JP5048299B2 - 二軸タービンエンジンのｈｐおよびｌｐ軸間の機械的出力の抽出装置 - Google Patents

Description

本発明は、航空機に用いられる多軸ガスタービンエンジンの分野に関し、回転軸から機械的出力を抽出する手段を目的とする。この手段の具体的な目的は補助機械を駆動することである。

タービンエンジンは、一般に少なくとも部分的に燃焼チャンバに供給する空気圧縮機を備える。燃焼チャンバから発生するガスは圧縮機に機械的に連結された１個または複数のタービン段を駆動し、少なくとも部分的に推力を供給する。二軸エンジンは、同心軸を有し互いに機械的に自由に回転する２組のロータを備える。ＬＰと呼ばれる低圧軸およびＨＰと呼ばれる高圧軸がある。民間のターボジェットまたはターボプロップは、ＬＰ軸によって駆動されエンジンの推力の大部分を伝達する、ファンまたはプロペラロータを備える。

エンジンによって供給される出力の一部は、エンジン自体および推進力を与える航空機の両方の補助機械に供給するために用いられる。

現在この出力は、エンジンのＨＰ段の軸から部分的に機械的に抽出されて、付属ギアボックスの出力受け軸を駆動する。このギアボックスはＡＧＢとも呼ばれる。前方ファンを有するターボジェットにおいて、このギアボックスは前方ファンのケーシングに配置される。その受け軸は、通常、ケーシングの構造アームの１つに収容された伝動軸によって駆動され、角度伝動ギアボックスを介して、ＨＰ軸に固定された運動抽出ピニオンに接続される。発電機、および油圧ポンプまたは燃料ポンプなどの様々な補助機械はこのギアボックスに搭載されて駆動される。抽出の他の部分はＨＰ圧縮機から供給される圧縮空気からなり、特に航空機客室の加圧および空気調節、または除氷を行う。

現在の動向は、より柔軟性に使用できると考えられる電気的手段の増加のため、機械的出力抽出の割合を増加させる方向に向かっている。この航空機の装置への電気的供給に対する要求が増加することによって、エンジンの動作および性能上の理由のため、主として低い回転速度においてＨＰ軸からだけ出力を抽出することはもはや不可能である。
仏国特許第２．５２０．８０６号明細書 仏国特許第２．６０６．０７７号明細書

したがって、こうしてタービンエンジンの新しい用途のために出力抽出が増加することによって、ＨＰおよびＬＰ本体から機械的出力を抽出するシステムの利用が必要になる。したがって、本発明の主題は、２個のロータから出力を抽出する手段である。

しかし、ＨＰおよびＬＰ本体は異なる速度で独立に回転し、異なる動作範囲を有する。アイドリング速度と全ガス速度の間で、ＨＰ軸に対する速度比は約２であり、回転速度は、例えば毎分１００００回転から毎分２００００回転に増加する。他方、ＬＰ軸の速度比は約５であり、その速度は、例えばアイドリングの毎分９００回転から全ガス速度の毎分４５００回転に増加する。したがって、これらの２つの異なる動作範囲に適合する抽出を行うには問題が生じる。ギアボックスに搭載された付属品は、ＨＰ軸の速度に適合性のある速度範囲内で動作するのに適しているので、この問題を解決することがますます重要になる。ＨＰ軸の速度比がＬＰ軸よりも小さいことは明らかである。

したがって、本発明の主題は、ＡＧＢに搭載された付属品の動作範囲に適した機械的出力の抽出手段でもある。

これらの目的は、本発明によれば、多軸タービンエンジン、詳細にはＬＰ軸およびＨＰ軸を備える二軸タービンエンジンの補助機械を駆動する装置によって達成され、この機械は、共通の駆動軸を備える付属ギアボックスに搭載され、第１入力軸と第２入力軸、および出力軸を有する差動ギアを備えることを特徴とし、
第１入力軸は選択カップリングを介してＬＰ軸またはＨＰ軸のいずれかへ接続され、
第２入力軸はＨＰ軸に接続され、
出力軸はこのギアボックスの駆動軸に接続される。

さらに詳細には、第１軸はエンジン速度が所定の値よりも低いとき選択カップリングを介してＬＰ軸に接続され、速度がこの値よりも大きいときＨＰ軸に接続される。

選択カップリングは噛み合いクラッチ型であることが好ましい。

したがって、本発明の解決策は、エンジンの性能を維持し、付属ギアボックス駆動の回転をそこに搭載された機械と適合性のある速度範囲に維持するのに十分な機械的出力を、ＬＰ軸から抽出することを可能にする。

各々二軸エンジンおよび運動抽出装置に関する仏国特許第２．５２０．８０６号明細書、および仏国特許第２．６０６．０７７号明細書が知られており、運動抽出装置は、二軸の各々に接続され２個の軸の速度差の関数である速度で回転する出力軸を設けた、差動機構を備える。速度差の変動範囲は軸の変動よりも小さく、機械に適合させる必要性が少なくなる。しかし、それを完全に省くことはできない。

