JP5057520B2 - ターボジェットエンジン用リリーフ装置およびこれを備えたターボジェットエンジン - Google Patents

Description

本発明は、航空機用ターボファンエンジンの分野に関する。

より詳しくは、本発明はターボジェットエンジン用リリーフ装置と、このようなリリーフ装置が取り付けられたターボジェットエンジンとに関する。

知られている形で、航空機用ターボファンエンジンは、構造部品である中間ケーシングによって隔てられたガスフロー主流とガスフロー副流を備える。主流には、ガスフローの方向の上流から下流へ、低圧コンプレッサと高圧コンプレッサが配置されている。このようにして圧縮された空気は燃焼室に搬送され、そこで加圧燃料と混合され、これが燃焼されて燃焼室の下流で、高圧コンプレッサを駆動する高圧タービンに、次いでファンおよび低圧コンプレッサを駆動する低圧タービンにエネルギーを供給する。これらのタービンから出るガスは残留スラストを供給し、残留スラストが、副流を流れるガスによって生成されたスラストに加えられて航空機の推進力をもたらす。

ある飛行条件によっては、低圧コンプレッサによって送達される空気の量が大き過ぎて、ターボジェットエンジンの精確な動作を保証できない。したがってこの空気の一部分を副流に分流させて、ブレードに沿った流体のたなびき（ｗｉｓｐ）の分離に起因した、フローの不安定さを引き起こすポンピングと呼ばれる現象が発生するのを防止することが必要となる。

この空気の分流は空気リリーフとも呼ばれている。これはリリーフ装置によって実施されている。

よく知られているリリーフ装置は、連節式の、一連の作動手段によって同時に作動される可動フラップを使用している。このようなフラップのリリーフ装置が、ＵＳ３６３８４２８に記載されている。フラップのリリーフ装置の一例を図１０に示している。この図は、低圧コンプレッサ１１２が配置されているフロー主流１１０とフロー主流１１０を取り囲むフロー副流１１４とを示している。これらの２つの流れ１１０、１１４は環状であり、内側シュラウド１１６と外側シュラウド１１８を有する環状区画の形態でここに示している中間流区画１１７によって隔てられている。構造部品である中間ケーシング１２０が、ターボジェットエンジンの一セクションにわたって延在し、内側シュラウド１１６と外側シュラウド１１８を連結している。中間ケーシング１２０は、外側シュラウド１１８から副流１１４の内側に放射状に延在する支持アーム１２２を備える。これらの支持アーム１２２は、エンジンの力が航空機の構造体へと渡るのを可能にする。支持アームの数は通常８から１２である。

支持アーム１２２の上流で、内側流１１４は反対翼１２４も含むが、これは外側シュラウド１１８から径方向に延在し、空気フローがファンのブレード（図示せず）を通過した後にこれを整流する機能を有する。

主流１１０のフローは矢印１９０によって表している。副流１１４のフローは矢印１９２によって表している。主流１１０から副流１１４への空気のリリーフまたは分流は矢印１９４によって示している。このリリーフは、内側シュラウド１１６の内側開口部１２６と外側シュラウド１１８の外側開口部１２８とを通して、中間流区画１１７に配置された可動フラップ１３０によって、内側シュラウド１１６と外側シュラウド１１８との間で行われる。可動フラップ１３０は、内側開口部１２６を同期的に閉塞することを可能にするように、シリンダ１６４によって作動される。外側開口部１２８は閉塞されない。これらの形態は、外側シュラウド１１８の円周にわたって分配され、支持アーム１２２同士の間の中間ケーシングに位置決めされたグリルの形態である。

