JP5062568B2 - 航空機ターボジェットのノーズコーンを油で除氷するシステム - Google Patents

Description

本発明は、航空機ターボジェットのノーズコーンを除氷するシステムに関し、このターボジェットは回転およびスラスト方向にエンジンのＺ−Ｚ軸の中空低圧圧縮機シャフトを支持する軸受を有し、この軸受は２つのノズルによって油で潤滑される。

特定の飛行状態（上昇、下降、着陸）において、環境温度が摂氏ゼロ度以下になり、雲中に過冷却された水が存在すると、「結氷」大気条件に遭遇することがある。これらの条件は許容できない量の氷をノーズコーンに堆積させ、このノーズコーンを除氷するシステムの設置が必要である。

現在、航空機ターボジェットのノーズコーンは空気で除氷される。低圧圧縮機で圧縮され、したがって加熱された空気のいくらかが１つ以上のラインを経由して抽気される。この空気はノーズコーンの頂点近くに噴射される。圧力の効果の下で、空気は２つのこの皮殻間のコーンに沿って流れ、コーンを加熱する。これは除氷の効果を有する。次いで空気はそのベース部に形成された孔によってノーズコーンを離れる。米国特許第３９２５９７９号明細書の文献はこの種類の装置を開示する。この種の装置には欠点がある。

抽気は漏れを生じエンジン効率を低下させる。これはなぜそれらの装置が結氷条件下でのみ動作する、すなわち間欠的に動作するかの理由である。したがって、結氷条件ではないときの抽気を停止するために検出器および制御弁を設けなければならない。

また、ロータのハブによって支持された中空のノーズコーンを有するブレード付きロータも知られる（米国特許第３４２０３１１号明細書）。加圧された液体、例えば油のための導管がハブを通過し、放出弁がノーズコーンの内部表面近くに配置され、放出弁から流れる液体は通過の前に遠心力効果の下で内部表面に沿って最初にノーズコーンに衝突する。液体とノーズコーンの間の熱交換はノーズコーンを加熱する効果を有しそれが結氷するのを防止する。
米国特許第３９２５９７９号明細書 米国特許第３４２０３１１号明細書 独国特許第１２８１２７０号明細書 米国特許第５２７２８６８号明細書 国際公開第２００５／０７３５３９号パンフレット 仏国特許出願公開第２２１６４４２号明細書

この種の加圧された油の供給は固定部分と回転部分の間に封止システムを必要とする。動的封止は寿命が限られ、必然的に漏れを招く。他の欠点は放出弁を開くために到達すべき油圧のレベルである。特別にこの目的のための専用調整器またはポンプがないと、ノーズコーンの除氷要求に適う圧力レベルを得るのは困難である。

本発明の一つの主題はこれらの欠点を改善する航空機ターボジェットのノーズコーンを除氷するためのシステムである。

この目的は、除氷システムが、
エンジンのノーズコーンに固定され、低圧圧縮機シャフトをエンジンノーズコーンに接続する半径（ｒ）の供給管と、
エンジンノーズコーンの壁を裏打ちして油の循環用の通路を残す皮殻と、
Ｚ−Ｚ軸に対して皮殻の最も偏心した部分と軸受の間に配置され、油を軸受に戻すための複数の放射状油戻り管とを備え、
軸受への油の戻りが供給管の半径ｒよりも大きなＺ−Ｚ軸からの距離Ｒに配置されることによって達成される。

これらの特徴によって、
圧縮機出口での抽気がないので、エンジンの効率が改善される。特定の燃料消費節約は圧縮機からの抽気による性能の損失がないので、結氷条件下で０．１６％である。

外部条件が氷結またはそのようでないときでも油は恒久的に循環する。したがって、除氷システムの起動と停止を行う手段を設けることが不要である。特に、制御弁を設けることが不要であり、それによって装置を簡略化し重量が節約される。

