JP5138358B2 - ガスタービンエンジン内の温度過昇状態を防止する方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、航空エンジンの非火炎領域における温度過昇状態を防ぐシステムおよび装置に関し、特に信号管内の温度過昇ヒューズに関する。

当該技術分野において、ガスタービンエンジン用全機能ディジタル電子制御装置（ＦＡＤＥＣ）は、燃焼器からの圧力信号を利用してエンジンを制御する。信号管が破損すると、ファン区画、すなわち非火炎領域に高温の空気が流入可能になりうるため、ＦＡＤＥＣは、信号管破損状態においてエンジンを停止させる。信号管の破損は、たとえば不適正な整備、管の疲労または航空機由来の異物によるエンジンの損傷によりうる。

信号管は一般に、重さの問題により非火炎領域内では断熱されない。加えて、多くのエンジン・プログラムでは、高温空気の漏出により損傷しうるファンおよびナセル区画内において複合材料が用いられる。温度センサと遮断弁とを用いて漏出の危険性を最小限に抑えることはできるが、信頼性と費用と重量の点で不都合である。

したがって、非火炎領域内への高温空気の流入を封じる低費用かつ低重量の検知システムを得ることが望ましい。

信号管内における故障発生の場合にエンジン停止に代わる方法を提供するとともに、非火炎領域において温度過昇状態を防ぐ例証的な実施例を示すことにより、前記の必要性または要求は満たされうる。

一つの例証的な実施例において、方法は、一般にガスタービンエンジン内の防火壁の高温側に配置されるエンジン構成要素から前記防火壁の低温側に配置される少なくとも１個のエンジン制御機構まで延在する信号管を提供することを含む。この信号管の第１の部分は、一般に前記高温側に配置され、前記信号管の第２の部分は、一般に前記低温側に配置される。この方法は、前記第１の部分内にヒューズを提供することを含み、前記信号管は、少なくとも部分的に前記ヒューズ内の経路によりそこに形成される流路を含む。

一つの例証的な実施例において、方法は、ガスタービンエンジンの防火壁の低温側に配置される少なくとも１個のエンジン制御機構であって、前記ガスタービンエンジンを、第１の動作論理または第２の動作論理にしたがって選択的に制御し、前記第１の動作論理は圧力信号を利用し、前記第２の動作論理は圧力信号を利用しないエンジン制御機構を提供することを含む。この方法は、一般にガスタービンエンジンの前記防火壁の高温側に配置されるエンジン構成要素から前記少なくとも１個のエンジン制御機構まで延在する信号管であって、自身の第１の部分が一般に前記高温側に配置され、自身の第２の部分が一般に前記低温側に配置される信号管を提供することを含む。この方法は、信号管の第１の部分内にヒューズを提供することをさらに含み、前記信号管は、少なくとも部分的に前記ヒューズ内の経路によりそこに形成される流路を含む。前記ヒューズが第１の状態にあるときは、前記経路は実質的に非閉塞状態にあって、前記信号管が前記信号管内の流体の静圧に関する前記圧力信号を前記少なくとも１個のエンジン制御機構に提供するようになり、前記ヒューズが第２の状態にあるときは、前記経路は実質的に閉塞状態にあって、前記信号管が前記圧力信号を前記少なくとも１個のエンジン制御機構に提供しないようになる。

本発明とみなされる主題を特に指摘するとともに、本明細書の結びの部分において明確に特許請求を行うが、添付図面とともに以下の説明を読むことにより本発明は最もよく理解されるであろう。

図面において、同一の参照符号は同じ要素を示す。図１に、一般的な従来技術を示す。一般的に航空機用ガスタービンエンジン等の装置１０は、燃焼器等のエンジン構成要素１２を含む。全機能ディジタル電子制御装置（ＦＡＤＥＣ）等のエンジン制御機構１４は、このエンジン構成要素１２から情報を受け取る。一般に、信号管２０は、前記構成要素１２から前記制御機構１４まで延在する。この信号管は、たとえば、燃焼器内の圧力に関する情報を供給しうる。ある例証的な実施例において、前記信号管は、一般に静的流体、すなわち空気を内包する。この信号管からの圧力がエンジン制御装置またはＦＡＤＥＣに入力される。現行動作プロトコル下では、エンジン制御機構に圧力信号が入力されない場合には、エンジン停止動作を開始する。