図１０を参照して以上に述べた従来技術のリリーフ装置は、ターボジェットエンジンの重量要件および空間要件をますます縮小する傾向にある最近の航空ターボジェットエンジンの設計に適していない。したがって、ターボジェットエンジンの軸線方向寸法を短くするための努力がなされており、支持アームと同じ中間ケーシングの軸線方向セクションに反対翼を配置することが提案され、またこれらの支持アームにステータの形状を与えることさえも提案されている。例えば中間ケーシングには、反対翼が間に配布された支持アームがある。したがって、このセクションにはリリーフに必要な外側開口グリルを配置する余地がない。さらに、このようなリリーフ用グリルを配置するために場所を空けても、他の欠点が危惧されることになる。特に、主流（矢印１９０）は氷粒子などの破片を含むことが多い。これらがリリーフフロー（矢印１９４）に存在すると、こうした破片は支持アーム同士の間に配置された反対翼を破損する可能性がある。これは、これらの反対翼が通常複合材料またはアルミニウムで製造されていることによる。
米国特許第３６３８４２８号明細書

本発明の目的は、上述の欠点を救済することにある。本発明は、主流から副流への空気の分流またはリリーフを実現することを可能にするリリーフ装置であって、反対翼が支持アームと同じセクションに位置決めされたターボジェットエンジンの設計に適したリリーフ装置を提案する。

第１の態様によると、本発明は、ターボジェットエンジンで主流の一部分を副流に向けて分流させるように設計されたリリーフ装置であって、上記ターボジェットエンジンが、中間流区画が間に存在するフロー主流とフロー副流とを有し、中間流区画がこれを上記主流から隔てる内側シュラウドと、これを上記副流から隔てる外側シュラウドと有し、上記ターボジェットエンジンが、上流壁と下流壁が設けられた中間ケーシングを有し、装置が
中間ケーシングの上流に位置決めされた内側シュラウドの内側開口部と、
中間ケーシングの下流に位置決めされた外側シュラウドの外側開口部と、
中間流区画を通して上記内側開口部を上記外側開口部に連結するリリーフ回路と、
上記リリーフ回路を開閉することが可能なブランク手段とを備え、
リリーフ回路が、
中間ケーシングの上流穴と、
中間ケーシングの下流穴と、
中間ケーシング、外側シュラウド、および連結仕切りの間に画定された環状チャネルとを備え、上記連結仕切りが上記環状チャネルで中間ケーシングの下流穴を包囲するように中間ケーシング上にあり、上記環状チャネルで外側シュラウドの外側開口部を包囲するように外側シュラウド上にある、リリーフ装置に関する。

本発明によると、中間ケーシングの上流穴はその上流壁を通して作成され、中間ケーシングの下流穴はその下流壁を通して作成されている。

本発明によると、リリーフ装置は、中間ケーシングの上流に配置され、内側シュラウドの内側開口部を中間ケーシングの上流穴に連通するように配置するリリーフ通路を備えたマニホルドを備える。

任意選択の変化形態によると、リリーフ回路は下流穴と同じ数の上流穴を備え、また中間ケーシングの上流壁と下流壁との間に設置された案内管も備え、各案内管は上流穴を反対側の下流穴に連結している。

ブランク手段は、リリーフ孔が設けられ、中間ケーシングの上流に配置されたリリーフリングを備える。上記リリーフリングは、上記リリーフ孔がリリーフ回路の通路と少なくとも部分的に一致しているリリーフ回路の開放位置と、上記リリーフ孔がリリーフ回路の通路と全く一致していないリリーフ回路の閉鎖位置との間を軸回転することが可能である。

リリーフ回路の完全開放位置では、リリーフリングの各リリーフ孔にはマニホルドのリリーフ通路が完全に重ねられている。リリーフ回路の部分的開放位置では、リリーフリングの各リリーフ孔にはマニホルドのリリーフ通路が部分的に重ねられている。リリーフ回路の完全閉鎖位置では、リリーフリングのリリーフ孔にはマニホルドのリリーフ通路の一部分も重ねられていない。

