JP4128272B2 - 可変面積タービン・ノズル・セグメント - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般にガスタービンエンジンに関するものであり、更に詳しくはその中のタービン・ノズルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンエンジンのコア・エンジンは典型的には燃焼器に圧縮空気を供給する多段軸流圧縮機を含み、燃焼器で空気と燃料が混合されて点火され、これにより高温燃焼ガスが発生されて下流へ流れて、高圧タービン・ノズルを通過し、次いで１段以上のタービン・ロータ羽根（動翼）を通る。高圧タービン・ロータ羽根は、駆動シャフトによって圧縮機に結合されたロータ円盤に適当に結合されており、運転中に圧縮機を駆動するためのエネルギを抽出する。２スプール形エンジンでは、第２のシャフトが圧縮機の上流のファンを、高圧タービンの下流に配置された低圧タービンに結合し、これにより飛行中の航空機にパワーを与える典型的な用途では付加的な推進力を供給する。
【０００３】
高圧および低圧タービン・ノズルのような典型的なタービン・ノズルは、それらが運転される過酷な温度および高圧負荷環境の観点から羽根構造が固定され且つそれらの間のノズルのど部面積が固定されている。隣り合うノズル羽根の間ののど部面積はエンジンの性能を最大にするために正確に維持しなければならず、しかも高温の環境のためにタービン・ノズルは運転中の熱応力を低減するように円周方向のセグメントの形で製造することが必要である。従って、ノズル・セグメントは不所望な流れの漏れを低減するために適当なセグメント間封止を必要とし、これはタービン・ノズルの設計を更に複雑にする。
【０００４】
亜音速および超音速非行条件にわたって性能および効率を最大にするための可変サイクル・エンジンが開発されつつある。タービン・ノズルののど部面積を調節することによってタービン・ノズルを通る流量を可変にすることは望ましいが、従来の試みはノズルの過酷な運転環境の観点で実用的でなかった。例えば、圧縮機の各々の静翼を半径方向スピンドルに装着し、各スピンドルに結合された対応するレバーアームに取り付けられている環状の一体のリングを使用して各列の圧縮機静翼を包括的に回転させることによって、圧縮機静翼に可変性を与えることは普通である。このようにすると、全圧縮機静翼が半径方向軸線の周りを回転または旋回する。静翼を旋回させるには適切なハブ隙間および先端隙間が必要である。
【０００５】
可変圧縮機構造をタービン・ノズルに適用することは、機械的な具現および空気力学的な性能の両方においてかなりの欠点がある。燃焼器からの高温の燃焼ガスに曝されるタービン・ノズルの過酷な温度環境により、典型的には、個々の羽根の適当な冷却を行うことが必要になり、対応的に種々の構成部品を通じて大きな差の温度勾配が生じる。旋回可能なノズル羽根は設計の困難さを増大させ、また適当な封止を必要とするハブ隙間および先端隙間を生じる。封止をしないと、隙間を介しての燃焼ガスの漏れがエンジンの性能および効率に悪影響を及ぼして、可変性を導入したことの効果を相殺する。
【０００６】
更に、ノズル羽根は運転中に燃焼ガスからかなりの空気力学的負荷を受け、羽根の翼形の形状の点で、個々の羽根の回転中心が空気力学的圧力中心からずれていることによりかなりの負荷不平衡が生じる。この不平衡は必要な作動トルク負荷を上向きに駆動させて、ノズル羽根全体を通じて曲げ負荷を許容できないレベルまで増大させる。
【０００７】