当該技術分野において周知のように、航空エンジンにおいて、１個以上の防火壁２２により火炎領域（「高温側」）と非火炎領域（「低温側」）とが分離されうる。航空規制およびその他の要求事項により、高温空気またはその他のガスを非火炎領域に流入させてはならないと定められている。たとえば、低温側のいくつかの構成要素は、高温暴露用に定格されていない複合材料により形成される。さらにまた、重さの問題により、低温側に配置される構成要素の中には、断熱またはその他の火炎保護手段を有さないものもある。いくつかのエンジン設計では、制御機構またはＦＡＤＥＣを非火炎領域に配置する。このような設計においては、信号管２０は、高温側の燃焼器から低温側の制御機構まで延在する。

正常動作条件下において、信号管２０内の静的流体は、一般に周囲温度にある。信号管２０において破断またはその他の破損（接続不良等）が起こると、該信号管内に内包されている通常的に静的な流体が周囲に漏出し、燃焼室からの高温の流体（空気）が前記管内に流入するとともに、前記破損箇所を通って漏出し始める。前記破断またはその他の破損が非火炎領域内において発生すると、漏出する流体は、許容可能な温度要件を超える。

現行動作プロトコルにおいて、エンジン制御装置１４またはＦＡＤＥＣが、破断またはその他の破損により圧力信号を受信しない場合、エンジン停止命令により、低温側の温度過昇状態を防ぐ。前記破断またはその他の破損が第２のエンジンに係わる問題、たとえば異物損傷である場合、残りのエンジンを自動的に停止させると危険な状態になりうる。現行の防護手段では、ナセル内の補強を用いて双発機がエンジン停止に直面する危険性を最小限に抑えているが、現行のものに代わる頑健性を高め、かつ／またはナセルの重さを減少させるための解決策を開示する。

図２を参照すると、例証的な実施例において、エンジン３０は、防火壁４４の高温側のエンジン構成要素４２と防火壁４４の低温側のエンジン制御機構４６との間に延在する信号管４０を含む。この例証的な信号管４０は、自身内に流路４８を形成する。この信号管４０は、少なくとも前記高温側に延在する１個の第１の部分５０と前記低温側に延在する第２の部分５２とを含む。

図２および３を参照すると、例証的な実施例において、前記信号管４０は、実質的に管状のヒューズ５４と動作可能に接続される成形金属管６３から成る。ヒューズ５４は、流路４８の一部分を形成する内側経路５６を形成する。例証的な実施例において、ヒューズ５４は、ヒューズ５４を金属管５３と係合させる取付具５８を各端部において含む。数多くの任意の方法で前記ヒューズを前記金属管と係合させることができ、前記取付具５８はその一例に過ぎない。

例証的なヒューズ５４は、流路４８に隣接して配置される少なくとも１個の内側部材６０を含む。例証的な実施例において、この内側部材６０は、感温材料により形成されるホースから成る。例証的な実施例では、この感温材料は、所定を超える温度に曝されると変形しうる。たとえば、例証的な感温材料は、６００°Ｆ（３２６°Ｃ）を超える温度に曝されると溶融するポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から成る。また他の例証的な実施例では、前記内側部材６０は、ろう付け用化合物等のその他の感温材料から成りうる。ある例証的な実施例において、前記内側部材６０は、燃焼器内の一般的な空気温度を下回る温度で変形または溶融する。たとえば、前記内側部材６０は、約１０００°Ｆ（５３８°Ｃ）を下回る温度で溶融または変形するものとする。この溶融または変形温度は、内側部材６０が高温側の周囲温度に曝されているときも原型を保つために十分高温でなければならない。

ある例証的な実施例では、ヒューズ５４は、内側部材６０を実質的に外囲する外側部材６４を含む。例証的な実施例において、この外側部材６４は、金属編組から成り、ヒューズ５４を補強し可撓性を与える。例証的な実施例では、この外側部材６４は、ヒューズ５４の状態に関する情報を提供する。たとえば、例証的な実施例において、観察者は、外側部材６４を見ることで、ヒューズ５４の状態を知ることができる。外側部材６４が図３に示される如く見える場合、ヒューズ５４は自身を貫通する動作可能な経路を有する第１の状態にあることがわかる。

