JP5358162B2 - 航空機マストから懸架されたターボジェット - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンエンジンの分野に関し、特に、フロントファン及びそれらの航空機への連結具を有するターボジェットに関する。

フロントファンを有するターボジェットは、空気吸入ダクトがその上に搭載されたケーシング内に収容された大径のファンロータを備える。中間ケーシングは、ファンケーシングのすぐ後方に配置されている。下流において、ケーシングのハブは、主流のケーシングによって延在しており、様々なコンプレッサ、燃焼チャンバ、タービン、及び、排気ケーシングから構成されている。空気吸入ダクトを介して流入する空気は、ファンロータを通して圧縮された後、主流及びバイパス流という２つの同心円筒状流れに分割される。後者は、エンジンを迂回し、低温で分離流内に排出されるか、主流と混合された後にタービン段の下流に排出される。主流は、燃焼チャンバ内で高温ガスを生成するために、燃料と混合される前にさらなる圧縮を維持する。高温ガスは、エンジンの軸まわりにファン及び空気圧縮段を回転させる一連のタービン段を供給する。そして、主流は、推力の一部を供給するように排出される。推力は、主に、バイパス流によって生み出される。バイパス流と主流との間の流量比は、バイパス比と称され、エンジンパワーの増加は、ファンケーシングと主流ケーシングとの間の直径比が高い高バイパス比を有するエンジンの設計をもたらしている。

従来の連結方法に係るエンジンは、マストを用いて、翼の上若しくは下において航空機又は機体に取り付けられる。マストは、細長い形状を有し、エンジンと航空機構造体との間において、軸方向、横方向、及び垂直方向の３方向に力を伝達するのを可能とする堅い支柱アセンブリを有する。軸は、エンジンの軸である。マストに対するエンジンの連結具は、２つの垂直平面内に配置されている。第１の平面は、前側において中間ケーシングを通過し且つ後側において排気ケーシングを通過する。これら２つのケーシングは、特に前側及び後側ベアリングのそれぞれを支持するエンジンの構造要素である。前側平面に関して、２つの明確に異なる連結方法が、旅客機において現在使用されており、第１の方法は、中間ケーシングの外側シュラウドに使用され、第２の方法は、ハブに使用されている。

前側の連結方法に関して、本発明の主題は、中間ケーシングの外側シュラウドを介した取り付けである。

平衡懸架の場合、力は、引っ張り又は圧縮のみにおいて作動するようにスイベルタイプのリンクを介して取り付けられているマストにエンジンを接続する連結ロッド又は等価部品によって伝達される。配置は、軸方向Ｆｘ、垂直方向Ｆｚ、及び横方向Ｆｙの３方向における力と、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚの３方向におけるモーメントとをそれぞれ伝達するように設計されている。中間ケーシングと排気ケーシングとの間の取り付けに加え、懸架部はまた、中間ケーシングのハブを、後側留め具に、任意には後側留め具の近傍においてマストに接続する、推力を伝達する又は受ける連結アームを備える。中間ケーシング上に通常配置される前側懸架平面は、横方向及び垂直方向力を受け、後側懸架平面は、横方向及び垂直方向力並びにエンジン軸まわりのモーメントを受ける。横方向及び垂直方向モーメントは、２つの懸架平面の反対方向における反作用によって受けられる。

エンジンの連結に関連する問題は、ケーシングの歪みであり、一方では、それらは、小領域を形成する連結アーム及びＵ字型金具タイプの取り付け点での偶発的な力の伝達に起因し、他方では、エンジン軸に沿った推力ベクトルに関してマストに対する推力の受け入れの移動に起因する。２つの力によって形成されたトルクは、その軸に沿ったエンジンの屈曲を引き起こし、性能劣化及び特定の消費の影響をともなう固定部分と回転部分との間の間隙に悪影響を与える。さらなる結果は、摩擦による部品の摩耗と、エンジンの耐用年数の低減である。本現象は、高バイパス比及びファンケーシングと主流ケーシングとの間のより大きな直径比を有するエンジンのより大きな変形をともなって、いっそう注意が払われる。