このような調節可能なノズル羽根は、それらの間の自由度が増大した点で、ノズル・セグメントの構造的一体性および耐久性を必然的に減じる。また、個々のノズル羽根の回転角度はそれに係合された作動レバーアームの回転角度に直接的に対応するので、効果的な可変サイクル運転のために必要なのど部面積の比較的小さな変化を具現することが困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、耐久性および運転中の性能を改善し且つのど部面積の変化の精度を増大するように構成および作用を改善した可変面積タービン・ノズルを提供することが望ましい。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による可変面積タービン・ノズルは複数の円周方向に隣接したノズル・セグメントを含む。各々のノズル・セグメントは、外側および内側のバンド、並びにこれらの両バンドの間に固定結合された複数の第１の羽根セグメントを含む。複数の第２の羽根セグメントがそれぞれの第１の羽根セグメントに隣接して、それらと対応する羽根を画成する。これらの羽根は離間して配置されていて、燃焼ガスを通す最小流れ面積のそれぞれののど部を画成する。第２の羽根セグメントはのど部の面積を選択的に変えるように旋回可能である。
【００１０】
本発明の他の目的および利点と共に、本発明を好ましい実施態様に従って、添付の図面を参照してより具体的に説明する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１には、ガスタービンエンジンの環状の燃焼器（図示していない）から高温の燃焼ガス１２を最初に受ける高圧タービン・ノズルとして構成されている環状の可変面積タービン・ノズル１０の一部分が示されている。ガスタービンエンジンは航空機を亜音速および超音速で飛行させるために構成することができ、圧縮機および協働する高圧タービンを含む第１のスプールまたはロータ、並びに協働するファンおよび低圧タービンを含む第２のスプールまたはロータを有する。
【００１２】
タービン・ノズル１０は、燃焼器から高圧タービンのロータ羽根（動翼）への燃焼ガス１２の流れを選択的に制御するための可変の面積を生じるように構成されている。可変面積タービン・ノズル１０はまた面積制御型タービン・ノズル（ＣＡＴＮ）とも称される。
【００１３】
タービン・ノズル１０の過酷な温度環境並びにタービン・ノズルにかかるかなりの空気力学的および熱的負荷の点で、タービン・ノズル１０は複数の円周方向に隣接するノズル・セグメント１４で構成され、これらのノズル・セグメント１４は全体としてエンジンの中心軸線の周りに完全な環状のリングを形成する。
【００１４】
各々のノズル・セグメント１４は、互いから半径方向に離間した弓形の外側および内側のバンド１６および１８を含む。円周方向に隣り合うバンドは分割線２０を定め、分割線は隣り合うノズル・セグメント１４を互いから熱的に切り離し、また例えばスプライン・シールを使用して両者間に通常の封止を行うことを必要とする。
【００１５】
各々のノズル・セグメント１４は、好ましくは、外側のバンド１６と内側のバンド１８との間に半径方向または長手方向に延在する複数の円周方向に間隔を置いて配置された静止した第１の羽根セグメント２２を含み、外側および内側のバンド１６および１８はノズル・セグメントに固定結合または一体結合されてワンピースの箱構造を形成し、これは従来のように単一のケーシングとして形成され得る。図１に示す代表的な実施態様では、２つの第１の羽根セグメント２２が共通の外側および内側のバンドに結合されて、以下に説明するように好ましい流れ面積を正確にもたらすための静止基準を提供しながら、運転中の熱的および空気力学的負荷に対処する頑丈な構造組立体を提供する。
【００１６】
複数の旋回可能である第２の羽根セグメント２４が第１の羽根セグメント２２にそれぞれ円周方向に隣接し、図２により具体的に示すように対応する第１の羽根セグメント２２と共に２セグメント羽根を画成する。この代表的な実施態様では、各々の第１の羽根セグメント２２は、前縁２２ｂと後縁２２ｃとの間に延在する凹面の正圧側の側壁２２ａを画成するように通常の空気力学的形状に形成されている。
【００１７】
