JP5342130B2

JP5342130B2 - ターボファンエンジンカウルアセンブリ及び内部コアカウルバッフルアセンブリ

Info

Publication number: JP5342130B2
Application number: JP2007290252A
Authority: JP
Inventors: トーマス・オーリー・モニズ; ジョージ・フランシスコ・セダ; ロバート・ジョセフ・オーランド
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2027-11-08
Also published as: US20110120136A1; JP2008121681A; GB2443948B; CA2609281A1; US7886518B2; GB0722371D0; US8091334B2; FR2908467A1; FR2908467B1; GB2443948A; CA2609281C; US20080112801A1

Description

本発明は概してターボファンエンジンに関し、より詳細には、ターボファンエンジンで利用することのできる内部コアカウルバッフルに関する。

少なくとも１つの既知のターボファンエンジンは、ファンアセンブリと、環状コアカウルで囲まれたコアガスタービンエンジンと、該コアガスタービンエンジンの一部分を取り囲むファンナセルとを含む。該ファンナセルは該環状コアカウルから半径方向外側に離間配置されて、該コアカウルとファンナセルが排気領域（Ａ１８）を有するファンノズル管路を形成する。

少なくともいくつかの既知のターボファンエンジンは、スラストリバーサアセンブリを含む。既知のスラストリバーサアセンブリは、第１固定カウルと、該第１カウルに対して軸方向に平行移動可能な第２カウルとを含む。一般的に、アクチュエータが該第２カウルに連結されて、該第１カウルに対して該第２カウルを再配置する。該第２カウルが再配置されると、空気流が該スラストリバーサアセンブリを通ってファンノズル管路から排気される。
米国特許第３，８２９，０２０号公報米国特許第５，７７８，６５９号公報米国特許第５，８０６，３０２号公報米国特許第６，７２５，５４２号公報

しかしながら、エンジンアセンブリがスラストリバーサアセンブリを含んでいない場合、ファンノズル管路の領域が固定され、ファンアセンブリの効率に悪影響を与える。

一態様において、ターボファンエンジンアセンブリ用の内部コアカウルバッフルアセンブリが提供される。該エンジンアセンブリは、コアガスタービンエンジンと、該コアガスタービンエンジンを囲むコアカウルと、該コアカウルから半径方向外側に配置されたナセルと、該コアカウルと該ナセルの間に画定されたファンノズル管路とを含む。該内部コアカウルバッフルアセンブリは、内部コアカウルバッフルと、該コアカウルに対して該内部コアカウルバッフルを選択的に再配置することによって、該ファンノズル管路のスロート領域を変化させるように構成されたアクチュエータアセンブリとを含む。

さらなる態様において、ターボファンエンジンアセンブリが提供される。該ターボファンエンジンアセンブリは、コアガスタービンエンジンと、該コアガスタービンエンジンを囲むコアカウルと、該コアカウルから半径方向外側に配置されたナセルと、該コアカウルと該ナセルの間に画定されたファンノズル管路と、該ファンノズル管路内に配置されたコアカウルバッフルアセンブリとを含む。該コアカウルバッフルアセンブリは、内部コアカウルバッフルと、該コアカウルに対して該内部コアカウルバッフルを選択的に再配置することによって、該ファンノズル管路のスロート領域を変化させるように構成されたアクチュエータアセンブリとを含む。

またここでは、コアガスタービンエンジンと、該コアガスタービンエンジンに連結されたファンアセンブリと、該コアガスタービンエンジンを囲むコアカウルと、該コアカウルから半径方向外側に配置されたナセルと、該コアカウルと該ナセルの間に画定されたファンノズル管路と、該ファンノズル管路内に配置されたコアカウルバッフルとを有するターボファンエンジンアセンブリの運転方法が開示される。該方法は、該ファンアセンブリの運転速度を第１運転速度から第２運転速度へ変更し、該ファンノズル管路のスロート領域を変化させるために該コアカウルバッフルを第１運転位置と第２運転位置の間に選択的に配置して、該第２運転速度におけるエンジン効率の向上を促進する。