国際公開第２００７／０３３９９４号パンフレット

したがって、本発明の主題は、回転部品を含む円筒状ケーシングを局所的に又は一般に変形することなく、力をマストに伝達するフロントファンを有するターボジェットのマストに対する懸架である。さらなる主題は、最適な重量の懸架である。最後に、懸架は、アクセス可能性及びメンテナンスに影響を及ぼしてはならない。

これらの目的は、本発明によれば、ターボジェットが、フロントファンと、放射アームによって互いに接続された外側シュラウド及びハブを有するファンの下流の中間ケーシングと、外側シュラウドを有する排気ケーシングとを備え、２つのケーシングが、１つの同一軸ＸＸ上に整列されており、マストが、細長状の構造支柱アセンブリを備える、航空機マストから懸架されたターボジェットを用いて達成される。上記ターボジェットにおいて、上記支柱アセンブリは、軸方向力及び横方向力の伝達手段を備える留め具により、上流において中間ケーシングの外側シュラウドに堅く取り付けられており、留め具により、下流において上記排気ケーシングに取り付けられている。

本発明は、エンジンの通常動作におけるマストに対する力の主経路がエンジンの前側を通過し、これにより、エンジンの前後間を通過する力を低減させることによる特徴に基づいている。問題となっている力は、特に推力、重力、及び空気力学的な空気吸入ダクト力である。

さらにまた、国際公開第２００７／０３３９９４号パンフレットは、本出願におけるもののように、骨組みの歪みの影響及び特にエンジンの推力に起因する縦方向の屈曲を低減又は除去するように向けられた懸架に関して知られている。しかしながら、この文献において提示されている解決策によれば、エンジンの後側連結具は、明確に除かれており、重力下で大いに強調された歪みを暗示し、ケーシング上の歪みに関する問題を満足に解決するようにはみえない。さらにまた、この解決策に関連して、本発明は、前側及び後側平面間の垂直方向についてのトルクＭｚを受けることが可能であり、必要に応じて偶発的な力の受け入れに対する前側留め具の重要性を低減することができる。

ターボジェットはまた、単体又は組み合わせで取り上げられる以下の特徴を備える：
軸方向力の上記伝達手段は、せん断ピンである。
前側留め具は、支柱アセンブリに固定された上流板材を備える。この板材は、中間ケーシングの外側シュラウドにボルト留めされてもよく、ボルト留めされていなくてもよい。
前側留め具は、中間ケーシングの外側シュラウドに横方向に接続されて引っ張り力又は圧縮力のみを伝達するように配置された支柱アセンブリの各側に、少なくとも１つの連結ロッドを備える。
特に、前側留め具は、中間ケーシングの外側シュラウドに横方向に接続された支柱アセンブリの各側に、一対の連結ロッドを備え、各連結ロッドは、引っ張り力又は圧縮力のみを伝達するように配置されている。

ターボジェットは、上流において中間ケーシングのハブに接続され且つ下流において後側留め具又は直接マストに接続された、推力を伝達する２つの連結アームを備える。

排気ケーシングに対する後側留め具は、弾力性のあるタイプからなり、特に、弾力性のある留め具は、垂直方向力を伝達する２つの取り付け具と、横方向力を伝達する取り付け具とを備える。

あるいは、排気ケーシングに対する後側留め具は、弾力性のないタイプからなり、特に、スイベルリンクを介して取り付けられた少なくとも２つの連結ロッドによって排気ケーシングの外側シュラウドに接続された横梁を備える。

特定の実施形態によれば、支柱アセンブリは、中間ケーシングの外側シュラウドに３点で取り付けられた３つの固定アームの組を上流において備える。固定アームは、スイベルリンクを介して、中間ケーシングの外側シュラウドに取り付けられてもよい。