これに対応して、各々の第２の羽根セグメント２４は、羽根の弦軸線に沿って隔たった第１すなわち前端２４ｂと第２すなわち後端２４ｃとの間に延在する凸面の負圧側の側壁２４ａを画成するように空気力学的形状に形成されている。図２に示す実施態様では、後端２４ｃは前縁２２ｂと後縁２２ｃとの間の弦の一部分しか伸びていず、従って第２の羽根セグメント２４の負圧側の側壁２４ａは羽根の負圧面の一部しか画成していない。羽根の負圧面の残りの部分は、後縁２２ｃから延在する第１の羽根セグメント２２の対応する負圧側の側壁２２ｄによって画成される。
【００１８】
このようにして、２つの第１の羽根セグメント２２は、それらの全体が外側のバンド１６および内側のバンド１８の両方に固定結合されて、４ピース（ｐｉｅｃｅ）の箱形構造を作成する。この箱形構造には第２の羽根セグメント２４が旋回可能に取り付けられる。この箱形構造はその中に何ら不所望な分割線を含むことなく各々のノズル・セグメント１４に対して構造的剛性を与える。分割線２０は隣り合うノズル・セグメント１４の間にのみ設けられて、従来知られているように運転中の熱膨張の差を吸収する。
【００１９】
第１の羽根セグメント２２の装着装置はまた前縁２２ｂと後縁２２ｃとの間の正圧側の側壁２２ａ全体に沿って固有のシールを提供して、個々の羽根を通り過ぎる燃焼ガス１２の不所望な横流（クロスフロー）を防止する。
【００２０】
図２に示されているように、羽根は互いから円周方向に離間していて、燃焼ガス１２を通すための、Ａ４と命名される最小面積ののど部２６を画成する。燃焼ガス１２はのど部２６を通った後でタービン・ロータ羽根に達し、タービン・ロータ羽根は通常のように燃焼ガス１２からエネルギを抽出する。各々ののど部２６は１つの羽根の後縁２２ｃとその隣りの羽根の負圧側の側壁２４ａ上の対応する位置との間の最小距離によって画成される。
【００２１】
図３に示されるように本発明では、第２の羽根セグメント２４の各々をその協働する第１の羽根セグメント２２に対して旋回させる旋回手段２８が設けられて、これにより幾つかの羽根の間の個々ののど部２６の面積を選択的に変える。第１の羽根セグメント２２並びにバンド１６および１８は頑丈な構造を構成するので、第２の羽根セグメント２４は、制御された可変面積機能を行うために旋回運動するように該頑丈な構造に比較的簡単に装着することが出来る。しかし、個々の第２の羽根セグメント２４はまた、それらの運動に悪影響を及ぼす不所望な歪みを生じることなく、且つのど部の面積の正確な制御に悪影響を及ぼすことなく、運転中のかなりの熱的および空気力学的負荷に耐えるように装着しなければならない。
【００２２】
図１および２に示される好ましい実施態様では、旋回手段２８は好ましくは、それぞれの第２の羽根セグメント２４の内側にその後端２４ｃで一体にまたは固定して結合された対応するヒンジ管２８ａを含み、第１の羽根セグメント２２に一体に形成された相補的なヒンジ座部２２ｅと半径方向または長手方向のヒンジ隙間３０を画成する。
【００２３】
細長のヒンジ・ピン２８ｂが、外側のバンド１６および内側のバンド１８の対応する開口並びにそれぞれのヒンジ管２８ａを半径方向に通って延在して、それぞれの第１の羽根セグメント２２に対して各々の第２の羽根セグメント２４を旋回可能に取り付け、これにより第２の羽根セグメント２４が第１の羽根セグメント２２に対して開き戸のように旋回し得るようにする。
【００２４】
作動カム・シャフト２８ｃが、外側のバンド１６および内側のバンド１８の対応する開口並びにそれぞれのヒンジ管２８ａを半径方向に通って延在する。作動カム・シャフト２８ｃは、それぞれの第２の羽根セグメント２４に作動的に結合されて、第２の羽根セグメント２４の旋回を調節してのど部２６の面積を変えるようにする。
【００２５】