ブランク手段は、リリーフ回路の上記完全開放位置と完全閉鎖位置との間の上記リリーフリングの動きをコマンドするように上記リリーフリングを作動させる手段を備える。

作動手段は、円周方向に、中間ケーシングの上流壁内に切り込まれた少なくとも１つの案内スロットを備える。

作動手段は、リリーフリングを制御するための少なくとも１つのシャフトを備える。このシャフトの移動は上記案内スロットの両端部によって制限されている。

作動手段は、上記制御シャフトに関連付けられ、中間ケーシングの上流壁と下流壁との間の中間流区画の内側に配置された少なくとも１つのシリンダを備える。

第２の態様によると、本発明は、第１の態様によるリリーフ装置を備えたターボジェットエンジンに関する。

本発明の特定の実施形態についての以下の詳細な説明を読めば、本発明をよりよく理解できるであろう。この特定の実施形態は、１つの表示としてここに提示しているのであり、決して限定的なものではなく、添付図面によってここに例証する。

以下では全て、「径方向」、「軸線方向」、および「円周方向」という用語は、ターボジェットエンジンの「径方向」、「軸線方向」、および「円周方向」を指し、「上流」と「下流」という用語はターボジェットエンジンのガスフローの方向を指す。

最初に図１を参照すると、これは中間ケーシング２０の一部分に心合わせされたターボジェット２の一部分を軸線方向断面図で表し、またここに矢印９０で示している主フローが移動する主流１０と、矢印９２で示している副フローが移動する副流１４とを示している。中間ケーシングは上流壁２０２と下流壁２０４を備える。中間ケーシングはまた、副流１４に外側シュラウド１８から径方向に延在する、上流壁２０２と下流壁２０４に取り付けられた支持アーム２２も備える。中間ケーシングはまた、副流１４に外側シュラウド１８から径方向に延在する反対翼２４も備える。これらは支持アーム２２同士の間に分配され、中間ケーシング２０の上流壁２０２と下流壁２０４に取り付けられている。主流１０と副流１４との間に、内側シュラウド１６によって主流から、外側シュラウド１８によって副流から隔てられた中間流区画１７が存在する。特に中間流区画１７は、外側シュラウド１８と、内側シュラウド１６と、中間ケーシング２０の上流壁２０２と、中間ケーシング２０の下流壁２０４とによって画定された中間流空洞１９と呼ばれる中間部分を備える。

主流１０から副流１４へのリリーフフローをここでは矢印９４によって識別している。このフローは、内側シュラウド１６の内側開口部２６から主流を出て、外側シュラウド１８の外側開口部２８から副流１４に進入する。このフローは上流壁２０２の上流穴３２と、下流壁２０４の下流穴３４とを通過する。

リリーフフロー９４は、内側開口部２６と中間ケーシング２０の上流穴３２との間をマニホルド３６によって案内される。このマニホルド３６を図５に背面斜視図で表している。マニホルド３６は、上流域３８と下流域４０を有する環状部品である。上流域３８は、内側シュラウド１６の延長部に延在する環状域である。下流域４０は、中間ケーシング２０の上流壁２０２に固定されるための固定用フランジ４２を備える。マニホルド３６はその下流域４０に、上流壁２０２の上流穴３２の数と同じ数のリリーフ通路４４を備える。ここに示している実施例では、リリーフ通路４４の数は１０である。これらは内側面４６から下流域４０の下流面４８に延在し、上記下流面４８は、マニホルド３６が中間ケーシング２０に固定される際に固定用フランジ４２と中間ケーシング２０の接触面となる。これらは内側オリフィス５０から上記内側面４６に通じている。

リリーフフロー９４は、中間ケーシング２０の下流穴３４と外側開口部２８との間を環状チャネル５２によって案内される。環状チャネル５２は、中間ケーシング２０の下流壁２０４と、中間ケーシング２０下流の外側シュラウド１８と、連結仕切り５４とによって画定されている。連結仕切り５４は、上記外側シュラウド１８を上記下流壁２０４に、上記環状チャネル５２の外側開口部２８および下流穴３４を包囲するように外側シュラウド１８を上記下流壁２０４に連係している。