以降、本発明の実施形態を、それに限定されることなくさらに詳細に添付図面で示して説明する。

本発明に関係がないため、タービンエンジンは図示していない。任意のエンジンとすることができる。しかし、それは多軸タービンエンジン、詳細には上で参照した二軸タービンエンジンであることが必要である。軸１および３、ＬＰおよびＨＰは同心であり、互いに機械的に自由に回転する。これらは同一方向回転または逆回転のいずれかである。ＬＰ軸はＨＰ軸内部に適切なベアリングを介して搭載される。複流ターボジェットの場合、それは例えば前面に配置されたファンを駆動する。

二軸の各々には、本明細書においてそれぞれ２個のベベルギア１ａおよび３ａで示される回転運動抽出手段が設けられる。

遊星ギア群を備える差動ギア５は、第１入力軸５ａと第２入力軸５ｂ、および付属ギアボックス７の共通駆動軸に接続された出力５ｃを備える。図１において、この軸は差動ギアの出力軸５ｃと区別できない。

運動抽出１ａと差動装置５の入力の間の動的伝動８は、ここではピニオン１ａに係合したべベルギア８ａ、および運動伝動線８ｂ、８ｃからなる。この運動伝動線は、ピニオン８ａに接続された１個の８ｂと差動装置５の入力５ａに接続された他の８ｃの２個の要素間に、噛み合いクラッチなどの解放自在のカップリング手段８ｆを備える。

自由輪８ｇは噛み合いクラッチ８ｆの上流、すなわち、例えばピニオン８ａと伝動装置の要素８ｂの間に挿入される。この自由輪８ｇは、付属ギアボックス７がレシーバーとして動作するとき、すなわちエンジンが動作しているとき係合するように配置される。自由輪は、ギアボックス７が駆動しているとき、すなわち、ＨＰロータを駆動するために始動装置が起動されるときの始動で解放される、すなわち要素８ｂとピニオン８ａの間の回転運動を伝動しない。始動時の動作は後に説明する。

ピニオン３ａと差動装置の入力５ｂの間の伝動装置６は解放自在のカップリングがなく、直接である。

解放自在のカップリング１０ｆは２個の伝動装置６と８の間に設けられる。これはカップリングの両側の２個の部品１０ｂおよび１０ｃで軸１０上に搭載される。部品１０ｂはギア１０ｂ１−６ｂを介して軸６に接続され、部品１０ｃはギア１０ｃ１−８ｄを介して軸８の部品８ｃに接続される。カップリングは、例えば噛み合いクラッチカップリングである。

選択カップリングを形成する２個のカップリング８ｆおよび１０ｆは、適切な制御部材によって制御される。

図１の構成において、噛み合いクラッチカップリング８ｆは係合する。部品８ｂおよび８ｃは互いに固定され、２個の部品１０ｂおよび１０ｃは互いに分離される。ＬＰ軸はギアボックス５の入力軸５ａを駆動し、ＨＰ軸はギアボックス５の入力軸５ｂを駆動する。

図２は図１と同じ伝動装置を示すが、係合するのはカップリング１０ｆである。部品１０ｂおよび１０ｃは互いに固定される。部品８ｂおよび８ｃは互いに分離される。この構成において、差動装置５の２個の入力５ａおよび５ｂはＨＰ軸に係合し、それによって駆動される。ＨＰ軸はギアボックスに搭載された補助機械の駆動負荷を単独で受け持つ。

図３を参照して装置の動作を説明する。

この図は、エンジン速度またはその出力レベルを横座標上の表示で示す。例えば、Ｉは抽出装置のアイドリング速度であり、Ｐは全ガス速度を示す。縦座標上には、アイドリング速度に対する比として表した回転速度が示される。

曲線ＲＨＰはＩからＰへ、アイドリング速度である値１からここでは１．７の値まで伸びる。このエンジンのＨＰロータの動作速度範囲は、アイドリング速度と全ガスの間で１から１．７である。同様に、曲線ＲＢＰは低圧ロータＬＰの動作速度範囲を表す。ＬＰロータの速度範囲は、それが１から５になるので、ＨＰロータよりもはるかに広範囲である。

直線ＲＤは軸５ｃの動作速度範囲を示す。

アイドリング速度と予め確立されたエンジン速度Ｎの間で、カップリング８ｆは係合し、１０ｆは解放される。この構成は複数の抽出装置におけるものである。ＬＰ軸は補助装置の駆動に関与し、これは、ＨＰロータの速度が出力の抽出を行うために最適ではないので望ましい。

軸８と１０の部品間のカップリングを８ｆから１０ｆへ切換えるために、カップリング８ｆおよび１０ｆを制御する部材が決定される。この構成において、２個の入力５ａおよび５ｂは同じ軸ＨＰによって駆動される。差動装置５ｃの出力速度の展開曲線は曲線ＲＨＰに平行である。したがってこの例において、ギアボックスの入力軸の速度は制限された範囲で、１から２．２へ展開し、速度範囲はＨＰ軸によって単独に制御される。ギアボックスに搭載された機械の要件はこのようにして満たされる。

