JP4717046B2 - ターボファンエンジン - Google Patents

Description

本発明は、望ましくない回転を阻止すると共に、回転中にオイルをジャーナル軸受に供給することによって、ターボファンエンジン用のファン駆動システムのジャーナル軸受を保護する装置に関する。

ターボファンエンジンは、遊星ギアシステムによって駆動されるファンセクションを備える。これらのシステムでは、ジャーナル軸受が、遊星ギアとそれに対応する支持シャフトとの間の摩擦を低減する。ジャーナル軸受の各々を潤滑するために、オイルシステムがオイルを供給する。オイルポンプによって、このオイルシステム内の圧力は、各ジャーナル軸受に十分なオイルを確実に供給する圧力値に保持される。

多エンジン航空機を推進するのに、ターボファンエンジンが用いられることがある。このような航空機では、ターボファンエンジンの１つが、飛行中に、もし故障状態が生じた場合、停止することがある。ターボファンエンジンが作動していないと、オイルポンプも、停止する。ターボファンエンジンが停止しても、エンジンを通る空気流れが、ターボファンエンジンのファンセクションを継続して回転させる（すなわち、風車状態で回転させる）ことがある。この場合、いくらかのオイルでも供給しないと、ジャーナル軸受が焼付き、ターボファンエンジンを損傷させるか、またはターボファンエンジンの運転を妨げることがある。航空機の飛行中に風車状態の回転を阻止すると、静止ファンセクションがターボファンエンジンを通る空気流れを妨げるので、抗力が生じる。

航空機が地上にあるとき、ターボファンエンジンを通る空気流れが、ファンセクションの風車状態の回転を引き起こすことがある。風車状態で回転している間にいくらかのオイルでも供給しないと、ジャーナル軸受は、焼付き、ターボファンエンジンを損傷させる可能性がある。

従って、ファンセクションが飛行中に風車状態で回転しているときにジャーナル軸受を潤滑すると共に、航空機が飛行していないときにファンセクションが風車状態で回転するのを阻止する装置が望ましい。

例示的な実施形態によれば、ターボファンエンジンのファンセクションの望ましくない回転を阻止すると共に、風車状態によるファンセクションの回転中にオイルをジャーナル軸受に供給する装置が提供される。

エンジン運転中に、ターボファンエンジンのファンセクションは、遊星ギアシステムを備えるファン駆動システムによって、駆動される。この遊星ギアシステムを潤滑するために、オイル供給システムが、オイルを供給する。エンジンが作動していないとき、ファンがファン駆動システムによって駆動されていなくても、ファンを通過する風によって、ファンが回転する（すなわち、風車状態で回転する）ことがある。

エンジンは、エンジン制御システムによって制御される三路スイッチを備える。エンジン制御システムは、エンジン状態および航空機の高度を検知し、所望のスイッチ位置を決定する。エンジンが作動し、ファンがこのエンジンによって駆動されているとき、スイッチは、「開」位置を保持する。オイル供給システムが、主オイルポンプを備え、この主オイルポンプは、エンジン駆動によるファンの作動中、オイル供給源からオイルを供給する。

スイッチは、エンジン制御システムと、二次オイルポンプを運転する発電機との間に配置される。エンジン制御システムが飛行中のエンジン停止を検知すると、スイッチは、発電機を作動させて二次オイルポンプに動力を供給するように、切換えられる。もしファンセクションが風車状態の回転を開始した場合、二次オイルポンプがオイルを供給し、このオイルがジャーナル軸受を保護する。

もしエンジンが停止し、かつエンジン制御システムが航空機が地上にあることを検知した場合、スイッチは、ファンの回転を阻止するためにブレーキを掛けるように、設定される。具体的には、エンジン制御システムが、発電機を短絡させ、ダイナミックブレーキを作用させるように、スイッチを切換える。これによって、発電機がファン駆動ギアシステムに接続されているので、ファンに抗力が生じ、ファンの回転を阻止する。

スプリングブレーキが、ロータシャフトの周囲に取り付けられてもよい。エンジン制御システムから電力が印加されると、ソレノイドが、ブレーキを解除位置に保持する。スイッチが制動位置に切換えられると、ソレノイドへの電力の印加が停止され、ブレーキが作動し、ロータシャフトを締結し、回転を阻止する。

本発明のこれらおよび他の特徴は、以下の詳細な説明および後で簡単な説明がなされる図面から、最もよく理解されるだろう。

図１は、ターボファンエンジン１０の一部の概略図である。ターボファンエンジン１０は、圧縮機ブレード１４を有する圧縮機セクション１２を備える。圧縮機ブレード１４は、タービンシャフト１６によって駆動され、軸Ａを中心として回転する。ファンセクション１８が、ファンシャフト２０に支持され、遊星ギア装置２２を用いて、タービンシャフト１６によって駆動される。

