンデブリ経路222は、第2のファン平面218に衝突せず、逆もまた同様である。反対方向に傾斜されるためには、第1の推進エンジン202及び第2の推進エンジン212の両方は、図6に示すように外寄りトー角230で傾斜され、或いは、第1の推進エンジン202及び第2の推進エンジン212の両方は、図7に示すように、内寄りトー角228で傾斜される。
種々の実施形態において、第1の推進エンジン202は、第2の推進エンジン212に対して軸方向スペース224にて軸方向に離間して配置され、第1の推進エンジン202は更に、外寄りトー角230で傾斜される。図8は、1つの実施形態における航空機100用の別の例示的な推進システム700の上面図を示す。第1の推進エンジン202は、第2の推進エンジン212に対して軸方向スペース224だけ軸方向に変位され、また、第1の推進エンジン202は、第2の推進エンジン212から離れて外寄りトー角230で傾斜される。そのため、第1の推進ファン204のロータ離脱が生じた場合の可能性のあるクロスエンジンデブリ経路222は、第2のファン平面218に衝突せず、逆もまた同様である。図9は、1つの実施形態における航空機100用の別の例示的な推進システム800の上面図を示す。第1の推進エンジン202は、第2の推進エンジン212に対して軸方向スペース224だけ軸方向に変位され、また、第1の推進エンジン202は、第2の推進エンジン212に向かって内寄りトー角228で傾斜される。そのため、第1の推進ファン204のロータ離脱が生じた場合の可能性のあるクロスエンジンデブリ経路222は、第2のファン平面218に衝突せず、逆もまた同様である。
種々の実施形態において、航空機に少なくとも2つの推進エンジンを備えた複数エンジン推進システムを搭載する方法が本明細書で開示される。本方法は、本明細書で上記で記載されたように、第2の推進エンジン212に対して第1の推進エンジン202を軸方向に変位させるステップと、及び第1の推進エンジン202及び/又は第2の推進エンジン212を内寄りトー角228又は外寄りトー角230で傾斜させるステップのうちの何れか1つを含む。本方法は、限定ではなく、軸方向スペース224と、第1の推進エンジン202及び/又は第2の推進エンジン212の何らかの組み合わせの傾斜とのあらゆる組み合わせを含む。本方法を用いて航空機100に搭載される推進システム200,300,400,500,600,700,800の例示的な実施形態は、本明細書で上記に記載され、図1〜9として例示されている。
種々の実施形態において、推進システムの少なくとも2つの推進エンジンは、限定ではないが、プロップファンエンジンを含む。好適なプロップファンエンジンの非限定的な実施例は、前方プロペラと後方プロペラを有する、デュアルプロペラ二重反転プロップファンエンジンを含む。
少なくとも2つの推進エンジンを含む推進システムの例示的な実施形態が、上記で詳細に説明された。推進システム、並びにかかるシステム及び装置を作動させる方法は、本明細書で記載される特定の実施形態に限定されず、システムの構成要素及び/又は方法のステップは、本明細書で説明された他の構成要素及びステップと独立して別個に利用することができる。例えば、本方法はまた、他のシステムの少なくとも2つの推進エンジンと関連するファン平面の非整列を必要とする他のシステムと組み合わせて用いることができ、本明細書で記載されるシステム及び方法でのみ実施することに限定されない。むしろ、例示的な実施形態は、少なくとも2つの推進エンジンを受け入れ許容するよう現在構成される他の多くの航空機推進システム応用に関連して実施及び利用することができる。
本発明の種々の実施形態の特定の特徴は一部の図面で示され、他の図面では示されない場合があるが、これは便宜上のことに過ぎない。本開示の原理によれば、図面の何れかの特徴は、他の何れかの図面のあらゆる特徴と組み合わせて言及し及び/又は特許請求することができる。
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、更に、本発明を当業者が実施及び利用することを可能にする。本開示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、又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]
航空機用の推進システムであって、
各々がそれぞれの長手方向回転軸線の周りを回転する少なくとも2つの推進エンジンと、