選択カップリングが８ｆの噛み合いクラッチに配置されて維持されると、速度は速度Ｎから点線の曲線のように展開するであろうことが理解される。したがって、速度比はＲＢＰのものよりも僅かに小さい。

図２に対応する第２の構成は、エンジン回転速度のために用いられ、ＨＰ軸からのみの出力の抽出を可能にする。

エンジンを始動するためには、図示されないスターターがギアボックス７に接続される。図示されない構成は図１および図２の構成とは異なる。この場合、選択カップリングは２個の噛み合いクラッチ８ｆと１０ｆが同時に係合するように配置され、一方で、２個の伝動線８ｂ、８ｃが結合し、他方、１０ｂ、１０ｃが結合する。ギアボックス７からピニオン８ａへの出力の伝動のため、自由輪８ｇは解放される。図２の構成のように、スターターの電動出力は完全にＨＰロータに伝動される。始動の終りに、制御は噛み合いクラッチ１０ｆを解放して軸１０ｂと１０ｃを互いに分離する。構成１に戻る。始動後、ギアボックス７はレシーバーになり、次いで自由輪は自動的に係合し、図１の構成のアイドリング速度がある。

このようにして、自由輪８ｇは、構成を変更するために予め確立された速度Ｎの点まで始動時に加速する必要がなくなり、この速度はあまり高速すぎて地面に対して過剰の推力を発生することがある。

多重抽出構成における本発明による機械的出力抽出の概要図である。 ＨＰ抽出構成だけの機械的出力抽出を表す図である。 各軸の回転速度の変化をエンジン速度の関数として示すグラフであり、本発明の有用性を示す。

符号の説明

１、３、８、１０ 軸
１ａ、３ａ、８ａ ベベルギア
５ 差動ギア
５ａ 第１入力軸
５ｂ 第２入力軸
５ｃ 出力軸
６、８ 伝動装置
６ｂ、８ｄ、１０ｂ１、１０ｃ１ ギア
７ 付属ギアボックス
８ｂ、８ｃ 運動伝動線
８ｆ カップリング手段
８ｇ 自由輪
１０ｂ、１０ｃ 部品
１０ｆ カップリング

Claims (7)

1. ＬＰ軸およびＨＰ軸を備え、共通の駆動軸を備える付属ギアボックスに搭載される、二軸タービンエンジンの補助機械を駆動する装置であって、
   第１入力軸と第２入力軸、および出力軸を有する差動ギアを備え、
   第１入力軸が選択カップリングを介してＬＰ軸またはＨＰ軸のいずれかへ接続され、
   第２入力軸がＨＰ軸に接続され、
   出力軸がギアボックスの駆動軸に接続され、
   選択カップリングが、第１入力軸とＬＰ軸の間に配置される第１カップリングを備え、
   第１カップリングとＬＰ軸の間の機械的伝動線中に構成される自由輪装置は、エンジンが動作しているとき係合し、エンジンが付属ギアボックスの軸によって始動時に駆動されるとき解放され、
   選択カップリングは、第１入力軸およびＨＰ軸の間に配置される第２カップリングをさらに備える、装置。
2. 第１入力軸は選択カップリングを介して、エンジン速度が所定の値（Ｎ）よりも低いときＬＰ軸に接続され、速度が前記値よりも大きいときＨＰ軸に接続される、請求項１に記載の装置。
3. 第１カップリングが噛み合いクラッチ型である、請求項１に記載の装置。
4. 第２カップリングが噛み合いクラッチ型である、請求項１に記載の装置。
5. ＬＰ軸およびＨＰ軸を備え、共通の駆動軸を備える付属ギアボックスに搭載される、二軸タービンエンジンの補助機械を駆動する装置であって、
   第１入力軸と第２入力軸、および出力軸を有する差動ギアを備え、
   第１入力軸が選択カップリングを介してＬＰ軸またはＨＰ軸のいずれかへ接続され、
   第２入力軸がＨＰ軸に接続され、
   出力軸がギアボックスの駆動軸に接続され、
   選択カップリングは噛み合いクラッチであり、
   噛み合いクラッチの選択カップリングが、第１入力軸およびＬＰ軸の間の第１噛み合いクラッチと、第１入力軸およびＨＰ軸の間の第２噛み合いクラッチとを備え、
   第１噛み合いクラッチとＬＰ軸の間の機械的伝動線中の自由輪装置は、エンジンが動作しているとき係合し、エンジンが付属ギアボックスの軸によって始動時に駆動されるとき解放されるように構成される、装置。
6. エンジンが始動時に駆動されるときに、第１カップリングおよび第２カップリングが係合される、請求項４に記載の装置。
7. 第１ギアが第２カップリングの第１の側に設けられ、第２ギアが第２カップリングの第２の側に設けられ、第１ギアは第１入力軸上に設けられた第３ギアと係合し、第２ギアは第２入力軸上に設けられた第４ギアと係合する、請求項４に記載の装置。

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