図１は、内部コアカウルバッフルアセンブリ１００を含む例示的なターボファンエンジンアセンブリ１０の断面図である。例示的実施形態において、ターボファンエンジンアセンブリ１０は、高圧圧縮機と、燃焼器と、高圧タービン（すべて図示せず）とを有する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アセンブリ１０はまた、コアガスタービンエンジン２０の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の軸方向上流に配置されるファンアセンブリ１６とを含む。例示的実施形態において、ターボファンエンジンアセンブリ１０は、コアガスタービンエンジン２０の周囲に延在し、半径方向外面１５および半径方向内面１７を有する環状コアカウル２２を含む。例示的実施形態において、コアカウル２２は、高圧圧縮機と燃焼器を取り囲む第１部分１９と、高圧タービンと低圧タービンを取り囲む第２部分２１とを含む。第２部分２１は、第１部分１９の下流に配置されて連結される。ターボファンエンジンアセンブリ１０はまた、吸気口３０と、第１排気口２９と、第２排気口３４とを含む。

ターボファンエンジンアセンブリ１０はさらに、ファンアセンブリ１６を取り囲み、コアカウル２２から半径方向外側に離間配置されるファンナセル２４を含む。ナセル２４は、半径方向外面２３および半径方向内面２５を有する。ファンノズル管路２６は、コアカウル２２の半径方向外面１５とナセル２４の半径方向内面２５の間に画定される。

例示的実施形態において、ターボファンエンジンアセンブリ１０は、以下でより詳細に述べる、平行移動する内部コアカウルバッフル１０２を含む。

運転中、空気流２８は吸気口３０に入り、ファンアセンブリ１６を通って流れ、下流に排気される。空気流２８の第１部分３２はコアガスタービンエンジン２０を通って導かれ、圧縮され、燃料と混合され、点火されて、燃焼ガスを生成し、第２排気口３４を通ってコアガスタービンエンジン２０から排気される。空気流２８の第２部分３８はファンノズル管路２６を通して下流に導かれ、第１排気口２９を通ってファンノズル管路２６から排気される。

図２は、第１運転位置１３０にある内部コアカウルバッフルアセンブリ１００の部分側断面図である。図３は、第２運転位置１３２にある内部コアカウルバッフルアセンブリ１００の部分側断面図である。

例示的実施形態において、内部コアカウルバッフルアセンブリ１００は、コアカウル２２に連結され、コアカウル２２の半径方向外面１５に沿って配置される、平行移動する内部コアカウルバッフル１０２を含む。代替的実施形態において、ターボファンエンジンアセンブリ１０は、ナセル２４の半径方向内面２５の一部分に沿って配置された、平行移動する外部コアカウルバッフル（図示せず）を含んでおり、外部コアカウルバッフルは内部コアカウルバッフル１０２と同様である。さらなる代替的実施形態において、コアカウルバッフルアセンブリ１００は、平行移動する複数の内部コアカウルバッフル１０２および／または平行移動する複数の外部コアカウルバッフル（図示せず）を含む。さらなる代替的実施形態において、内部コアカウルバッフル１０２は分割部材である。

例示的実施形態において、内部コアカウルバッフル１０２は、第１端部１０４と、第２端部１０６と、長さＬ１を有する。例示的実施形態において、内部コアカウルバッフル１０２は半径方向外面１０５を有する。例示的実施形態において、第１および第２端部１０４および１０６が先細になってファンノズル管路２６内の空気流２８の分裂を防ぐことによって、空気流が層流となる。

例示的実施形態において、高圧タービンと低圧タービンを取り囲むコアカウル２２の第２部分２１は、第１直径Ｄ１と、第１直径Ｄ１の下流の位置で測定された第２直径Ｄ２と、第２直径Ｄ２の下流の位置で測定された第３直径Ｄ３とを有する。例示的実施形態において、第１直径Ｄ１は第２直径Ｄ２より小さく、第３直径Ｄ３は第１直径Ｄ１と実質的に等しい。同様に、内部コアカウルバッフル１０２の半径方向内面は、実質的にコアカウル２２の半径方向外面１５に適合する。