作動カム・シャフト２８ｃは、対応する第２の羽根セグメント２４を旋回させるために該第２の羽根セグメント２４の内部と協働する種々の形状構成を取りうる。図３に更に具体的に示されているように、各々の第２の羽根セグメント２４は、好ましくは、一体にまたは固定して結合された一対の長手方向にまたは半径方向に離間したカム突起２８ｄを含む。図２に更に明瞭に示すように、各々のカム突起２８ｄは楕円形のスロット２８ｅを含む。
【００２６】
対応的に、作動カム・シャフト２８ｃは半径方向にずれた円筒形のカムまたはローブ（ｌｏｂｅ）を含み、これは２つのカム突起のスロット２８ｅを、横断方向に密にはまって、貫通して延在しており、これにより作動カム・シャフト２８ｃの回転時に第２の羽根セグメント２４を展開位置と後退位置との間で旋回させて、対応的にのど部２６の流れ面積を減少および増大させることが出来る。例えば、図２はのど部２６の流れ面積を最小にしまたは閉じるように第２の羽根セグメント２４がその最大の展開位置または開放位置まで旋回している状態を示している。これと対照的に、図４では、のど部２６の流れ面積を最大にしまたは開くように第２の羽根セグメント２４がその後退位置または閉じた位置まで旋回している状態にある。
【００２７】
作動カム・シャフト２８ｃの好ましい形態が図１および図３に具体的に示されている。作動カム・シャフト２８ｃの中間部分はカム突起２８ｄと係合する円筒形カム・ローブを画成し、作動カム・シャフト２８ｃの外側端および内側端は半径方向の偏り（オフセット）Ａを持つブッシングで終端する適当なジョグを有する。ブッシングは外側および内側のバンド中の相補的な開口に係合していて、カムの中心線から半径Ａだけずれている半径方向の回転軸線の周りを回転できる。作動カム・シャフト２８ｃの外側端は通常のレバー２８ｆに適当に結合され、このレバーは通常の圧縮機動翼の作動の場合と同様に環状の一体のリング２８ｇに旋回可能に結合される。適当なアクチュエータ（図示してない）によって環状の一体のリング２８ｇをエンジンの中心軸線の周りに回転させると、レバー２８ｆが回転して、それぞれの作動カム・シャフト２８ｃを回転させる。図２に示されているような作動カム・シャフト２８ｃの偏りＡにより、対向する第１の羽根セグメント２２と第２の羽根セグメント２４との間の相対的な横断方向の動きを生じさせ、これによって両者間の相対的な展開および後退がもたらされる。
【００２８】
図２では、作動カム・シャフト２８ｃは第１の羽根セグメント２２からその最大横断方向変位まで回転して、のど部２６の面積を最小にするように第２の羽根セグメント２４をその最大展開位置に位置決めしている。図２に示されている好ましい実施態様では、カム突起２８ｄの楕円形スロット２８ｅは最小の長さの短軸を定める平行で平坦な側壁、および最大の長さの長軸を定める半円形状の対向する側壁を有する。
【００２９】
短軸は好ましくは隣接ののど部２６の平面にほぼ平行に配置され、長軸は最大展開位置における第１の羽根セグメント２２の前縁２２ｂと後縁２２ｃとの間に伸びる弦の線に大体平行である。図２に示された最大展開位置にある作動カム・シャフト２８ｃは、第２の羽根セグメント２４を後退させるために、例えば時計回り方向に９０°回転させることが出来る。
【００３０】
この構成の有意な利益は、カム・シャフトにより得られる機械的な利点であり、それによる非常に微細な角度調節能力である。例えば、第２の羽根セグメント２４の展開位置と後退位置との間のカム・シャフトの９０°の回転は、ヒンジ・ピン２８ｂの周りの第２の羽根セグメント２４の僅か９°の回転に対応する。最大展開位置からの初期の移動において、第２の羽根セグメント２４の０．５°未満の回転は、作動カム・シャフト２８ｃの約２０°迄の回転で得ることが出来、これは約４０倍以上の低減比に対応する。第２の羽根セグメント２４がカム・シャフトの９０°の回転に対応する完全な後退位置になる移動の終期では、第２の羽根セグメント２４が全体で約９°回転し、これは１０倍の低減比に対応する。
【００３１】