潤滑油は冷却される。したがって軸受の動作温度が低下する。

除氷機能のための特別専用の油がなく、したがって供給ポンプは変更されない。

除氷油の戻りは前段チャンバーを経由して行われ、したがって、汚染がない。

油の物理的特性は空気よりも優れているので、空気／油の組み合わせは空気／空気の組み合わせよりも良好な熱交換を提供する。

好ましい実施形態において、低圧圧縮機シャフトは偶数のスロット間の区域（ｓｐａｃｅ）によって分離された偶数のスロットを有し、ノズルはスロットとノーズコーンに向けて導かれて、ノズルからの油ジェットはそれらの間を通過でき、ノズルは、他のノズルからのジェットがスロット間の区域によって反射され始めるときに、これらのスロットに対してノズルの１つがスロット中に油の噴射を始めるように配置される。

これらの特徴によって、軸受は連続的に油を供給され、同様に、除氷システムは連続的に油を供給される。

低圧圧縮機シャフトのＺ−Ｚ軸に対するノズルの傾斜角度は５°から３０°であるのが有利である。

また、供給管は０°から２°の円錐形を有し、円錐の最大直径部分はエンジンのノーズコーン側に配置されるのが有利である。

有利には、供給管は低圧圧縮機シャフトに向けて配置されたその部分に突起を含む。

特定の一実施形態によれば、除氷システムは遠心吸入口（ｓｃｏｏｐ）を含み、その機能は、低圧シャフトのスロット間の区域によって反射された油を回収してこの油を軸受に向かって導くことである。

ノーズコーンの除氷用の区域の油流量がノズルからの流量未満であるならば、油は突起から溢れ出し、遠心力の効果の下で再び遠心吸入口に合流する。

したがって、特定の動作条件下、例えば、非常に低い温度によって油の粘度が高くなるならば、装置は油に不足することなく軸受の冷却を可能にする。

他の態様によれば、本発明は、油によってそのノーズコーンを除氷する本発明によるシステムを含む航空機ターボジェットに関する。

本発明の他の特徴および利点は、添付図面を参照して単に例示として与えられる以下の例示的実施例の説明を読み取ることによってより明瞭になる。

図１において、参照符号２はボール軸受を表す。それは内部レース４と外部レース６およびボール８を備える。それは回転軸Ｚ−Ｚを有し、同時に対称軸である。参照符号１２はターボジェットの低圧シャフトを表す。ボール軸受２の内部レース４は低圧シャフト１２に搭載され、このボール軸受の外部レース６はケーシング１４に搭載される。

軸受２に潤滑油および冷却油を供給するために、２つのノズル１６および１８が設けられる（図２参照）。スロット２０は低圧シャフト１２に形成される。これらのスロットは偶数存在し、例示的実施形態において４個である。スロット２０はスロット間の区域２２によって互いに分離される。例示的実施形態において、スロット間の区域はスロットのサイズと同じである。しかし、この特徴は必須ではなく、代替の実施形態において、スロットはスロット間の区域よりも小さくまたは大きくすることができる。

図１の左側の部分に示されるのは除氷すべきノーズコーンの壁２６である。壁２６は壁２８で裏打ちされる。したがって、壁２６及び２８はそれらの間に油の循環用区域２９を画定する。供給管３０はノーズコーン２６の一端に固定される。突起３８を境界とするその他端部は低圧シャフト１２の内部中心に置かれる。シール３６はこの端部と低圧シャフトの間の封止を提供する。

低圧シャフトの中心に配置されたその端部で、管３０は供給管３０の内部に厚い油膜の形成機能を有する突起３８を有し、これは後述する。

油の循環通路２９は供給管３０に連絡する第１端部４０を有する。この第１端部は低圧シャフトの回転軸Ｚ−Ｚに非常に近接して配置される。油の循環通路２９はＺ−Ｚ軸から遠い距離に外側へ向けて放射状に配置された第２端部４２を有する。除氷すべきノーズコーン壁は、油循環通路２９の端部４０と４２の間を延在する。放射状油戻り管４４は端部４２から出発し、軸受２の内部レース４へ油の戻りを可能にする。さらに、遠心力による油回収吸入口４８は軸受２の内部レース４と低圧シャフトの間に設けられる。この遠心吸入口４８は孔５０が穿孔され、軸受への油の供給を可能にする。図１に見ることができるように、遠心吸入口４８はスロット２０の最大部分を覆うように右（図１によれば）に向かって延在する。

