JP5405083B2 - ガスタービンエンジン逆スラスト装置用のバッフルシール - Google Patents

Description

本発明は、総括的にガスタービンエンジン逆スラスト装置に関し、より具体的には、ガスタービンエンジン逆スラスト装置用の空気シールに関する。

ガスタービンエンジンは、直列流れ関係で高圧圧縮機、燃焼器及び高圧タービンを有するターボ機械コアを含む。コアは、推進ガスの一次流を発生するように公知の方法で作動可能である。典型的なターボファンエンジンでは、コア排気ガスによって駆動される低圧タービンを付加し、この低圧タービンが次に、シャフトを通してファンを駆動して推進ガスのバイパス流を発生する。高バイパスエンジンのケースには、このバイパス流が、総エンジン推力（スラスト）の大部分を構成する。

航空機用ターボファンエンジンは一般的に、着陸減速のために逆スラスト装置を使用する。公知の設計には、「ターゲット」式逆スラスト装置、遮断ドア式逆スラスト装置、及びカスケードすなわち「ドアなし」式逆スラスト装置が含まれる。逆スラスト装置は、エンジンの一次流又はバイパス流、或いはその両方を形成することができる。各逆スラスト装置のタイプは、１つ又はそれ以上の構成要素を含み、それら構成要素は、エンジンスラストに影響を与えない格納位置から、エンジンスラストの幾らかの部分を前方に方向転換又は配向して航空機を減速するようにする展開位置まで選択的に移動可能である。

逆スラスト装置の構成要素は、比較的大型であり、作動中に空気負荷、振動、温度勾配及びその他の可変負荷を受ける。従って、ギャップ及び公差を如何に小さくすることができるかには限界があり、バイパスダクトから二次流路（すなわち、逆スラスト装置の内部）への幾らかのファンバイパス流の漏洩が発生する。これによって、バイパスダクト内には混合圧力損失を生じ、これが正味スラスト力を減少させ、従って望ましくないことに燃料消費率（ＳＦＣ）を増加させる。
米国特許第６，５９２，０７４号公報 米国特許第６，０２６，６３８号公報 米国特許第５，９３４，６１３号公報 米国特許第５，９２７，６４７号公報 米国特許第５，３１５，８２１号公報 米国特許第５，２５１，４３５号公報 米国特許第５，２４３，８１７号公報 米国特許第５，０４６，３０７号公報 米国特許第４，５３３，０９８号公報 米国特許第４，４３７，６２７号公報 米国特許第４，０３０，２９１号公報 米国特許第４，０２６，１０５号公報

従来技術のこれらの及びその他の欠点は、本発明によって解決され、本発明は、不要な空気流の漏洩を減少させ、従ってエンジンのＳＦＣを向上させる逆スラスト装置シールを提供する。

１つの態様によると、本発明は、ガスタービンエンジンの逆スラスト装置用のバッフルシールを提供し、本バッフルシールは、弾性材料のシール本体を含む。シール本体は、対向する前面及び背面を有する比較的平坦な中央部分と、中央部分の周りで少なくとも部分的に延びる隆起シーリングリムとを有する。シーリングリムの外周部は、中央部分の外周部を越えて延びて露出シール表面を形成するようになる。

本発明の別の態様によると、ガスタービンエンジン逆スラスト装置用のトランスカウル組立体を提供し、本トランスカウル組立体は、（ａ）側面を有する長手方向に延びる構造ビームと、（ｂ）該側面に隣接して配置された端部を有しかつ格納及び展開位置間で構造ビームに沿って前方及び後方に移動可能である弓形トランスカウルセグメントとを含む。トランスカウルセグメントは、（ｉ）外側パネルと、（ｉｉ）内側パネルと、（ｉｉｉ）外側及び内側パネル間に配置された弓形断面バッフルとを含む。弾性バッフルシールが、構造ビームによって支持される。バッフルシールは、バッフルの内面とシール接触状態で係合して、該バッフルと構造ビームとの間の空気の漏洩に抗するように配置される。