図２を参照すると、ファン駆動ギアシステム２６が、ファンシャフト２０を回転させ、ファンセクション１８を駆動する。ファン駆動ギアシステム２６は、太陽ギア３０とその太陽ギア３０と係合する複数の遊星ギア３２とを備える。遊星ギア３２と支持シャフト３６との間に、摩擦を低減させるために、ジャーナル軸受３４が配置されている。遊星ギア３２は、ジャーナル軸受３４に対して回転する。

エンジン１０が作動しているとき、図３に示されるように、主オイルポンプ４０が、オイルをオイル供給源３８から送り出し、ファン駆動ギアシステム２６を潤滑する。主オイルポンプ４０からのオイルは、オイル流路４２に沿って、ジャーナル軸受３４に流れる。

エンジン制御システム４４は、エンジン１０の状態を検知し、ジャーナル軸受３４へのオイル供給およびファンブレーキシステム２４を管理するために、スイッチ４６を制御する。当業者であれば、航空機の高度およびエンジン１０の状態を監視することができるエンジン制御システム４４を構築することができるだろう。エンジン１０の状態および航空機の高度を用いて、エンジン制御システム４４は、スイッチ４６の適切な位置を決定する。一例として、スイッチ４６は、三路スイッチである。

エンジン１０が作動し、タービンシャフト１６がファンセクション１８を駆動しているとき、スイッチ４６は、開いている（位置１）。この位置では、主オイルポンプ４０は、エンジン１０によって動力が供給され、オイルをジャーナル軸受３４に供給する。

スイッチ４６は、エンジン制御システム４４と、二次オイルポンプ５０に動力を供給する発電機４８との間に配置されている。エンジン制御システム４４がエンジン１０の停止を検知し、かつ航空機が飛行高度にあるとき、スイッチ４６は、位置２、すなわち、二次オイルポンプ５０を作動させる位置に切換えられる。この位置では、二次オイルポンプ５０が、オイルをジャーナル軸受３４に供給する。このオイルによって、エンジン１０が停止したとき、例えば、航空機が飛行しているときにエンジン１０が停止したとき、ファンセクション１８の風車状態の回転によって、ファンセクション１８が焼付くのを防ぐことができる。発電機４８は、二次オイルポンプ５０を駆動するために、動力を供給し、二次オイルポンプ５０は、オイル供給源３８からのオイルをオイル流路４２に流通させる。代替的に、二次オイルポンプ５０は、主オイルポンプ４０から独立したオイル供給ラインを利用してもよい。

エンジン制御システム４４は、エンジン１０が周期的に作動／停止されるときに、スイッチ４６を二次オイルポンプ５０を作動させる位置２に切換えるように、設定されてもよい。このようにして、二次オイルポンプ５０は、航空機の飛行中、必要に応じて、使える状態にある。

ファンセクション１８内を流れる種々の空気源は、エンジン１０が作動していないとき、風車状態の回転を引き起こす。例えば、航空機が地上レベルの高度にあるとき、ファンセクション１８内に進入する風によって、ファンセクション１８が風車状態で回転することがある。エンジン１０が停止し、かつ航空機が地上レベルの高度にあることをエンジン制御システム４４が検知した場合、スイッチ４６は、ファンセクション１８の回転を阻止することによってファンシャフト２０にブレーキを掛ける位置に、切換えられる。この例では、エンジン制御システム４４は、スイッチ４６を、位置３、すなわち、発電機４８を短絡させる位置に切換える。発電機４８は、平ギア５４によって、ファン駆動ギアシステム２６に接続されている。発電機４８がファン駆動ギアシステム２６に接続されているので、ファンセクション１８は、回転するには、発電機４８のトルクを上回らねばならない。このようにして、発電機４８は、ファンセクション１８にブレーキを掛け、エンジン１０内に進入する風がファンセクション１８を回転させるのを阻止する。当業者であれば、この結果を達成するように、発電機４８を配置することができるだろう。

状況によっては、例えば、風が極めて強力な場合、発電機４８のみでは、ファンセクション１８にブレーキを掛けるのに十分ではない。図４Ａは、スプリングブレーキ６０およびソレノイド３９を用いて、発電機シャフト６２にブレーキを掛ける例示的な実施形態の端面図である。スプリングブレーキ６０は、ファンセクション１８にブレーキ力を供給し、発電機４８のみではファンセクション１８にブレーキを掛けることができない場合に用いられるとよい。

図４Ｂは、発電機シャフト６２に取り付けられたスプリングブレーキ６０およびソレノイド３９の断面を示している。この例では、スプリングブレーキ６０は、発電機シャフト６２の周囲に取り付けられ、この図では非ブレーキ位置にある。ソレノイド３９内のコイル６６を励磁することによって、ウエッジレバー６３をコイル６６の中心に向かって付勢する磁場が生じる。ウエッジレバー６３は、図４Ｃの上面図に示されるように、傾斜面６７を備える。傾斜面６７は、ブレーキパッドアーム６４と当接し、ウエッジレバー６３がコイル６６の中心に向かって付勢されると、両方のブレーキパッドアーム６４の上部を互いに向かって移動させる。両方のブレーキパッドアーム６４の上部を互いに向かって移動させることによって、スプリング６８が圧縮され、これによって、両方のブレーキパッドアーム６４の下部が、点６５を中心として、発電機シャフト６２から離れる方向に枢動する。