従って、のど部２６の流れ面積の非常に微細な調節が、第２の羽根セグメント２４の最大展開位置付近で得られ、これに対応してエンジンの可変サイクルを正確に調節することが可能である。適当に微細な調節は、第２の羽根セグメント２４が最大後退位置にあるときにも行える。
【００３２】
組み立ておよび分解を容易にするため、カム・シャフト２８ｃを容易に半径方向内向きに外側のバンド１６、次いで２つのカム突起２８ｄに通して、内側のバンド１８に挿入できるように、楕円形スロット２８ｅの寸法がカム・シャフト２８ｃの輪郭に合わせて選択される。カム・シャフト２８ｃの内側ブッシングは組み立てを容易にするために外側ブッシングよりも小さくするのが好ましい。分解するには、カム・シャフト２８ｃを逆向きに、すなわち半径方向外向きに引き出せばよい。同様に、ヒンジ・ピン２８ｂが簡単に半径方向内向きに外側のバンド１６およびヒンジ管２８ａを通して内側のバンド１８に挿入される。この構成により、保守のための運転停止の際にこれらの３種の構成部品を整備または修理するために該構成部品の組み立ておよび分解が行える。
【００３３】
図３に示されたノズル・セグメント１４は運転中に高温の燃焼ガス１２を通すので、羽根セグメントは膜冷却および衝突冷却のような従来の冷却技術を使用して適当に冷却することが出来る。ノズル羽根の冷却においては、加圧空気３２の一部分が圧縮機（図示してない）から適当に抽出されて、ノズル・セグメント１４に通される。第１および第２の羽根セグメント２２および２４の側壁は、二重壁構造にして、その冷却のために加圧空気３２をそれらの間に通してもよい。
【００３４】
図３に示されているように、カム・シャフト２８ｃの上側ブッシングは開口を含み、この開口を介して加圧空気３２の一部が中空の２セグメント構成の羽根の内部に送られて、適切な羽根の内部冷却が行われる。空気３２の圧力は燃焼ガス１２の圧力より実質的に高く、この圧力差は第２の羽根セグメント２４をその最大展開位置へ自己展開させるのに有用である。カム・シャフト２８ｃは、それが回転されるまで、差圧の力に抗して第２の羽根セグメント２４を展開させないように拘束する。カム・シャフト２８ｃを回転させることにより、第２の羽根セグメント２４は第１の羽根セグメント２２から外向きに旋回することができ、またカム・シャフト２８ｃは、必要な場合、運転中の固有の摩擦拘束力に対抗して機械的な作動力を供給する。
【００３５】
第２の羽根セグメント２４は比較的に壁厚の薄い部材であるので、運転中に差別的な熱負荷および圧力負荷を受ける。従って、図３に示された２つのカム突起２８ｄは、好ましくは、第２の羽根セグメント２４の対向するハブ端および先端に半径方向に離間して設けられて、それらの間の距離を最大にし、且つハブ端および先端で第２の羽根セグメント２４についての反作用の制約を最大にする。第２の羽根セグメント２４は個々の羽根の負圧側の側壁部分を画成するので、それらは運転中に空気力学的に大きな負荷がかかり、それぞれのカム突起２８ｄによってハブ端および先端で外向きの撓みから拘束される。カム突起２８ｄは次いでカム・シャフト２８ｃに伝達する。この構成は、過大な熱応力を生じさせるように負圧側の側壁を過大に制約することなく、流れ面積の制御を向上させる。
【００３６】
これに対応して、図１および図３に示されているヒンジ・ピン２８ｂは、好ましくは、最大直径の外側および内側端部の間に直径を減じた中央部を持つ。このようにして、図３に示されたヒンジ管２８ａはヒンジ・ピン２８ｂにその外側および内側部分でのみ制約される。これは再び、第２の羽根セグメント２４に加えられるかなりの圧力負荷に対してそのハブ端および先端における第２の羽根セグメント２４の外向きの撓みを制約する。ヒンジ・ピン２８ｂの減径した中央部分は、運転中の圧力および熱歪みに起因するヒンジ管２８ａとの摩擦食い込みの可能性を減じる。こうして、各々の第２の羽根セグメント２４はその相補的な第１の羽根セグメント２２にそのハブ端および先端のみの４点で結合され、これらは突起およびカムの結合並びにヒンジ管およびピンの結合に対応する。
