JP5132265B2 - ターボファンエンジンカウル組立体とその動作方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般にターボファンエンジンに関し、特にターボファンエンジンとともに用いられうる内側コアカウルバッフルに関する。

少なくともひとつの周知のターボファンエンジンは、ファン組立体と、環状コアカウル内に閉じ込められるコアガスタービンエンジンと、前記コアガスタービンエンジンの一部分を取り巻くファンナセルとを含む。このファンナセルは、環状コアカウルから半径方向外方に離間して、コアカウルとファンナセルとが排気部（Ａ１８）を有するファンノズルを形成するようになっている。
米国特許第３，８２９，０２０号 米国特許第５，７７８，６５９号 米国特許第５，８０６，３０２号 米国特許第６，７２５，５４２号

少なくともいくつかの周知のターボファンエンジンは、スラストリバーサ組立体を含む。周知のスラストリバーサ組立体は、第１の固定カウルと、この第１のカウルに対して軸方向に並進可能である第２のカウルとを含む。一般に、作動装置が第２のカウルに結合されて、第２のカウルを第１のカウルに対して再配置する。第２のカウルが再配置されると、空気流は、ファンノズルダクトからスラストリバーサ組立体を介して排出される。しかし、エンジン組立体がスラストリバーサ組立体を含まない場合は、ファンノズルダクトの部分が固定されてしまうとともに、ファン組立体の効率に影響を及ぼす。

ひとつの態様において、ターボファンエンジン組立体の動作方法を提供する。このターボファンエンジン組立体は、コアガスタービンエンジンと、このコアガスタービンエンジンに外接するコアカウルと、このコアカウルから半径方向外方に配置されるナセルと、前記コアカウルと前記ナセルとの間に形成されるファンノズルダクトと、前記ファンノズルダクト内に配置される第１のコアカウルバッフルと、第２のコアカウルバッフルとを含み、第２のコアカウルバッフルの一部分は、第１のコアカウルバッフルに対して再配置されうる。この方法は、ファン組立体の動作速度を第１の動作速度から第２の動作速度に変化させる段階と、前記第２のコアカウルバッフルの一部分を、第１のコアカウルバッフルに対して第１の動作位置と第２の動作位置との間において選択的に配置して、ファンノズルダクトのスロート部（或いは通気部）を変化させて第２の動作速度においてエンジン効率を向上させやすくする段階とを含む。

また他の態様において、ターボファンエンジン組立体用内側コアカウルバッフル組立体を提供する。このターボファンエンジン組立体は、コアガスタービンエンジンと、このコアガスタービンエンジンに外接するコアカウルと、このコアカウルから半径方向外方に配置されるナセルと、前記コアカウルと前記ナセルとの間に形成されるファンノズルダクトとを含む。内側コアカウルバッフル組立体は、ファンノズルダクト内においてコアカウルの一部分に結合される第１のコアカウルバッフルと、コアカウルの一部分に結合されるとともに第１のコアカウルバッフルから半径方向内方にある距離を置いて配置される第２のコアカウルバッフルと、第２のコアカウルバッフルを第１のコアカウルバッフルに対して選択的に再配置することによりファンノズルダクトのスロート部を変化させるように構成される作動装置組立体とを含む。

さらに他の態様において、ターボファンエンジン組立体を提供する。このターボファンエンジン組立体は、コアガスタービンエンジンと、このコアガスタービンエンジンに外接するコアカウルと、このコアカウルから半径方向外方に配置されるナセルと、前記コアカウルと前記ナセルとの間に形成されるファンノズルダクトと、前記ファンノズルダクト内に配置される内側コアカウルバッフル組立体とを含む。この内側コアカウルバッフル組立体は、ファンノズルダクト内においてコアカウルの一部分に結合される第１のコアカウルバッフルと、コアカウルの一部分に結合されるとともに前記第１のコアカウルバッフルから半径方向内方にある距離を置いて配置される第２のコアカウルバッフルと、第２のコアカウルバッフルを第１のコアカウルバッフルに対して選択的に再配置することによりファンノズルダクトのスロート部を変化させるように構成される作動装置組立体とを含む。

図１は、内側コアカウルバッフル組立体１００を含む例証的なターボファンエンジン組立体１０の略図である。図２は、内側コアカウルバッフル組立体１００の第１の動作位置１３０における部分側断面図である。図３は、内側コアカウルバッフル組立体１００の第２の動作位置１３２における部分側断面図である。