それぞれの長手方向回転軸線に垂直な平面で回転する、上記推進エンジンの各々に関連する推進ファンと、
を備え、
上記各平面が、他の何れかの上記推進エンジン及び上記推進ファンと交差しないように、上記航空機の長手方向軸線に沿って軸方向に離間されるか又は傾斜されて位置付けられる、推進システム。
[実施態様2]
上記少なくとも2つの推進エンジンが、第1の推進エンジンと第2の推進エンジンとを含み、上記第1の推進エンジンが傾斜されている、実施態様1に記載の推進システム。
[実施態様3]
上記第2の推進エンジンが傾斜されている、実施態様2に記載の推進システム。
[実施態様4]
上記第1の推進エンジンと上記第2の推進エンジンが同じ方向で傾斜されている、実施態様2に記載の推進システム。
[実施態様5]
上記第1の推進エンジンと上記第2の推進エンジンが異なる方向で傾斜されている、実施態様2に記載の推進システム。
[実施態様6]
上記少なくとも2つの推進エンジンが、第1の推進エンジンと第2の推進エンジンとを含み、上記第1の推進エンジンが、上記第2の推進エンジンから軸方向で離間して配置され、且つ上記第2の推進エンジンから離れて傾斜されている、実施態様1に記載の推進システム。
[実施態様7]
上記少なくとも2つの推進エンジンが、第1の推進エンジンと第2の推進エンジンとを含み、上記第1の推進エンジンが、上記第2の推進エンジンから軸方向で離間して配置され、且つ上記第2の推進エンジンに向かって傾斜されている、実施態様1に記載の推進システム。
[実施態様8]
上記少なくとも2つの推進エンジンがプロップファンエンジンであり、該プロップファンエンジンの各々が、前方プロペラと後方プロペラを有するデュアルプロペラ二重反転エンジンである、実施態様1に記載の推進システム。
[実施態様9]
上記少なくとも2つの推進エンジンのうちの少なくとも1つが、約20度の内寄りから約20度の外寄りの範囲にわたるトー角で傾斜されている、実施態様1に記載の推進システム。
[実施態様10]
上記少なくとも2つの推進エンジンの各々が、異なる推進レベルで作動されて、上記軸方向スペース及び上記少なくとも2つの推進エンジンの各々の傾斜のうちの少なくとも1つから結果として生じる非対称なトルクを補償する、実施態様1に記載の推進システム。
[実施態様11]
航空機上に少なくとも2つの推進エンジンを備えた推進システムを搭載する方法であって、各推進エンジンが長手方向回転軸線の周りに回転し、各推進エンジンに関連する推進ファンが長手方向回転軸線に垂直な平面で回転し、
上記方法が、
各推進エンジンに関連する各平面を航空機の長手方向軸線に沿って軸方向に間隔を置いて配置するステップと、
少なくとも1つの推進エンジンに関連する少なくとも1つの平面を傾斜させるステップと、
のうちの少なくとも1つを含み、上記平面が他の何れかの推進エンジン及び推進ファンと交差しないようにする、方法。
[実施態様12]
上記少なくとも2つの推進エンジンの第1の推進エンジンが傾斜されている、実施態様11に記載の方法。
[実施態様13]
上記少なくとも2つの推進エンジンの第1の推進エンジン及び第2の推進エンジンが傾斜されている、実施態様12に記載の方法。
[実施態様14]
上記第1の推進エンジンと上記第2の推進エンジンが同じ方向で傾斜されている、実施態様13に記載の方法。
[実施態様15]
上記第1の推進エンジンと上記第2の推進エンジンが異なる方向で傾斜されている、実施態様13に記載の方法。
[実施態様16]
上記少なくとも2つの推進エンジンの第1の推進エンジンが、上記少なくとも2つの推進エンジンの第2の推進エンジンから軸方向で離間して配置され、上記第1の推進エンジンが、上記第2の推進エンジンから離れて傾斜されている、実施態様11に記載の方法。
[実施態様17]
上記少なくとも2つの推進エンジンの第1の推進エンジンが、上記少なくとも2つの推進エンジンの第2の推進エンジンから軸方向で離間して配置され、上記第1の推進エンジンが、上記第2の推進エンジンに向かって傾斜されている、実施態様11に記載の方法。
[実施態様18]
上記少なくとも2つの推進エンジンがプロップファンエンジンであり、該プロップファンエンジンの各々が、前方プロペラと後方プロペラを有するデュアルプロペラ二重反転エンジンである、実施態様11に記載の方法。
[実施態様19]
上記少なくとも2つの推進エンジンのうちの少なくとも1つが、約20度の内寄りから約20度の外寄りの範囲にわたるトー角で傾斜されている、実施態様11に記載の方法。
[実施態様20]