【００３７】
図２に示されているように、カム突起２８ｄは、好ましくは、スペースがあるとき第２の羽根セグメント２４上にのど部２６に隣接して配置して、熱または圧力負荷による変位の差が最小である節点となるようにする。第２の羽根セグメント２４は４つの反作用点でのみ実効的に装着されるので、これらのセグメントは熱勾配および圧力差による歪みおよび変位を受ける。このような変位はのど部２６の流れ面積の精度に悪影響を及ぼす。カム突起２８ｄと対応する作動カム・シャフト２８ｃとをのど部２６に直ぐ隣接して配置することによって、相対変位が殆ど又は全くない節がカム突起２８ｄの所に生じ、この代わりに相対変位はのど部２６から離れたところで生じる。更に、カム突起２８ｄはまた、好ましくは、羽根の圧力中心Ｐの近くに配置して、曲げ歪みを低減する。従って、のど部２６の面積は運転中に一層正確に維持される。
【００３８】
図２に示されているように、ヒンジ隙間３０の近くの負圧側の側壁は、ノズル羽根の空気力学的効率を最大にするために空気力学的に滑らかな輪郭を維持するように同じ広がりであるべきである。しかし、第２の羽根セグメント２４が図４に示されるようにその最大後退位置へ旋回されたとき、負圧側の側壁において必然的にヒンジ隙間３０が増加し、これにより、第２の羽根セグメント２４の最大の角度方向の移動（これは代表的実施態様では約９°である）に対応する小さな曲り又は屈曲が生じる。第２の羽根セグメント２４が図４および図５に示されるように最大後退位置に配置されているときの空気力学的性能を改善するために、ヒンジ隙間３０の所において第１および第２の羽根セグメント２２および２４の両方に適当な面取り部３４を設け、これによりヒンジ隙間３０における階段状の不連続を低減して、後退位置にある第２の羽根セグメント２４による空気力学的流れの乱れを低減するようにする。面取り部３４は負圧側の側壁の公称の面に対して小さな鋭角Ｂを持つ。この角度Ｂは、代表的実施態様では最大角度方向移動の半分すなわち約４．５°である。
【００３９】
前に述べたように、相補的な第１および第２の羽根セグメント２２および２４によって画成された個々の羽根の中に加圧空気３２を冷却のために導入する適当な手段が設けられる。従って、第２の羽根セグメント２４の旋回移動の際に羽根の内部に加圧空気を閉じこめるために、第２の羽根セグメント２４を外側および内側のバンド１６および１８に対して且つヒンジ隙間３０において第１の羽根セグメント２２に対して封止する適当な封止手段３６も必要になる。図４に示されているように、好ましくは、適当なワイヤ・シール３６ａが相補的な半円状座部内に配置されて、第２の羽根セグメント２４の後端においてヒンジ管２８ａに沿って半径方向にヒンジ隙間３０を封止し、また第２の羽根セグメント２４の前端において同様な隙間を封止する。
【００４０】
ヒンジ管２８ａは、好ましくは、ヒンジ隙間３０が比較的一定の厚さであってワイヤ・シール３６ａによって効果的に封止されるように第２の羽根セグメント２４の半径方向の範囲全体にわたって延在する円筒形外面を有する。第２の羽根セグメント２４の前端２４ｂは内部において前縁２２ｂで第１の羽根セグメント２２の相補的な部分にオーバーラップすなわち重なり合っていて、第１の羽根セグメント２２に対する必要な展開および後退移動に対処できるようになっている。従って、前縁における第１および第２の羽根セグメント２２および２４の間のこのようなオーバーラップ継手を封止するために対応するワイヤ・シール３６ａを適当な位置に配置することが出来る。
【００４１】
図１に示されているように、例えばスプライン・シールの形態の適当な端シール３６ｂを第２の羽根セグメント２４のハブ端および先端の窪み内に装着して、外側および内側のバンド１６および１８の相補的な面と係合させて、それらの間を封止することが出来る。
【００４２】