この例証的な実施例において、ターボファンエンジン組立体１０は、高圧圧縮機と燃焼器と高圧タービン（いずれも図示せず）とを含むコアガスタービンエンジン２０を含む。ターボファンエンジン組立体１０は、さらにまた、コアガスタービンエンジン２０から軸方向下流に配置される低圧タービン（図示せず）と、コアガスタービンエンジン２０から軸方向上流に配置されるファン組立体１６とを含む。この例証的な実施例において、ターボファンエンジン組立体１０は、コアガスタービンエンジン２０のまわりに延在するとともに半径方向外側面１５と半径方向内側面１７とを含む環状コアカウル２２を含む。この例証的な実施例において、コアカウル２２は、高圧圧縮機と燃焼器とを取り巻く第１の部分１９と、高圧タービンと低圧タービンとを取り巻く第２の部分２１とを含む。ターボファンエンジン組立体１０は、さらにまた、入口３０と第１の出口２９と第２の出口３４とを含む。

ターボファンエンジン組立体１０は、さらに、ファン組立体１６を取り巻くとともにコアカウル２２から半径方向外方に離間するファンナセル２４を含む。ナセル２４は、半径方向外側面２３と半径方向内側面２５とを含む。ファンノズルダクト２６は、コアカウル２２の半径方向外側面１５とナセル２４の半径方向内側面２５との間に形成される。

例証的な実施例において、ターボファンエンジン組立体１０は、第２のコアカウルバッフル１０２を含み、第２のコアカウルバッフル１０２の一部分は、軸方向に並進しうるようになっており、以下により詳細に説明される。

動作時において、空気流２８は、入口３０に流入するとともに、ファン組立体１６を通って流れて、下流に排出される。空気流２８の第１の部分３２は、コアガスタービンエンジン２０を介して導かれるとともに、圧縮され、かつ燃料と混合されるとともに、点火されて、コアガスタービンエンジン２０から第２の出口３４を介して排出される燃焼ガスを発生させる。空気流２８の第２の部分３８は、ファンノズルダクト２６を介して下流に導かれて、ファンノズルダクト２６から第１の出口２９を通って排出される。

例証的な実施例において、内側コアカウルバッフル組立体１００は、ダクト２６内に配置されるとともにコアカウル２２から半径方向外方に配置される固定された第１のコアカウルバッフル１０１と、自身の一部分がコアカウル２２に対して軸方向に並進しうる第２のコアカウルバッフル１０２と、作動装置組立体１１０とを含む。例証的な実施例において、第２のコアカウルバッフル１０２は、コアカウル２２に結合されるとともに、コアカウル２２の半径方向外側面１５に沿って配置される。また別の実施例においては、ターボファンエンジン組立体１０は、ナセル２４の半径方向内側面２５の一部分に沿って配置される第１および第２の外側コアカウルバッフル（図示せず）を含んでおり、これらの外側コアカウルバッフルは、コアカウルバッフル１０１および１０２と同様である。

例証的な実施例において、高圧タービンと低圧タービンとを取り巻くコアカウル２２の第２の部分２１は、第１の直径Ｄ_１と、第１の直径Ｄ_１より下流の位置において測定される第２の直径Ｄ_２と、第２の直径Ｄ_２より下流の位置において測定される第３の直径Ｄ_３とを有する。例証的な実施例において、第１の直径Ｄ_１は、第２の直径よりＤ_２小さく、第３の直径Ｄ_３は、実質的に第１の直径Ｄ_１に等しい。同様に、第２のコアカウルバッフル１０２の半径方向内側面は、実質的に、コアカウル２２の半径方向外側面１５に従う。さらにまた、第１のコアカウルバッフル１０１の半径方向内側面は、実質的に、コアカウル２２の半径方向外側面１５に従う。

例証的な実施例において、第１のコアカウルバッフル１０１は、固定的であり、かつファンノズルダクト２６内に配置されて、第１のコアカウルバッフル１０１が少なくとも１本の支柱９９により正位置に保持されるようになっている。支柱９９は、コアカウル２２から半径方向外方に第１のコアカウルバッフル１０１まで延在する。第１のコアカウルバッフル１０１は、半径方向内側面１０３と半径方向外側面１０５とを含む。任意で、第１のコアカウルバッフル１０１は、第１のコアカウルバッフル１０１の半径方向内側および外側面１０３および１０５の少なくとも一方に沿って固定消音板（図示せず）を含む。例証的な実施例において、消音板は、防音材であって、騒音を減少させる。