本発明は、より詳細にここに記述されるであろう。記述された実施形態は、限定されるものではなく、それらは、添付された図面を参照して記述される。

本発明に係るマストから懸架されたターボジェットを概略的に斜視図で示している。 主軸上の力の分配をともなってエンジンを示している。 中間ケーシングの外側シュラウド上の支柱アセンブリの上流側の留め具を前方において等尺斜視でみたときの詳細を示している。 支柱アセンブリとシュラウドとの間の接続平面の軸方向部分を示している。 マストとしての支柱アセンブリと排気ケーシングとの間の弾力性のある留め具の略図を示している。 マストとしての支柱アセンブリと排気ケーシングとの間の弾力性のない留め具の略図を示している。 中間ケーシングのシュラウドに対する留め具の変形実施形態を示している。

図１及び図２においてみられるように、ターボジェット１は、そのケーシング２が示されているフロントターボファンを有するタイプのものであり、その下流に中間ケーシング３がある。空気吸入に対応する上流端部は、図に関して左側にある。

下流において、圧縮部のケーシング４がある。この部分は、環状タイプの燃焼チャンバ５と通じている。タービン段７は、燃焼チャンバの下流に配置されている。中間ケーシングのようにそれ自体が知られている構造部品である排気ケーシング８を有するエンジンの端部は、ベアリング、外側シュラウド、及び、ハブと外側シュラウドとの間の力を伝達する放射アームを支持するハブを備える。

力及びモーメントの軸及び成分が方向付けられることに関連する座標系は、エンジンの軸ＸＸに平行な軸Ｏｘを備え、軸ＸＸは、水平であり且つ上流から下流に向けられると想定される。軸Ｏｚは、縦軸であり、軸Ｏｙは、横軸である。

エンジンは、知られているように、マスト９を用いて、航空機の構造体（翼又は機体）に取り付けられる。マスト９の一般的な形状は、堅い平行六面体の支柱アセンブリの形状である。それは、エンジンと構造体との間の全ての力を伝達する。

エンジンに取り付けてエンジンとマストとの間の力を伝達する全ての部品又は部材である懸架部は、中間ケーシング３の外側シュラウドとマスト９との間の前側留め具１０と、排気ケーシング８の外側シュラウドとマストとの間の後側留め具１１と、推力を受ける又は伝達する２つの連結アーム１２とを備える。

本発明によれば、上流側の留め具１０は、方向Ｏｘにおける力Ｆｘ、方向Ｏｙにおける力Ｆｙ、方向Ｏｚにおける力Ｆｚ、及び、方向ＯｘまわりのモーメントＭｘの少なくとも一部を受けるように配置されている。

後側留め具１１は、方向Ｏｙにおける力Ｆｙ、方向Ｏｚにおける力Ｆｚ、及び、軸方向モーメントＭｘの一部を受けるように配置されている。

推力を受ける連結アーム１２は、方向Ｏｘにおける力Ｆｘの一部を受けるように配置されている。それらは、上流において、エンジンの軸ＸＸを通過する垂直平面（Ｏｘ、Ｏｚ）の各側における中間ケーシングのハブ３１に取り付けられており、下流において、マストとしての支柱アセンブリ９に直接取り付けられている。それらはまた、必要に応じて棒体を介して、排気ケーシングをマストに接続する後側留め梁にも取り付けられている。

したがって、懸架部は、中間ケーシングの外側シュラウド３２を通る通路を有する中間ケーシングの周囲に主力経路を有する。

図３及び図４は、主機能が軸方向力を受けることである上流側の留め具１０の例を示している。支柱アセンブリ９の上流端部は、平面（Ｏｘ、Ｏｙ）において、中間ケーシング３の外側シュラウド３２に固定された基材３２ａ上に置かれている板材９０を備える。板材及び基材は、せん断ピン３５によって軸Ｏｚ上を横切っている。せん断ピンの機能は、シュラウド３２と支柱アセンブリ９との間の軸方向力の伝達手段を形成することである。この場合、ボルト３６は、基材３２ａに対して堅く板材を保持し、垂直方向力の一部を受ける。推力がシュラウド３２を介して伝達されることから、シュラウド３２は、例えばボルト留めされた円弧状の梁によって適切に補強される。エンジンの軸上の推力に由来する軸方向力は、中間ケーシングの堅い放射アーム３４を介してマスト９に移動される。