図２に示すように、動作可能な場合、信号管４０は、少なくとも１個のエンジン制御機構４６またはＦＡＤＥＣに圧力信号を供給する。この信号管４０は、本質的に流路４８の長さに沿って周囲温度の静的流体（空気）を内包する。これにより、防火壁４４の低温側に延在する第２の部分５２は、課せられる温度要件を満たすことができる。信号管４０において仮定的に示される破断またはその他の破損７０が生じると、約１０００°Ｆ（またはそれ以上）の高温の流体（空気）が信号管４０を通ってエンジン構成要素４２、すなわち燃焼器から前記破損部の方へと流れる。図４に示すように、前記破損部がヒューズ５４の下流にある場合には、最終的に内側部材６０が所定の温度、すなわち約６００°Ｆ（３１６°Ｃ）を超える温度に曝されることになる。このより高い温度に曝されると、感温性の内側部材６０は、変形（溶融）するとともに、流路４８を介した流体の流れを阻止する。例証的な実施例では、高温の流体が防火壁４４の高温側において外側部材６４を介して周囲環境へと流出する。外側部材６４は、高温の流体が自身を通過するため、変色または焼け焦げ７２を呈する。このため、外側部材６４を目視点検することにより、ヒューズ５４の状態に関する情報が得られる。第２の状態において、経路５６は閉塞される。加えて、一部の溶融材料７４が金属編組を通ってしみ出して、ヒューズ５４の状態に関する視覚情報を提供しうる。高温の流体は、信号管の第２の部分５２まで到達することなく防火壁の高温側において排出されるため、第２の部分５２（低温側）が温度要件を超えることはない。

破損７０が信号管４０内に生じ、エンジン制御機構が予想される圧力信号を受信できない場合、エンジン制御機構４６は、また他の動作論理を用いて動作しうる。このまた他の動作論理により、信号管４０からの圧力入力がなくともエンジン運転が可能となる。

図５に、ヒューズ５４の例証的な実施例において用いられうるまた他の取付具８０が図示されている。当業者には理解されるように、このような取付具８０は一例に過ぎず、これに代わるその他の取付具も用いられうる。

加えて、また他の論理が、圧力信号が受信されないその他の状況において用いられうる。たとえば、信号管内における水分の凍結は、圧力信号の受信を妨げうる。エンジンを、エンジン停止ではないまた他の動作論理に基づいて動作させることができる。このようなまた他の論理は、現在では周知であり、本開示の範囲内において利用されうる。

本明細書に記載の説明は、例を用いて最良の形態を含めて本発明を開示するとともに、当業者が本発明を実施し、かつ利用することを可能にするものである。本発明の特許可能範囲は、特許請求の範囲に記載されるとともに、当業者に自明であるその他の例を含みうる。このようなその他の例は、特許請求の範囲の逐語的文言と異ならない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の逐語的文言と実質的に相違ない同等の構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内に含まれることが意図される。

燃焼器から全機能ディジタル電子制御装置（ＦＡＤＥＣ）に圧力信号を送るための従来技術におけるシステムの略図である。 前記圧力信号管内にヒューズを含むシステムの略図である。 自身を貫通する非閉塞状態の経路を有する第１の状態のヒューズを示す信号管の部分断面図である。 前記経路が閉塞された第２の状態にあるヒューズを示す信号管の部分断面図である。 代替的なヒューズ取付具を示す図である。

符号の説明

１０ エンジン
１２ 構成要素
１４ エンジン制御機構
２０ 信号管
２２ 防火壁
３０ エンジン
４０ 信号管
４２ エンジン構成要素
４４ 防火壁
４６ エンジン制御機構
４８ 流路
５０ 第１の部分
５２ 第２の部分
５３ 金属管
５４ ヒューズ
５６ 経路
５８ 取付具
６０ 内側部材
６４ 外側部材
７０ 破損
７２ 焼け焦げ
７４ 溶融材料

Claims (10)