エンジン制御システム４４は、ソレノイド３９に電力を印加し、ウエッジレバー６３をコイルの中心に向かって付勢することによって、ブレーキパッドアーム６４を解除位置に保持する。スイッチ４６が主オイルポンプ４０を作動させる位置（位置１）または二次オイルポンプを作動させる位置（位置２）にあるとき、ソレノイド３９には、エンジン制御システム４４から電力が印加される。スイッチ４６が発電機４８を短絡する位置（位置３）に切換えられたとき、例えば、エンジン１０が作動しておらず、かつ地上にあるとき、ソレノイド３９への電力の印加が停止される。その結果、ソレノイド３９は、ウエッジレバー６３を付勢しないので、スプリング６８は、ブレーキパッドアーム６４を点６５を中心として回動させ、これによって、ブレーキパッドアーム６４を発電機シャフト６２に締結させる。スプリング６８によって、ブレーキパッドアーム６４は、仮に磨耗した場合でも、一定の力を発電機シャフト６２に加えることができる。例えば、ブレーキパッドアーム６４を繰り返して作動させると、ブレーキパッドアーム６４のブレーキライナー（図示せず）に磨耗が生じることがある。しかし、ブレーキライナーがそのように磨耗した場合でも、スプリング６８によって、発電機シャフト６２に一定のブレーキ力を確実に作用させることができる。

前述の実施形態において説明したように、発電機シャフト６２は、平ギア５４によって、ファン駆動ギアシステム２６に接続されている。従って、スプリングブレーキ６０を用いて発電機シャフト６２の回転を阻止することによって、ファンセクション１８の回転が阻止される。

本発明の好ましい実施形態を開示したが、当業者であれば、いくつかの修正が本発明の範囲内においてなされ得ることを認めるだろう。この理由から、本発明の適用される真の範囲を決定するには、特許請求の範囲が検討されるべきである。

例示的なターボファンエンジンの一部の概略図である。 例示的なギアシステムを示す図である。 例示的なターボファンエンジンのファンシステム用のファン駆動装置を概略的に示す図である。 例示的なロータブレーキを示す図である。 図４Ａのブレーキの他の図である。 図４Ａのブレーキのさらに他の図である。

Claims (9)

1. ターボファンエンジンであって、
   ファンセクションと、
   前記ファンセクションを駆動する遊星ギアシステムと、
   前記ファンセクションの回転を可能にする第１の位置と前記ファンセクションの回転を阻止する第２の位置とを有するブレーキと、
   スイッチと、
   を備え、
   前記スイッチは、遊星ギアシステムに対応する複数のジャーナル軸受に対して第１の量のオイルを選択的に供給するか、あるいは前記遊星ギアシステムに対応する前記複数のジャーナル軸受に対して第２の量のオイルを選択的に供給するように構成され、
   前記第１の量のオイルは、前記第２の量のオイルより少なく、
   前記スイッチは、第１の位置と第２の位置との間でブレーキを移動させるように構成されることを特徴とするターボファンエンジン。
2. 前記エンジンが停止され、かつ地上レベルの高度にあるとき、前記ブレーキが、前記ファンセクションの回転を阻止することを特徴とする請求項１に記載のターボファンエンジン。
3. 前記ブレーキは、スプリングブレーキであることを特徴とする請求項１に記載のターボファンエンジン。
4. 前記スプリングブレーキは、前記ブレーキと関連するソレノイドに電力が印加されたとき、前記第１の位置にあることを特徴とする請求項３に記載のターボファンエンジン。
5. 高度を検知すると共に前記エンジンが作動しているかどうかを検知するエンジン制御システムを備え、前記エンジン制御システムが、前記ソレノイドに電力を選択的に供給することを特徴とする請求項４に記載のターボファンエンジン。
6. 前記スプリングブレーキは、複数のブレーキアームおよびスプリングを備え、前記スプリングの開放により前記複数のブレーキアームの少なくとも１つが前記ファンセクションのロータを締結する位置に移動することで、前記ブレーキが前記第２の位置に移動することを特徴とする請求項５に記載のターボファンエンジン。
7. 前記ソレノイドへの電力の印加を停止することによって、前記スプリングが開放されることを特徴とする請求項６に記載のターボファンエンジン。
8. 前記ブレーキが、ダイナミックブレーキをもたらすために短絡される発電機を備えることを特徴とする請求項１に記載のターボファンエンジン。
9. 高度を検知すると共に前記エンジンが作動しているかどうかを検知するエンジン制御システムを備え、前記エンジン制御システムが、前記発電機を選択的に短絡させることを特徴とする請求項８に記載のターボファンエンジン。

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