上述の改良した可変面積タービン・ノズル１０は、好ましくは１つのノズル・セグメント１４当り２つの羽根を持つ高圧タービン・ノズルに使用することが出来るが、１セグメント当り２つ以上の羽根を持つ低圧タービン・ノズルにも使用することが出来る。一体の第１の羽根セグメント２２は外側および内側のバンド１６および１８と共に、タービン・ノズルの過酷な温度および圧力環境に耐えることのできる頑丈な支持構造を形成する。この箱形構造はまた、種々の構成でそれに旋回可能に装着された第２の羽根セグメント２４に対する適当な支持体を提供する。
【００４３】
好ましい実施態様では、第２の羽根セグメント２４の各々は、その後端２４ｃで、一体のヒンジ管２８ａおよび協働するカム突起２８ｄを使用してヒンジ装着されていて、反作用負荷を外側および内側のバンド１６および１８に直接に伝達する。第２の羽根セグメント２４の旋回は、半径方向に離間したカム突起２８ｄと協働する特別な形状構成のオフセット・カム・シャフト２８ｃによって制御される。カム突起２８ｄは、ヒンジ・ピン２８ｂと同様に、作動カム・シャフト２８ｃを介して反作用負荷を外側および内側のバンド１６および１８に直接に伝達する。こうして、ヒンジ・ピン２８ｂおよび作動カム・シャフト２８ｃは共に、反作用負荷を主に曲げの代わりに剪断で伝達し、これによりその強度特性を一層効果的に利用して、比較的小さな寸法で関連する比較的高い負荷に耐えることが出来る。
【００４４】
羽根ののど部２６に隣接したカム・シャフト２８ｃおよびカム突起２８ｄの好ましい構成により、のど部の面積に対する熱および圧力の歪みの影響が最小にされる。カム・シャフトの回転と第２の羽根セグメント２４の回転との間の機械的低減比により、羽根のど部の面積の非常に小さな調節能力が得られ、また作動リンク機構の寸法および所要の作動力をさらに低減する高い機械的利点が得られる。カム・シャフト２８ｃおよびカム突起２８ｄの好ましい構成により、前端２４ｂにおける第２の羽根セグメント２４の展開の行き過ぎの可能性が防止され、従って展開の行き過ぎによる前縁における羽根セグメントの不所望な剥がれが防止される。
【００４５】
第２の羽根セグメント２４をその開いた位置へ展開させるために羽根セグメント内部の冷却空気３２の固有の圧力を効果的に利用することが出来るので、旋回手段として異なる形態の手段を使用することが出来る。例えば、カム突起２８ｄを除いて、カム・シャフトを簡単な形態の円筒形スピンドルとし、そして第２の羽根セグメント２４の内部の反対側の端に結合された適当な高温可撓性リガメント（ｌｉｇａｍｅｎｔ）を該円筒形スピンドルに取り付ける。スピンドルは、所望通りに第２の羽根セグメントを後退および展開させるためにリガメントを巻き取りおよび巻き出すように回転される。リガメントは、第２の羽根セグメントにかかる差圧の力により運転中は緊張状態に留まる。この構成の主な利点は、摩擦する面がないことである。しかし、欠点は、第２の羽根セグメントにかかる差圧がないと可撓性のリガメントが第２の羽根セグメントを展開させるのに有効出ないという理由で、二重作用がないことである。他の構成の旋回手段も使用することも出来る。
【００４６】
本発明を特定の好ましい実施態様について詳述したが、上記の教示から当業者には種々の変更および変形をなし得よう。従って、特許請求の範囲が本発明の真の精神および趣旨の範囲内にあるこの様な全ての変更および変形を包含するものとして記載してあることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様による可変面積ノズル・セグメントを有する代表的なガスタービンエンジンのタービン・ノズルの一部分を示す部分的に分解した斜視図である。
【図２】図１の線２−２に沿って取った代表的な１つのノズル・セグメントの横断面図であり、間に可変面積のど部を画成する２つの隣接したノズル羽根を示す。
【図３】図１の線３−３に沿って取った１つの可変面積ノズル羽根の縦断面図である。