中間ケーシング３が、ロータの同軸シャフトを支持する前側ベアリングが内部に搭載されているハブ３１を有するエンジンの構造部品であることに留意されたい。例えば、フロントファンと低圧及び高圧ロータ用の２つの同軸シャフトとを有するツインスプールエンジンにおいて、ハブは、エンジンの３つの前側ベアリングを含む。外側シュラウド３２は、一部が構造物からなる放射アームによってハブに接続されており、ハブ及び外側シュラウドという２つの部品間の力を伝達するように配置されている。１２時方向における上の放射アーム３４ｓは、支柱アセンブリ９の留め具の位置で、ハブと外側シュラウドとの間の推力を永久に伝達するように設計されている。

せん断ピン以外の解決策もまた可能である。

横方向力は、二重スイベル連結ロッドのシステムによって受けられる。１つの実施形態によれば、その点が嵌合によって中間ケーシングの外側シュラウド３２に取り付けられているＶ字状の２つの連結ロッド９１、９２がある。留め具は、連結アームの軸における力のみを伝達するように、それ自体が知られているスイベルリンクからなる。連結ロッドによって形成されるＶ字は、エンジンの軸に垂直な垂直平面に含まれる。したがって、Ｖ字状の連結ロッドの各対は、エンジン軸の方向における力を受けない。

後側留め具１１を参照すると、２つの変形が可能である。

図５において示される第１の実施形態によれば、後側留め具は、垂直方向力を受ける２つの取り付け具１１２、１１１を有する弾力性のあるタイプ１１０からなる。２つの取り付け具は、垂直平面の各側の軸に関して横断する平面内に配置されており、垂直平面は、この軸を通過する。取り付け具は、図示されていない支柱アセンブリに接続されたエラストマー部１１２ａ、１１１ａと、スイベルタイプの留め具を介して排気ケーシング８の外側シュラウド８２に接続された連結アーム１１２ｂ、１１１ｂとを備える。剛性が制御された取り付け具は、エラストマー又は弾力性のある他の合成材料からなる。

軸ＸＸまわりのモーメントＭｘの一部を受けるために、第３の取り付け具１１３が、接線リンクをともなって最初の２つの間に配置されている。

図６において示される他の実施形態によれば、留め具１１４は、スイベルリンクを介して、排気ケーシング８の外側シュラウド８２と、軸ＸＸに関して横断して支柱アセンブリ９に堅く取り付けられている梁１１７との間に取り付けられた、２つの横方向連結ロッド１１５、１１６を有する剛体である。モーメントＭｘの一部を受けるために、シュラウド８２と梁１１７との間に第３の連結ロッド１１８が接線方向に取り付けられている。

図７において示される変形例によれば、支柱アセンブリ１９は、３つの上流構造枝材１９ａ、１９ｂ、１９ｃを備える。各枝材の端部は、図３において示されるもののようなリンクによって中間ケーシングの外側シュラウドに接続されている。

１ ターボジェット
２ ケーシング
３ 中間ケーシング
４ 圧縮部のケーシング
５ 燃焼チャンバ
７ タービン段
８ 排気ケーシング
９ マスト（支柱アセンブリ）
１０ 前側留め具
１１、１１０、１１４ 後側留め具
１２、１１１ｂ、１１２ｂ 連結アーム
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ 上流構造枝材
３１ ハブ
３２ 中間ケーシングの外側シュラウド
３２ａ 基材
３４、３４ｓ 放射アーム
３５ せん断ピン
３６ ボルト
８２ 排気ケーシングの外側シュラウド
９０ 板材
９１、９２、１１５、１１６、１１８ 連結ロッド
１１１、１１２、１１３ 取り付け具
１１１ａ、１１２ａ エラストマー部
１１７ 梁
Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ 力
Ｍｘ モーメント
Ｏｘ、Ｏｙ、Ｏｚ 軸
ＸＸ エンジン軸