例示的実施形態において、内部コアカウルバッフルアセンブリ１００は、内部コアカウルバッフル１０２と、内部コアカウルバッフル１０２を第１運転位置１３０と第２運転位置１３２の間に選択的に配置するアクチュエータアセンブリ１１０とを含み、ファンノズル管路領域（Ａ１８）を変化させるとともに、ファンノズル管路２６を流れる空気流の量を変化させる。例示的実施形態において、少なくとも１つのアクチュエータアセンブリ１１０はコアカウル２２の一部分内に配置され、内部コアカウルバッフル１０２をコアカウル２２に連結する。代替的実施形態において、アクチュエータアセンブリ１１０はコアカウル２２の任意の部分に連結されてもよい。代替的実施形態において、複数のアクチュエータアセンブリ１１０はコアカウル２２の一部分内に配置され、少なくとも１つの内部コアカウルバッフル１０２の一部分に連結される。特に、アクチュエータアセンブリ１１０は内部コアカウルバッフル１０２をコアカウル２２に向かって、またはコアカウル２２から離れて略軸方向に選択的に平行移動させて、ファンノズル管路領域（Ａ１８）を変化させる。アクチュエータアセンブリ１１０は、円周方向に離間配置された複数のアクチュエータすなわちモータ１１２と、例えばボールねじだがこれに限らない、複数の延長ロッド１１４とを含む。例示的実施形態において、各ロッド１１４はそれぞれのモータ１１２に、さらに内部コアカウルバッフル１０２に連結されて、励磁モータ１１２が内部コアカウルバッフル１０２を、モータ１１２の励磁に応じて前部方向１２０または後部方向１２２のどちらかに平行移動させる。例示的実施形態において、アクチュエータアセンブリ１１０は、限定されるものではないが、電気、空気圧または油圧で動力を供給されて、内部コアカウルバッフル１０２を第１運転すなわち収容位置１３０から第２運転位置１３２へ平行移動させることができ、そこで内部コアカウルバッフル１０２は前部方向１２０に平行移動されて、内部コアカウルバッフル１０２がファンノズル管路２６を通ってファンアセンブリ１６から排気される空気流２８の量を実質的に減少させる。

運転中、パイロットまたはオペレーターは、内部コアカウルバッフル１０２を第１または第２運転位置１３０および／または１３２に選択的に配置することができる。例えば、オペレーターは、航空機が巡航モードで動作している間（すなわち、通常飛行状態の間）、内部コアカウルバッフル１０２を第１運転位置（すなわち、収容位置）１３０に選択的に配置することができる。第１運転位置１３０では、内部コアカウルバッフル１０２がコアカウル２２から完全に後退していて、ファンノズル管路２６がナセル２４の半径方向内面２５と内部コアカウルバッフル１０２の半径方向外面１０５の間に画定された第１管路領域２００を有する。内部コアカウルバッフル１０２が第１運転位置１３０にあるコアカウル２２に重複され或いは接触されて配置されると、ファンアセンブリ１６から排気される空気流２８の第２部分３８の実質的にすべてがファンノズル管路２６を通して導かれ、第１排気口２９を通って排気される。第１および第２運転位置１３０および１３２の両方では、空気流が内部コアカウルバッフル１０２の半径方向外面１０５に沿って流れる。