図面に示している任意選択の変化形態によると、リリーフフロー９４は、中間ケーシング２０の上流穴３２と下流穴３４との間を案内管５６によって案内される。案内管５６は、中間ケーシング２０の上流壁２０２と下流壁２０４との間に位置付けられた中間流区画１７の中間流空洞１９を実質的に軸線方向に通って延在する。案内管５６が設けられる際は、同じ数の上流穴３２と下流穴３４が設けられることが好ましい。ここで示している実施例では、その数は１０である。これらの案内管５６はリリーフフロー１９４を完全に案内するという利点を有する。そうでなければリリーフフローは、中間ケーシング２０の上流壁２０２と下流壁２０４との間の中間流区画１７の中間流空洞１９を充満させることになり、この中間流空洞１９内に例えば氷または砂の断片などの破片を堆積させるリスクが伴う。

マニホルド３６、上流穴３２、下流穴３４、環状チャネル５２、および案内管５６は、これらが揃うと、内側シュラウド１６の内側開口部２６と外側シュラウド１８の外側開口部２８との間にリリーフ回路３６、３２、５６、３４、５２を画定する。

本発明によるリリーフ装置は、上記内側開口部２６、上記外側開口部２８、および上記リリーフ回路を備える。この装置は上記リリーフ回路に対するブランク手段５８、６０、６２、６４、６６も備える。

これらのブランク手段５８、６０、６２、６４、６６はリリーフリング５８を備え、これを図４に正面斜視図で表している。このリリーフリング５８はリリーフ孔６０を備え、その数、形状、および寸法はマニホルド３６の内側オリフィス５０の数、形状、および寸法と一致する。ここに示している実施例ではそれらの数は１０である。

使用に際しては、リリーフリング５８は、マニホルド３６の内側面４６に心合わせされて、マニホルド３６に対して両端位置の間で回転できるようになる。より精確には、リリーフリング５８はマニホルド３６の下流域４０の内側面４６に対して示され、この内側面４６によって回転を案内される。

これらの両端位置と部分的に開放された中間位置とを図６から図８で示している。したがって、
図６は、マニホルド３６をリリーフ回路の完全開放位置にして組み立てたリリーフリング５８の斜視図である。ここでは、リリーフリングのリリーフ孔６０に、マニホルド３６のリリーフ通路４４の内側オリフィス５０がぴったりと重なるように、リリーフリング５８が回転されている。

図７は、マニホルド３６をリリーフ回路の部分的開放、または部分的閉鎖位置にして組み立てたリリーフリング５８の斜視図である。ここでは、リリーフリング５８のリリーフ孔６０がマニホルド３６のリリーフ通路４４の内側オリフィス５０を部分的に閉塞し、その内側面４６を部分的に覆うように、リリーフリング５８が回転されている。

図８は、マニホルド３６をリリーフ回路の完全閉鎖位置にして組み立てたリリーフリング５８の斜視図である。ここでは、リリーフリングのリリーフ孔６０に、マニホルド３６のリリーフ通路４４の内側オリフィス５０が重ならず、その内側面４６が重なるように、リリーフリング５８が回転されている。