1. 高温側と、低温側と、高温側及び低温側の間の防火壁とを備えるガスタービンエンジンの低温側の温度過昇状態を防ぐ方法であって、
   ガスタービンエンジン（３０）の防火壁（４４）の高温側に配置されるエンジン構成要素（４２）から前記防火壁の低温側に配置される少なくとも１個のエンジン制御機構（４６）まで延在する信号管（４０）であって、自身の第１の部分（５０）が前記高温側に配置され、自身の第２の部分（５２）が前記低温側に配置される信号管（４０）を提供し；
   信号管の前記第１の部分内にヒューズ（５４）を提供し、前記信号管は、少なくとも部分的に前記ヒューズ内の経路（５６）によりそこに形成される流路（４８）を含む
   ことを特徴とする方法。
2. 前記ヒューズ（５４）の状態を、所定を超える温度に対するに暴露に呼応して、第１の状態から第２の状態に変化させることをさらに含み、前記第１の状態にあるときは、前記経路（５６）は実質的に非閉塞状態にあり、前記第２の状態にあるときは、前記経路（５６）は実質的に閉塞状態にある請求項１に記載の方法。
3. 前記ヒューズは、前記経路に隣接する少なくとも１個の内側部材を含み、前記内側部材は、前記所定を超える温度に曝されると変形し、前記ヒューズの前記状態を、前記第１の状態から前記第２の状態に変化させることは、前記内側部材を変形させることを含む請求項２に記載の方法。
4. 前記所定を超える温度の高温の流体が、前記経路に存在する場合、存在する前記高温の流体を前記経路から前記ヒューズを通して前記高温側へ解放することによって、前記信号管の前記第２の部分に流入するのを防ぐことをさらに含む請求項２および３のいずれかに記載の方法。
5. 前記ヒューズ（５４）の外側部材（６４）を視認して、前記ヒューズの前記状態を判断することをさらに含む請求項１、２、３および４のいずれかに記載の方法。
6. 前記外側部材の視認に少なくとも部分的に呼応して、前記信号管の修理作業を選択的に実行することをさらに含む請求項５に記載の方法。
7. 高温側と、低温側と、高温側及び低温側の間の防火壁とを備えるガスタービンエンジンの低温側の温度過昇状態を防ぐ方法であって、
   ガスタービンエンジン（３０）の防火壁（４４）の低温側に配置される少なくとも１個のエンジン制御機構（４６）であって、前記ガスタービンエンジンを、第１の動作論理または第２の動作論理にしたがって選択的に制御し、前記第１の動作論理は圧力信号を利用し、前記第２の動作論理は圧力信号を利用しないエンジン制御機構（４６）を提供し；
   ガスタービンエンジン（３０）の前記防火壁の高温側に配置されるエンジン構成要素（４２）から前記少なくとも１個のエンジン制御機構まで延在する信号管（４０）であって、自身の第１の部分（５０）が前記高温側に配置され、自身の第２の部分（５２）が前記低温側に配置される信号管（４０）を提供し；
   信号管の第１の部分内にヒューズ（５４）を提供し、前記信号管は、少なくとも部分的に前記ヒューズ内の経路（５６）によりそこに形成される流路（４８）を含み、前記ヒューズが第１の状態にあるときは、前記経路は実質的に非閉塞状態にあって、前記信号管が前記信号管内の流体の静圧に関する前記圧力信号を前記少なくとも１個のエンジン制御機構に提供するようになり、前記ヒューズが第２の状態にあるときは、前記経路は実質的に閉塞状態にあって、前記信号管が前記圧力信号を前記少なくとも１個のエンジン制御機構に提供しないようになる
   ことを特徴とする方法。
8. 前記ヒューズ（５４）が前記第１の状態にあるときは、前記エンジンを前記第１の動作論理にしたがって選択的に動作させることをさらに含む請求項７に記載の方法。
9. もしも存在する場合は、前記経路内の所定を超える温度の高温の流体に呼応して、前記ヒューズ（５４）の状態を前記第１の状態から前記第２の状態に変化させることをさらに含む請求項８に記載の方法。
10. 前記ヒューズが前記第２の状態にあるときは、前記エンジンを前記第２の動作論理にしたがって選択的に動作させることをさらに含む請求項９に記載の方法。
    

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