【図４】図２に示した代表的な可変面積ノズル羽根の１つの拡大断面図である。
【図５】図４の破線の円５内に示した、ノズル羽根の静止セグメントおよび可動のセグメントの間に形成されるヒンジ隙間の拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ 可変面積タービン・ノズル
１２ 燃焼ガス
１４ ノズル・セグメント
１６ 外側のバンド
１８ 内側のバンド
２２ 第１の羽根セグメント
２２ａ 正圧側の側壁
２２ｂ 前縁
２２ｃ 後縁
２２ｄ 負圧側の側壁
２２ｅ ヒンジ座部
２４ 第２の羽根セグメント
２４ａ 負圧側の側壁
２４ｂ 前端
２４ｃ 後端
２６ のど部
２８ 旋回手段
２８ａ ヒンジ管
２８ｂ ヒンジ・ピン
２８ｃ 作動カム・シャフト
２８ｄ カム突起２８ｄ
２８ｅ 楕円形スロット
３０ ヒンジ隙間
３４ 面取り部
３６ 封止手段
３６ａ ワイヤ・シール
３６ｂ 端シール

Claims (4)

1. 離間した外側および内側バンド（１６、１８）、
   前記外側および内側バンド（１６、１８）の間に延在する複数の第１の羽根セグメント（２２）、
   前記複数の第１の羽根セグメント（２２）にそれぞれ隣接していて、それらと共に対応する複数の羽根を画成する複数の第２の羽根セグメント（２４）であって、該複数の羽根が互いから離間していて、燃焼ガスを通すための最小流れ面積ののど部（２６）を画成している複数の第２の羽根セグメント（２４）、ならびに
   前記のど部の面積（２６）を変えるために前記第２の羽根セグメント（２４）を旋回させる旋回手段（２８）
   を有し、
   前記旋回手段（２８）が、
   前記第２の羽根セグメント（２４）のそれぞれに１端が固定結合されていて、前記第１の羽根セグメント（２２）の相補的な座部（２２ｅ）と共にヒンジ隙間（３０）を画成するヒンジ管（２８ａ）、
   前記外側および内側バンド（１６、１８）を貫通し且つ前記ヒンジ管（２８ａ）のそれぞれの中を通って延在して、前記第２の羽根セグメント（２４）を前記第１の羽根セグメント（２２）に旋回移動するように装着するヒンジ・ピン（２８ｂ）、並びに
   前記外側および内側バンド（１６、１８）を貫通して延在し、且つ前記第２の羽根セグメント（２４）のそれぞれに作動的に結合されて、前記のど部の面積を変えるように前記第２の羽根セグメントを旋回調節する作動シャフト（２８ｃ）を有している
   ことを特徴とする可変面積タービン・ノズル・セグメント。
2. 前記旋回手段（２８）は更に、前記第２の羽根セグメント（２４）の各々に対になって固定結合された複数の離間した突起（２８ｄ）を有し、前記作動シャフトは、前記外側および内側バンド（１６、１８）並びに前記それぞれの対の突起（２８ｄ）を貫通して前記対の突起に旋回可能に係合して、前記のど部の面積を変えるように前記第２の羽根セグメントを旋回調節する作動カム・シャフト（２８ｃ）である請求項１記載の可変面積タービン・ノズル・セグメント。
3. 前記突起（２８ｄ）の各々が楕円形スロット（２８ｅ）を含み、前記作動カム・シャフト（２８ｃ）は前記楕円形スロット（２８ｅ）を通って延在するオフセット・カムを含み、これにより、該作動カム・シャフト（２８ｃ）の回転時に前記第２の羽根セグメント（２４）を展開位置と後退位置との間で旋回させて前記のど部の面積を対応して減少および増大させる請求項２記載の可変面積タービン・ノズル・セグメント。
4. 前記第２の羽根セグメント（２４）が対向するハブ端および先端を持ち、前記突起（２８ｄ）が前記第２の羽根セグメントの対向するハブ端および先端に配置され、前記ヒンジ・ピン（２８ｂ）が前記ハブ端および先端においてのみ前記ヒンジ管（２８ａ）に係合している請求項３記載の可変面積タービン・ノズル・セグメント。

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