航空機が非設計飛行状態（降下、着陸または他の低推力状態等）にあるとき、パイロットまたはオペレーターは、内部コアカウルバッフル１０２を第１運転位置１３０から前部方向１２０に軸方向に平行移動させることによって、任意的に第２運転位置１３２を選択して、ファンノズル管路２６のファン管路領域（Ａ１８）を減少させることができる。特に、第２運転位置１３２では、内部コアカウルバッフル１０２がコアカウル２２から部分的に動かされるため、ファンノズル管路２６がナセル２４の半径方向内面２５と内部コアカウルバッフル１０２の半径方向外面１０５の間に画定された第２管路領域２０２を有する。例示的実施形態において、第２管路領域２０２は第１管路領域２００より小さいので、第１管路領域２００から第２管路領域２０２へ管路領域が減少することによって、ファンノズル管路２６を通って排気される空気流２８の量が減少し、ファンアセンブリ１６の効率を向上させるファン出口圧力を上昇させる。内部コアカウルバッフル１０２が第２運転（すなわち、部分的に延在した）位置１３２にあるとき、第１直径Ｄ１がコアカウル２２の第２直径Ｄ２より大きいので、内部コアカウルバッフル１０２の端部１０６はコアカウル２２と接触したままである。さらに、内部コアカウルバッフル１０２が第２運転位置１３２にあるとき、ナセル２４は現行生産のナセルと同様の性能で動作する。ここで説明された平行移動する内部コアカウルバッフルは最大約３０％までファンノズル管路領域を減少させて、固定領域のファンノズル管路を有する他の既知のエンジンに比べて、ファン効率、ひいてはエンジン性能を向上させる。

離陸または降下等の一定の運転状態の間にファンノズル管路領域を閉じて、ファンの操作線をピーク効率ラインに近づけて上昇させることによって、燃料燃焼を改善することができる。加えて、ファン後流と出口案内翼（ＯＧＶ）の相互作用が減少することにより、騒音の低減が達成される。さらに、低高度等の一定の運転状態の間にファンノズルを開いて、噴射速度が低下することにより、騒音を低減させることもできる。可変ファンノズル（ＶＦＮ）による騒音低減の利点によって、さらにファン直径の減少と、それに対応する燃料燃焼の減少を提供することもできる。

この方法は、内部コアカウルバッフル１０２を第１運転位置１３０と第２運転位置１３２の間に選択的に配置して、ファンノズル管路領域（Ａ１８）を変化させるとともに、ファンノズル管路２６を通って流れる空気流２８の量を変化させ、ファンの出口圧力を上昇させる。

ここでは、軸方向に平行移動する内部コアカウルバッフルアセンブリが説明されており、航空機に連結された多種多様のターボファンエンジンアセンブリで利用することができる。ここで説明された内部コアカウルバッフルは、ファンノズル管路領域を減少させながら、同時にファンノズル管路を通る空気の相当量を案内することによって、非設計飛行状態の間のエンジン性能を向上させる。この内部コアカウルバッフルアセンブリは比較的低コストかつ軽量に改良されたものであって、エンジン効率を向上させる。

ターボファンエンジンアセンブリ用の内部コアカウルバッフルアセンブリの例示的実施形態が、上記で詳細に説明された。例証された内部コアカウルバッフルアセンブリは、ここで説明された特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ各アセンブリの部品は、ここで説明された他の部品から独立して別個に利用することができる。

本発明をさまざまな特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明が請求項の精神および範囲内で修正を加えて実施可能であることが当業者には理解できるであろう。

例示的な内部コアカウルバッフルアセンブリを含む例示的なターボファンエンジンアセンブリの断面図である。第１運転位置にある図１に示された内部コアカウルバッフルアセンブリの部分側断面図である。第２運転位置にある図１に示された内部コアカウルバッフルアセンブリの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アセンブリ
１５外面
１６ファンアセンブリ
１７内面
１９第１部分
２０コアガスタービンエンジン
２１第２部分
２２コアカウル
２３外面
２４ナセル
２５内面
２６ファンノズル管路
２８空気流
２９第１排気口
３０吸気口
３２第１部分
３４第２排気口
３８第２部分
１００コアカウルバッフルアセンブリ
１０２内部コアカウルバッフル
１０４第１端部
１０５外面
１０６第２端部
１１０アクチュエータアセンブリ
１１２アクチュエータすなわちモータ
１１４延長ロッド
１２０前部方向
１２２後部方向
１３０第１運転位置
１３２第２運転位置
２００第１管路領域
２０２第２管路領域