内側コアカウルバッフル組立体１００は、さらにまた、第２のコアカウルバッフル１０２を含む。第２のコアカウルバッフル１０２は、半径方向外側面１２４と半径方向内側面１２６とを含む。第２のコアカウルバッフル１０２は、第１の部分１０４と第１の部分１０４より上流に位置する第２の部分１０６との２個の部分を含む。例証的な実施例において、第２の部分１０６は、軸方向に並進可能であるとともに、コアカウル２２に結合され、第１の部分１０４は、コアカウル２２に対して固定される。第２の部分１０６は、前方に並進して、ファンノズルダクト２６の部分（Ａ１８）を減少させる。また別の実施例においては、第１および第２の部分１０４および１０６は固定されている。さらにまた他の実施例においては、第１および第２の部分１０４および１０６は、ダクト２６内において軸方向に並進しうる。例証的な実施例では、第２のコアカウルバッフル１０２は、コアカウル２２の半径方向外側面１５に沿って配置されて、第２のコアカウルバッフル１０２がコアカウル２２と面一に配置されるようになる。第２のコアカウルバッフル１０２は、第１の端部１０７と第２の端部１０８との間において延在する。例証的な実施例において、第１および第２の端部１０７および１０８を先細状として、空気流２８の第２の部分３８の崩壊を防ぐことができる。例証的な実施例において、第１の部分１０４は、第２の端部１０８から第１の端部１０７の方へと延在する長さＬ_１を有し、第２の部分１０６は、第１の端部１０７から第２の端部１０８の方へと延在する長さＬ_２を有して、第１および第２の部分１０４および１０６が第２のコアカウルバッフル１０２を形成するようになっている。

例証的な実施例において、内側コアカウルバッフル組立体１００は、さらにまた、第２の部分１０６に結合されて、第２の部分１０６を第１の部分１０４とコアカウル２２とに対して略軸方向に選択的に並進させやすくする作動装置組立体１１０を含む。特に、作動装置組立体１１０は、第２の部分１０６をコアカウル２２に対して略軸方向に選択的に並進させて、ファンノズルダクト部分（Ａ１８）或いはファンノズルダクトのスロート部を変化させる。例証的な実施例において、作動装置組立体１１０は、コアカウル２２の第２の部分２１内に配置される。これに代わる方法として、作動装置組立体１１０は、コアカウル２２のいかなる部分に結合されてもよい。作動装置組立体１１０は、周方向に離間する複数個の作動装置またはモータ１１２と複数本のボールねじ等であるがこれに制限されない延長ロッド１１４とを含む。例証的な実施例において、各ロッド１１４は、それぞれのモータ１１２と第２の部分１０６とに結合されて、モータ１１２を付勢すると、第２の部分１０６がモータ１１２の付勢によって前方向１２０または後方向１２２のいずれかに並進せしめられるようになっている。例証的な実施例では、作動装置組立体１１０は、電気、空気または油圧であるがこれらに制限されない動力の供給を受けて、第２の部分１０６を、空気流が妨害されることなしに排出される第１の動作位置または引込み位置１３０（図２に図示）から、第２の部分１０６が前方向１２０に並進せしめられて、第２の部分１０６がコアカウル２２より半径方向外方に配置されるとともに第１のコアカウルバッフル１０１と半径方向に整合するようになる第２の動作位置１３２（図３に図示）に並進させうる。

航空機の操縦時において、パイロット／操縦者は、第２のコアカウルバッフル１０２の第２の部分１０６を第１または第２の動作位置１３０および１３２に選択的に配置しうる。たとえば、操縦者は、航空機が巡航モードで動作しているとき（すなわち正常飛行条件時）には、第２の部分１０６を第１の動作位置（すなわち引込み位置）１３０に選択的に配置しうる。第１の動作位置１３０において、第２の部分１０６の一部分は、第１の部分１０４の一部分に当接する。第１の動作位置１３０では、第２の部分１０６は、完全に引き込まれてコアカウル２２に当接して、ファンノズルダクト２６が、ナセル２４の半径方向内側面２５と第２のコアカウルバッフル１０２の第２の部分１０６の半径方向外側面１２４との間に形成される第１のファンノズルダクト部分２００を有するようになる。第２の部分１０６が、第１の動作位置１３０において、コアカウル２２の一部分と面一に配置されているときは、ファン組立体１６から排出される空気流２８の第２の部分３８の実質的に全部が、ファンノズルダクト２６を介して導かれる。例証的な実施例において、第１の動作位置１３０は、正常飛行条件に用いられる。第１の動作位置１３０において、空気流２８の第２の部分３８は、第１のコアカウルバッフル１０１の半径方向内側面１０３および半径方向外側面１０５の両方に沿うとともに、第２のコアカウルバッフル１０２の半径方向外側面１２４に沿って流れる。