Claims (14)

1. フロントファンケーシングと、
   放射アームによって互いに接続された外側シュラウド及びハブを有する、ファンケーシングの下流の中間ケーシングと、
   外側シュラウドを有する排気ケーシングとを備えており、これら２つのケーシングが、１つの同一軸ＸＸ上に整列されている、航空機マストから懸架されたターボジェットであって、
   マストが、細長状の構造支柱アセンブリからなり、
   前記支柱アセンブリが、上流において、軸方向力及び横方向力の伝達手段を備える前側留め具によって中間ケーシングの外側シュラウドに堅く取り付けられており、下流において、後側留め具によって前記排気ケーシングに取り付けられており、支柱アセンブリの前側留め具は、軸ＸＸに平行な軸方向力、軸方向に垂直な垂直方向力、並びに、軸方向及び垂直方向の両方に垂直な横方向力を受けると共に、軸方向のまわりのモーメントを受け、
   前側留め具が、中間ケーシングの外側シュラウドに固定された基材上に置かれた、軸方向及び横方向によって規定される平面にある横方向の板材と、垂直方向に延びて板材及び基材を横切るせん断ピンと、Ｖ字状をなす一対の連結ロッドとを含んでおり、各連結ロッドの第１の端部が、中間ケーシングの外側シュラウドに留め具によって取り付けられて、Ｖ字の頂点を呈する、前記ターボジェット。
2. 支柱アセンブリに固定される前記板材が、中間ケーシングの外側シュラウドにボルト留めされている、請求項１に記載のターボジェット。
3. 一対の連結ロッドが、引っ張り力又は圧縮力のみを伝達するように配置されている、請求項１に記載のターボジェット。
4. 支柱アセンブリが、中間ケーシングの外側シュラウドに３点で取り付けられた３つの固定アームの組を上流において備える、請求項１に記載の航空機マストから懸架されたターボジェット。
5. 固定アームが、スイベルリンクを介して、中間ケーシングの外側シュラウドに取り付けられている、請求項４に記載の航空機マストから懸架されたターボジェット。
6. 上流において中間ケーシングのハブに接続され且つ下流において後側留め具に接続された、推力を伝達する２つの連結アームをさらに備える、請求項１に記載の航空機マストから懸架されたターボジェット。
7. 上流において中間ケーシングのハブに接続され且つ下流においてマストに接続された、推力を伝達する２つの連結アームをさらに備える、請求項１に記載の航空機マストから懸架されたターボジェット。
8. 排気ケーシングに対する後側留め具は、弾力性を有している、請求項１に記載の航空機マストから懸架されたターボジェット。
9. 弾力性のある留め具が、垂直方向力を伝達する２つの取り付け具を備える、請求項８に記載の航空機マストから懸架されたターボジェット。
10. 弾力性のある留め具が、横方向力を伝達する取り付け具を備える、請求項９に記載の航空機マストから懸架されたターボジェット。
11. 排気ケーシングに対する後側留め具は、弾力性を有していない、請求項１に記載の航空機マストから懸架されたターボジェット。
12. 排気ケーシングに対する後側留め具が、スイベルリンクを介して取り付けられた少なくとも２つの連結ロッドによって排気ケーシングの外側シュラウドに接続された横梁を備える、請求項１１に記載の航空機マストから懸架されたターボジェット。
13. 中間ケーシングの外側シュラウドが、ボルト留めされた円弧状の梁によって補強されている、請求項１に記載の航空機マストから懸架されたターボジェット。
14. 一対の連結ロッドが、垂直方向及び横方向によって規定される垂直平面内に含まれている、請求項１に記載の航空機マストから懸架されたターボジェット。

Images