ノズルの１つ、例えば、図１に示した位置のノズル１６がスロット２０に面して配置されるとき、供給管３０には油が供給される。このとき、ノズル１６はジェット５２を送達し、ノーズコーンに向かってスロット２０を通過し、突起３８の頂部を通り、管３０のＺＺ軸に到達して通過するまで供給管３０の内部を移動し、供給管３０の内部壁に厚い油膜５４を形成する。次に、突起３８によって、油は端部４０を経由して通路２９に浸透し、除氷すべきノーズコーン壁に沿って端部４０から端部４２に移動し、供給チャネル５０を経由して遠心吸入口および軸受の内部レースを通過することによって軸受を潤滑する前に、放射状油戻り管４４を経由して現れる。この循環において油は遠心力によって駆動されることを指摘しなければならない。これは、供給管３０の内径ｒが、油を軸受２に戻すための放射状管４４の入口点からＺ−Ｚ軸を分離する距離Ｒよりも短いためである。したがって、油は２つの個別の機能を有することが分かる。第１に、それはノーズコーンの除氷の働きをし、第２にそれは軸受２を潤滑し冷却する機能を有する。

前述の場合とは異なり、ノズルの１つがスロット間の区域に面して配置されるとき、油ジェット５２はこのスロット間の区域の外部表面によって反射されて遠心吸入口４８によって捕捉され、次に、遠心力の効果の下で供給チャネル５０に向かって導かれて軸受２を潤滑し冷却する。この場合、油はノーズコーンの除氷には貢献せず、１つの機能、すなわち、軸受の潤滑だけを実行することが分かる。

図２はスロット２０とスロット間の区域２２の配置の好ましい実施形態を示す。この特定の実施形態において、４つのスロット２０と４つのスロット間の区域２２が存在する。スロット間の区域は、スロットの中心とスロット間の区域の中心間の角度が４５°に等しくなるように、スロットと同じサイズである。さらに、圧縮機シャフトの外側に配置された２つのノズル１６および１８は、ノーズコーンの前面壁の除氷と軸受２への油の直接供給の両方に関して、流れの連続性を確保するために提供されている。矢５８は低圧圧縮機シャフト１２の回転方向を示す。図２に見ることができるように、ノズルの１つ（図２におけるノズル１６）は、他のノズル（図２におけるノズル１８）がスロット２０に面する点に到着するとき、スロット間の区域２２に面する点に到着する。ノズル１６がそのスロット間の区域２２上の移動を完了したとき、ノズル１８はスロット２０の上のその移動を完了し、次いで２つのノズルの役割は逆転する。したがって、スロットに面する点にあるのはノズル１６であり、スロット間の区域２０に面する点にあるのはノズル１８である。このようにして、ノーズコーンに固定された供給管、したがって、除氷すべきノーズコーンの壁への供給、および軸受２の潤滑油の直接供給の両方が常に連続的に供給される。したがって、油の全ては軸受２を潤滑するが、ノズル１６及び１８によって送達された油の半分のみがノーズコーン壁の除氷に用いられるのが分かる。無論、この比率は単に例として与えられ、代替の実施形態において、５０％よりも多い、または少ないパーセントの油をノーズコーンの除氷に用いることができるのは言うまでもない。

原理的に、油通路２９の断面および放射状油戻り管４４の直径と数はノズルの流れを受容できなければならない。しかし、特定の動作条件下において、例えば、非常に低い温度のため油の粘度が高いとき、この能力は低下することが考えられる。この場合、図３に示したように、油膜５４はそれが突起３８の高さに達するまで厚さを増加させ、この突起を越えて溢れ出し、膜６０として流れ去り、これは遠心吸入口４８に戻って最終的に軸受２を直接潤滑する。これらの特定の状況において、ノーズコーンの除氷に用いられる油の部分が少ないにもかかわらず、油の全ては軸受の潤滑に再び用いられる。