航空機が非設計飛行条件（降下、着陸またはその他の低推力条件等）にあるときは、パイロット／操縦者は、任意で、第２の部分１０６を第１の動作位置１３０から前方向１２に軸方向に並進させることにより、第２の動作位置１３２を選択して、ファンダクト部分（Ａ１８）を小さくすることができる。特に、第２の動作位置１３２において、第２の部分１０６は、コアカウル２２から部分的に延在して、ファンノズルダクト２６が、ナセル２４の半径方向内側面２５と第２の部分１０６の半径方向外側面１２４との間に形成される第２のファンノズルダクト部分２０２を有するようになる。例証的な実施例において、第２のファンノズルダクト部分２０２は、第１のファンノズルダクト部分２００より小さく、第１のファンノズルダクト部分２００を第２のファンノズルダクト部分２０２に縮小させることにより、ファンノズルダクト２６内において排出される空気流量が減少するとともに、ファン吐出圧力が増大して、ファン組立体１６の効率が高められるようになる。さらにまた、第２の動作位置１３２において、第２の部分１０６は、第１のコアカウルバッフル１０１と実質的に半径方向に整合する。特に、第２の部分１０６の一部分は、第１のコアカウルバッフル１０１の一部分に接触する。さらに、第２の動作位置１３２では、空気流２８の第２の部分３８の実質的に全部が、ファンノズルダクト２６を介して導かれるとともに、第１のコアカウルバッフル１０１の半径方向外側面１０５のみに沿って流れる。第２の部分１０６が第２の動作位置１３２に部分的に延在せしめられているときは、ナセル２４は、現行製品のナセルと同様の性能で動作する。本明細書において説明される並進部分を有する第２のコアカウルバッフル１０２と固定された第１のコアカウルバッフル１０１とは、エンジン性能とファン効率とを高める。離陸または降下等のある一定の動作条件時にファンノズルダクト部分を閉鎖することにより、ファン動作曲線をピーク効率曲線付近に高めることによって、燃料燃焼を向上させることができる。加えて、ファン後流／後置静翼（ＯＧＶ）の相互作用の低下の結果として、騒音の減少が達成される。さらにまた、低高度等のある一定の条件時にファンノズルを開くことにより、噴射速度の低下の結果として、騒音を減少させることもできる。可変ファンノズル（ＶＦＮ）の騒音減少効果と引き換えに、ファン直径および対応する燃料燃焼をさらに減少させることもできる。

本発明の方法は、第１のコアカウルバッフルをファンノズルダクト内においてコアガスタービンエンジンの一部分に結合させる段階と、第２のコアカウルバッフルを第１のコアカウルに対して第１の動作位置と第２の動作位置との間において選択的に配置して、ファンノズルダクト部分を変化させてファンの効率を高める段階とを含む。

本明細書に、コアカウルと第１のコアカウルバッフルと第２のコアカウルバッフルとを含んで、第２のコアカウルバッフルの一部分がコアカウルに対して軸方向に並進可能となるようになっているコアカウル組立体を説明する。このようなコアカウル組立体は、航空機に結合される幅広くさまざまなターボファンエンジン組立体に用いられうる。本明細書に記載のコアカウルバッフルは、ファンノズルダクト部分を小さくする一方で同時にファンノズルダクトを介して相当量の空気を導くことにより、非設計飛行条件時においてエンジン性能を向上させる。この内側コアカウルバッフル組立体は、ナセルとスラストリバーサ組立体との相対的に低費用かつ低重量の改変形態であるとともに、エンジン効率を高める。

ガスタービンエンジン組立体用コアカウル組立体の例証的な実施例が前記に詳細に説明されている。前記の組立体は、本明細書に記載の特定の実施例に制限されるわけではなく、むしろ、各組立体の構成要素は、本明細書に記載のその他の構成要素とは別個独立に用いられうる。

さまざまな特定の実施例の観点から本発明を説明したが、当業者には、本発明が特許請求の範囲の精神および範囲内において改変されて実施されうることが認識されよう。

例証的なコアカウル組立体を含む例証的な航空機用ターボファンエンジン組立体の略図である。 図１に示されたコアカウル組立体の第１の動作位置における部分側断面図である。 図１および２に示されたコアカウル組立体の第２の動作位置における部分側断面図である。