上記少なくとも2つの推進エンジンの各々が、異なる推進レベルで作動されて、上記軸方向スペース及び上記少なくとも2つの推進エンジンの各々の傾斜のうちの少なくとも1つから結果として生じる非対称なトルクを補償する、実施態様11に記載の方法。
100 航空機
102 胴体
104 ウィング
106 航空機長手方向軸線
200 推進システム
202 第1の推進エンジン
204 第1の推進ファン
206 第1のエンジン長手方向回転軸線
208 第1のファン平面
210 第1の後方推進ファン
212 第2の推進エンジン
214 第2の推進ファン
216 第2のエンジン長手方向回転軸線
218 第2のファン平面
220 クロスエンジンデブリ経路
222 エンジンの軸方向スペース
224 第1の後方ファン平面
226 内寄りトー角
228 外寄りトー角
300 推進システム
400 推進システム
500 推進システム
600 推進システム
700 推進システム
800 推進システム

Claims (10)

  1. 航空機(100)用の推進システム(300;400;500;600;700;800)であって、
    各々がそれぞれの長手方向回転軸線(206,216)の周りを回転する少なくとも2つの推進エンジン(202,212)と、
    それぞれの長手方向回転軸線(206,216)に垂直な平面(208,218)で回転する、前記推進エンジン(202,212)の各々に関連する推進ファン(204,214)と、
    を備え、
    前記各平面(208,218)が、他の何れかの前記推進エンジン(202,212)及び前記推進ファン(204,214)と交差しないように、前記航空機(100)の長手方向軸線(106)に沿って軸方向に離間されるか又は傾斜されて位置付けられる、推進システム(300;400;500;600;700;800)。
  2. 前記少なくとも2つの推進エンジン(202,212)が、第1の推進エンジン(202)と第2の推進エンジン(212)とを含み、前記第1の推進エンジン(202)が傾斜されている、請求項1に記載の推進システム(400;500;600;700;800)。
  3. 前記第2の推進エンジン(212)が傾斜されている、請求項2に記載の推進システム(500;600)。
  4. 前記第1の推進エンジン(202)と前記第2の推進エンジン(212)が同じ方向で傾斜されている、請求項2に記載の推進システム(500)。
  5. 前記第1の推進エンジン(202)と前記第2の推進エンジン(212)が異なる方向で傾斜されている、請求項2に記載の推進システム(500)。
  6. 前記少なくとも2つの推進エンジン(202,212)が、第1の推進エンジン(202)と第2の推進エンジン(212)とを含み、前記第1の推進エンジン(202)が、前記第2の推進エンジン(212)から軸方向で離間して配置され、且つ前記第2の推進エンジン(212)から離れて傾斜されている、請求項1に記載の推進システム(700)。
  7. 前記少なくとも2つの推進エンジン(202,212)が、第1の推進エンジン(202)と第2の推進エンジン(212)とを含み、前記第1の推進エンジン(202)が、前記第2の推進エンジン(212)から軸方向で離間して配置され、且つ前記第2の推進エンジン(212)に向かって傾斜されている、請求項1に記載の推進システム(800)。
  8. 前記少なくとも2つの推進エンジン(202,212)がプロップファンエンジンであり、該プロップファンエンジンの各々が、前方プロペラと後方プロペラを有するデュアルプロペラ二重反転エンジンである、請求項1に記載の推進システム(300;400;500;600;700;800)。
  9. 前記少なくとも2つの推進エンジン(202,212)のうちの少なくとも1つが、約20度の内寄りから約20度の外寄りの範囲にわたるトー角(226,228)で傾斜されている、請求項1に記載の推進システム(400;500;600;700;800)。
  10. 前記少なくとも2つの推進エンジン(202,212)の各々が、異なる推進レベルで作動されて、前記軸方向スペース及び前記少なくとも2つの推進エンジン(202,212)の各々の傾斜のうちの少なくとも1つから結果として生じる非対称なトルクを補償する、請求項1に記載の推進システム(300;400;500;600;700;800)。
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