本発明による除氷システムの断面の概要図である。 図１の線ＩＩ−ＩＩの断面の概要図である。 図１に類似しているが、流量がノズルの流量よりも少ないときの装置の状態を示す概要図である。

符号の説明

２ ボール軸受
４ 内部レース
６ 外部レース
８ ボール
１２ ターボジェットの低圧シャフト
１４ ケーシング
１６、１８ ノズル
２０ スロット
２２ スロット間の区域
２６ ノーズコーン
２８ 壁
２９ 油循環通路
３０ 供給管
３６ シール
３８ 突起
４０ 第１端部
４２ 第２端部
４４ 放射状油戻り管
４８ 吸入口
５０ 孔
５０ 供給チャネル
５２ ジェット
５４ 油膜
６０ 膜

Claims (7)

1. 航空機ターボジェットのノーズコーンを除氷する除氷システムであって、前記ターボジェットは、回転およびスラスト方向にエンジンのＺ−Ｚ軸の中空の低圧圧縮機シャフトを支持する軸受を有し、前記軸受は、低圧圧縮機シャフトの外側に配置された２つのノズルによって油で潤滑され、前記除氷システムは、
   エンジンのノーズコーンに固定され、低圧圧縮機シャフトをエンジンのノーズコーンに接続する半径ｒの供給管と、
   エンジンのノーズコーンの壁を裏打ちして油の循環用の通路を残す皮殻と、
   油を軸受に戻すために、Ｚ−Ｚ軸に対して皮殻の最も偏心した部分と軸受との間に配置された複数の放射状油戻り管とを備え、
   軸受への油の戻りが、供給管の半径ｒよりも大きなＺ−Ｚ軸からの距離Ｒに配置され、
   低圧圧縮機シャフトが、偶数のスロット間の区域によって分離された偶数のスロットを有し、ノズルがスロットとノーズコーンに向けて導かれて、ノズルからの油ジェットがそれらの間を通過でき、ノズルが、他のノズルからの油ジェットがスロット間の区域によって反射され始めるときに、前記スロットに対してノズルの１つがスロット中に油の噴射を始めるように配置される、除氷システム。
2. 低圧圧縮機シャフトのＺ−Ｚ軸に対するノズルの傾斜角度が、５°から３０°である、請求項１に記載の除氷システム。
3. 供給管が、円錐形状を有し、前記円錐形状の円錐面が、低圧圧縮機シャフトのＺ−Ｚ軸に対して０°から２°の角度で傾斜し、円錐の最大直径部分がエンジンのノーズコーン側に配置される、請求項１または２に記載の除氷システム。
4. 供給管が、突起を含み、前記突起が、低圧圧縮機シャフトに向かって配置される前記供給管の一方の端部に配置され、該一方の端部が、ノーズコーンに固定される供給管の他方の端部とは反対側にあり、前記突起が、前記供給管の内側に厚い油膜を形成するように前記供給管の内側に突出する、請求項１から３のいずれか一項に記載の除氷システム。
5. 遠心吸入口を含み、前記遠心吸入口の機能が、低圧圧縮機シャフトのスロット間の区域によって反射された油を回収し、軸受に向かって前記油を導くことである、請求項１から４のいずれか一項に記載の除氷システム。
6. ２つの皮殻によって画定された油循環区域における油の流量が、ノズルからの流量未満であるとき、油が突起から溢れ出し、遠心力の効果の下で遠心吸引口に再合流する、請求項４と組み合わせられる、請求項５に記載の除氷システム。
7. 油でそのノーズコーンを除氷する請求項１から６のいずれか一項に記載の除氷システムを含む、航空機ターボジェット。

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