符号の説明

１０ ターボファンエンジン組立体
１５ 半径方向外側面
１６ ファン組立体
１７ 半径方向内側面
１９ 第１の部分
２０ コアガスタービンエンジン
２１ 第２の部分
２２ コアカウル
２３ 半径方向外側面
２４ ファンナセル
２５ 半径方向内側面
２６ ファンノズルダクト
２８ 空気流
２９ 第１の出口
３０ 入口
３２ 第１の部分
３４ 第２の出口
３８ 第２の部分
９９ 支柱
１００ コアカウルバッフル組立体
１０１ 第１のコアカウルバッフル
１０２ 第２のコアカウルバッフル
１０３ 半径方向内側面
１０４ 第１の部分
１０５ 半径方向外側面
１０６ 第２の部分
１０７ 第１の端部
１０８ 第２の端部
１１０ 作動装置組立体
１１２ 作動装置またはモータ
１１４ 延長ロッド
１２０ 前方向
１２２ 後方向
１２４ 半径方向外側面
１２６ 半径方向内側面
１３０ 第１の動作位置または引込み位置
１３２ 第２の動作位置
２００ ファンノズルダクト部分
２０２ ファンノズルダクト部分
Ｄ_１ 第１の直径
Ｄ_２ 第２の直径
Ｄ_３ 第３の直径
Ｌ_１ 長さ
Ｌ_２ 長さ

Claims (10)

1. コアガスタービンエンジン（２０）と、前記コアガスタービンエンジンに外接するコアカウル（２２）と、前記コアカウルから半径方向外方に配置されるナセル（２４）と、前記コアカウルと前記ナセルとの間に形成されるファンノズルダクト（２６）とを含むターボファンエンジン組立体（１０）用内側コアカウルバッフル組立体（１００）において：
   前記ファンノズルダクト内に配置されて前記コアカウルの一部分（２１）に結合される第１のコアカウルバッフル（１０１）と；
   前記コアカウルの一部分（２１）に結合されるとともに、前記第１のコアカウルバッフルから半径方向内方にある距離をおいて配置される第２のコアカウルバッフル（１０２）と；
   前記第２のコアカウルバッフルを前記第１のコアカウルバッフルに対して選択的に再配置することにより前記ファンノズルダクトのスロート部を変化させるように構成される作動装置組立体（１１０）とからなる内側コアカウルバッフル組立体（１００）。
2. 前記第１および第２のコアカウルバッフル（１０１、１０２）は、前記ファンノズルダクト（２６）内に配置される請求項１に記載の内側コアカウルバッフル組立体（１００）。
3. 前記作動装置組立体（１１０）は、前記コアカウル（２２）の一部分内に配置されるとともに、前記第２のコアカウルバッフルを前記コアカウルに結合させるように構成される請求項１に記載の内側コアカウルバッフル組立体（１００）。
4. 前記作動装置組立体（１１０）は、周方向に離間する複数個のモータ（１１２）と、複数本の延長ロッド（１１４）とからなり、前記複数本のロッドの各々は、それぞれのモータに結合されて、少なくとも１個の前記モータを作動させることによって前記第２のコアカウルバッフル（１０２）の一部分（１０６）が並進せしめられるようになっている請求項２に記載の内側コアカウルバッフル組立体（１００）。
5. 前記作動装置組立体（１１０）は、電気、空気または油圧の少なくとも１つの動力の供給を受ける請求項２に記載の内側コアカウルバッフル組立体（１００）。
6. 前記作動装置組立体（１１０）は、前記第２のコアカウルバッフル（１０２）の一部分（１０６）を第１の動作位置（１３０）と第２の動作位置（１３２）と、前記第１および第２の動作位置間の複数個の動作位置との間において再配置する請求項１に記載の内側コアカウルバッフル組立体（１００）。
7. 前記第２のコアカウルバッフル（１０２）は、前記第１の動作位置（１３０）において前記コアカウル（２２）と実質的に面一に配置され、前記第１の動作位置は、前記エンジン組立体（１０）により生じせしめられるエンジンスラストを高めやすくする請求項６に記載の内側コアカウルバッフル組立体（１００）。
8. 前記第２のコアカウルバッフル（１０２）は、前記第２の動作位置（１３２）において前記コアカウル（２２）からある距離だけ離れて配置されて、前記第２の動作位置が、前記エンジン組立体（１０）が最大スラスト未満のスラストレベルで動作せしめられるときにエンジン効率を最大限に高めやすくするようになっている請求項６に記載の内側コアカウルバッフル組立体（１００）。
9. 前記第１のコアカウルバッフル（１０１）は、少なくとも１本の支柱（９９）を用いて前記コアカウル（２２）に結合される請求項１に記載の内側コアカウルバッフル組立体（１００）。
10. 前記第１のコアカウルバッフル（１０１）と前記第２のコアカウルバッフル（１０２）との少なくとも一方は、少なくとも１個の固定消音板を含む請求項１に記載の内側コアカウルバッフル組立体（１００）。
    

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