ブランク手段５８、６０、６２、６４、６６は、図９に示している、リリーフリング５８を作動させる手段６２、６４、６６も備える。

図面に示す例示的な実施形態では、リリーフリング５８には、リリーフリング５８から実質的に軸線方向に延在する少なくとも１つの制御シャフト６２が取り付けられている。リリーフリング５８には２つの制御シャフト６２が取り付けられていることが好ましい。このような制御シャフト６２は、リリーフリング５８の孔６０同士の間に配置されている。各制御シャフト６２はシリンダ６４に連結されている。シリンダ６４は、中間ケーシング２０の上流壁２０２と下流壁２０４との間にある中間流空洞１９、あるいは中間流区画１７のいずれかに配置されている。したがって、各制御シャフト６２は、中間ケーシング２０の上流壁２０２を通過する。より精確には、各制御シャフト６２は、２つの上流穴３２同士の間のこの上流壁２０２に切り込まれた案内孔６６を通過する。各案内孔６６の両端部は、これを通過する制御シャフト６２に対して停止機能を実行する。制御シャフト６２の移動は案内孔６６の両端部によって制限されている。案内孔６６は、制御シャフト６２の移動によってリリーフリング５８がリリーフ回路の所望の両端位置の間で動くことができるように適切に寸法決めされている。したがって、制御シャフト６２の一方の停止部がリリーフリング５８の完全開放位置に対応し、制御シャフトの他方停止部がリリーフリング５８の完全閉鎖位置に対応している。

図３は、リリーフ回路の断面斜視図である。この図は、中間ケーシング２０の上流壁２０２とリリーフリング５８とに固定されたマニホルド３６、またリリーフ回路の完全開放位置に組み立てられたマニホルド３６を表している。この図は、内側開口部２６、リリーフ通路４４、および上流穴３２の断面図を示している。この図では、中間流区画１７の内側シュラウド１６が、ターボジェットエンジンのこのレベルで、マニホルド３６の上流域３８によって、次いでスポイラ７０によって、次いで中間ケーシング２０によって具現化されているのが見受けられる。スポイラ７０は、中間ケーシング２０の上流壁２０２に、例えばネジなどの固定手段７２によって固定された環状の連結部品であり、これにリリーフリング５８が心合わせされている。簡略化するために、図３では案内管５６を示していない。

図２は、より離れて見たリリーフ回路の断面斜視図である。この図は、中間ケーシング２０の上流壁２０２に固定されたマニホルド３６を表している。この図はまた、中間ケーシング２０の下流壁２０４の下流穴３４と、外側シュラウド１８の外側開口部２６と、環状チャネル５２との断面図を表している。環状チャネルは外側シュラウド１８と、中間ケーシング２０の下流壁２０４と、連結仕切り５４とによって画定されている。さらに、図２は、内側ケーシング２０の上流壁２０２と下流壁２０４に固定された反対翼２４および支持アーム２２を示している。簡略化するために、図２では案内管５６を示していない。

本発明によるリリーフ装置の軸線方向断面図である。 リリーフ装置の長手方向平面に沿った断面斜視図である。 マニホルドを備えたリリーフリングのアセンブリをより詳しく示している、リリーフ装置の長手方向平面に沿った別の拡大断面斜視図である。 リリーフリングの正面斜視図である。 マニホルドの背面斜視図である。 リリーフ回路が完全開放されているときの、マニホルドとリリーフリングによって形成されたアセンブリの正面斜視図である。 リリーフ回路が部分開放されているときの、マニホルドとリリーフリングによって形成されたアセンブリの正面斜視図である。 リリーフ回路が完全閉鎖されているときの、マニホルドとリリーフリングによって形成されたアセンブリの正面斜視図である。 リリーフリングを作動させる手段の斜視図である。 従来技術のリリーフ装置の軸線方向断面図である。

符号の説明

１０、１１０ 主流
１４、１１４ 副流
１６、１１６ 内側シュラウド
１７、１１７ 中間流区画
１８、１１８ 外側シュラウド
１９ 中間流空洞
２０、１２０ 中間ケーシング
２２、１２２ 支持アーム
２４、１２４ 反対翼
２６、１２６ 内側開口部
２８、１２８ 外側開口部
３２ 上流穴
３４ 下流穴
３６ マニホルド
３８ 上流域
４０ 下流域
４２ 固定用フランジ
４４ リリーフ通路
４６ 内側面
４８ 下流面
５０ 内側オリフィス
５２ 環状チャネル
５４ 連結仕切り
５６ 案内管
５８ リリーフリング
６０ リリーフ孔
６２ 制御シャフト
６４、１６４ シリンダ
６６ 案内孔
７０ スポイラ
７２ 固定手段
９０ 主フロー
９２ 副フロー
９４、１９４ リリーフフロー
１１２ 低圧コンプレッサ
１３０ 可動フラップ
２０２ 上流壁
２０４ 下流壁