Claims

コアガスタービンエンジン（２０）と、該コアガスタービンエンジンを囲むコアカウル（２２）と、該コアカウルから半径方向外側に配置されたナセル（２４）と、該コアカウルと該ナセルの間に画定されたファンノズル管路（２６）とを有するターボファンエンジンアセンブリ（１０）用の内部コアカウルバッフルアセンブリ（１００）であって、
内部コアカウルバッフル（１０２）と、
前記内部コアカウルバッフルを、通常飛行状態の間の収納位置から、前記コアカウルに対して上流方向に、非設計飛行状態の間の低推力位置に選択的に再配置することによって、前記低推力位置におけるスロート領域が、前記収納位置におけるスロート領域より小さく、前記ファンノズル管路を通って排気される空気流の量が減少するように、前記ファンノズル管路のスロート領域を変化させるように構成されたアクチュエータアセンブリ（１１０）と、
を備え
前記内部コアカウルバッフル（１０２）が前記ファンノズル管路（２６）内に配置される、
内部コアカウルバッフルアセンブリ（１００）。
前記アクチュエータアセンブリ（１１０）が前記コアカウル（２２）の一部分内に配置され、前記内部コアカウルバッフル（１０２）を前記コアカウルに連結するように構成される、請求項１に記載の内部コアカウルバッフルアセンブリ（１００）。
前記アクチュエータアセンブリ（１１０）が、円周方向に離間配置された複数のモータ（１１２）と、複数の延長ロッド（１１４）とを有しており、前記複数のロッドの各々がそれぞれのモータに連結されて、前記モータの少なくとも１つを作動させることによって、前記内部コアカウルバッフル（１０２）を平行移動させる、請求項２に記載の内部コアカウルバッフルアセンブリ（１００）。
前記アクチュエータアセンブリ（１１０）が電気、空気圧または油圧の少なくとも１つで動力を供給される、請求項２に記載の内部コアカウルバッフルアセンブリ（１００）。
前記アクチュエータアセンブリ（１１０）が前記内部コアカウルバッフル（１０２）を、第１運転位置（１３０）と、第２運転位置（１３２）と、前記第１および第２運転位置の間の複数の運転位置との間に再配置する、請求項１に記載の内部コアカウルバッフルアセンブリ（１００）。
前記内部コアカウルバッフル（１０２）が前記第１運転位置（１３０）において前記コアカウル（２２）と実質的に重複するように配置され、前記第１運転位置が前記エンジンアセンブリ（１０）から生成されるエンジン推力の向上を促進する、請求項５に記載の内部コアカウルバッフルアセンブリ（１００）。
前記内部コアカウルバッフル（１０２）が前記第２運転位置（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、該エンジンアセンブリ（１０）が最大推力未満の推力レベルで動作するとき、前記第２運転位置がエンジン効率の最大化を促進する、請求項５に記載の内部コアカウルバッフルアセンブリ（１００）。
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を囲むコアカウル（２２）と、
前記コアカウルから半径方向外側に配置されたナセル（２４）と、
前記コアカウルと前記ナセルの間に画定されたファンノズル管路（２６）と、
前記ファンノズル管路内に配置されたコアカウルバッフルアセンブリ（１００）であって、
内部コアカウルバッフル（１０２）、および
前記内部コアカウルバッフルを、通常飛行状態の間の収納位置から、前記コアカウルに対して上流方向に、非設計飛行状態の間の低推力位置に選択的に再配置することによって、前記低推力位置におけるスロート領域が、前記収納位置におけるスロート領域より小さく、前記ファンノズル管路を通って排気される空気流の量が減少するように、前記ファンノズル管路のスロート領域を変化させるように構成されたアクチュエータアセンブリ（１１０）と、
を備えるコアカウルバッフルアセンブリと、
を備え、
前記内部コアカウルバッフル（１０２）が前記ファンノズル管路（２６）内に配置される、
ターボファンエンジンアセンブリ（１０）。
前記アクチュエータアセンブリ（１１０）が前記コアカウル（２２）の一部分内に配置され、前記内部コアカウルバッフル（１０２）を前記コアカウルに連結する、請求項８に記載のターボファンエンジンアセンブリ（１０）。