Claims (8)

1. ターボジェットエンジンで主流の一部分を副流に向けて分流させるように設計されたリリーフ装置であって、前記ターボジェットエンジンが、中間流区画が間に存在するフロー主流とフロー副流とを有し、中間流区画がこれを前記主流から隔てる内側シュラウドと、これを前記副流から隔てる外側シュラウドと有し、
   前記ターボジェットエンジンが、上流壁と下流壁が設けられた中間ケーシングを有し、前記リリーフ装置が
   中間ケーシングの上流に位置決めされた内側シュラウドの内側開口部と、
   中間ケーシングの下流に位置決めされた外側シュラウドの外側開口部と、
   中間流区画を通して前記内側開口部を前記外側開口部に連結するリリーフ回路と、
   前記リリーフ回路を開閉することが可能なブランク手段とを備え、
   リリーフ回路が、中間ケーシングの上流穴と、中間ケーシングの下流穴と、中間ケーシング、外側シュラウド、および連結仕切りの間に画定された環状チャネルとを備え、前記連結仕切りが前記環状チャネルで中間ケーシングの下流穴を包囲するように中間ケーシング上にあり、前記環状チャネルで外側シュラウドの外側開口部を包囲するように外側シュラウド上にあり、
   中間ケーシングの上流穴はその上流壁を通して作成され、中間ケーシングの下流穴はその下流壁を通して作成されており、
   前記リリーフ回路が、中間ケーシングの上流に配置され、内側シュラウドの内側開口部を中間ケーシングの上流穴に連通するように配置するリリーフ通路を備えたマニホルドを備え、
   前記ブランク手段が、リリーフ孔が設けられ、中間ケーシングの上流に配置されたリリーフリングを備え、前記リリーフリングが、前記リリーフ孔がリリーフ回路の通路と少なくとも部分的に一致しているリリーフ回路の開放位置と、前記リリーフ孔がリリーフ回路の前記通路と全く一致していないリリーフ回路の閉鎖位置との間を軸回転することが可能であり、
   リリーフ回路の完全開放位置では、リリーフリングの各リリーフ孔にはマニホルドのリリーフ通路が完全に重ねられており、
   前記ブランク手段が、リリーフ回路の前記完全開放位置と完全閉鎖位置との間の前記リリーフリングの動きをコマンドするために前記リリーフリングを作動させる手段を備え、
   前記作動手段が、円周方向に、中間ケーシングの上流壁内に切り込まれた少なくとも１つの案内孔を備える、前記リリーフ装置。
2. 前記リリーフ回路が下流穴と同じ数の上流穴を備え、前記リリーフ回路が中間ケーシングの上流壁と下流壁との間に設置された案内管も備え、各案内管は上流穴を反対側の下流穴に連結している、請求項１に記載のリリーフ装置。
3. リリーフ回路の部分的開放位置では、リリーフリングの各リリーフ孔にはマニホルドのリリーフ通路が部分的に重ねられている、請求項１または２に記載のリリーフ装置。
4. リリーフ回路の完全閉鎖位置では、リリーフリングのリリーフ孔にはマニホルドのリリーフ通路の一部分も重ねられていない、請求項１または２に記載のリリーフ装置。
5. 前記作動手段が、リリーフリングを制御する少なくとも１つのシャフトを備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のリリーフ装置。
6. 前記制御シャフトの移動が、前記案内孔の両端部によって制限されている、請求項５に記載のリリーフ装置。
7. 前記作動手段が、前記制御シャフトに関連付けられ、中間ケーシングの上流壁と下流壁との間の中間流区画の内側に配置された少なくとも１つのシリンダを備える、請求項５または６に記載のリリーフ装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のリリーフ装置を備える、ターボジェットエンジン。

Images