本発明は、添付図面の図と共に以下の説明を参照することによって、最もよく理解することができる。

様々な図を通して同じ参照符号が同様の要素を示す図面を参照すると、図１は、航空機用ターボファンエンジン１０を示している。エンジン１０は、長手方向軸線「Ａ」を有する。エンジン１０は、ナセル１２及びケーシングすなわちコアナセル１４内に囲まれ、ケーシングすなわちコアナセル１４は、バイパスダクト１８の内側流路１６を形成する。ファンナセル２０は、コアナセル１４と協働してバイパスダクト１８の外側流路２２を形成する。

図示していないが、ナセル１２は、まとめて「低圧システム」と呼ばれるファン、低圧圧縮機すなわち「ブースタ」、及び低圧タービン（「ＬＰＴ」）と、まとめて「ガス発生器」又は「コア」と呼ばれる高圧圧縮機（「ＨＰＣ」）、燃焼器、及び高圧タービン（「ＨＰＴ」）とを含む従来型の構成要素を囲むことを理解されたい。高圧及び低圧システムは共に、公知の方法で、一次すなわちコア流並びにファンすなわちバイパス流を発生するように作動可能である。本発明は、高バイパスターボファンエンジンに関連して説明しかつ図示している。しかしながら、本明細書に記載した原理は、低バイパスエンジン用の逆スラスト装置、タービンリ逆スラスト装置、又はターボジェットエンジンにも同様に適用可能である。

エンジン１０は、「トランスカウル」２６と呼ばれる１対の対向するほぼ半円形カウリングを有するタイプの逆スラスト装置２４を含む。この図示した実施例では、逆スラスト装置は、「左側」及び「右側」トランスカウルを含む。図１には、左側トランスカウル２６のみを示しており、右側トランスカウル２６は、左側トランスカウルのほぼ鏡像であることを理解されたい。本発明は、異なる配向（例えば、上部及び下部）で配置したトランスカウル、又は単一の大型トランスカウルを用いることができるその他の構成にも同様に適用可能である。トランスカウル２６は、その終端部において、それぞれ間隔を置いて配置した上部及び下部ビーム２８及び３０によってレール又はトラック３２を介して支持されて、トランスカウル２６が公知のタイプのアクチュエータ（図示せず）によって駆動された状態で、軸線Ａにほぼ平行な方向に前方及び後方に平行移動することができるようになる。従来技術の逆スラスト装置と同様に、逆スラスト装置の半部分は、検査又は保守のために長手方向軸線の周りで旋回させて開放することができるように取り付けることができる。従って上部ビーム２８はまた、「ヒンジビーム」と呼ぶことができ、また下部ビーム３０は、「ラッチビーム」と呼ぶことができる。

図２は、そのトランスカウル２６を除去して逆スラスト装置２４の内部構成要素を露出した状態にしたエンジン１０を示す。ここで、半円形トルクボックス３４が、上部及び下部ビーム２８及び３０を支持している。逆転ベーン３８を内蔵したカスケードボックス３６の半円形組立体は、上部ビーム２８から下部ビーム３０まで延び、かつ該上部及び下部ビーム２８及び３０並びにトルクボックス３４に構造的に取付けられる。鏡像になったトルクボックス及びカスケードボックス（図示せず）は、エンジン１０の対向する側面上に支持される。内側逆転フェアリング４０が、コアナセル１４と協働してバイパスダクト内側流路１６の一部を形成する。

図３は、最前方すなわち「格納」位置にある逆スラスト装置２４の断面図をより詳細に示している。トランスカウル２６は、外壁４２と、外側流路２２の一部を形成した内壁４４と、弓形断面を有する前向きバッフル４６とを含む。バッフル４６の半径方向内側端部は、トルクボックス３４の後端部に近接近した状態で重なった前方シール４８を支持する。

様々な理由で、前方シール４８を用いてトルクボックス３４とバッフル４６との間を完全にシールすることは実行不可能である。従って、開放漏洩経路が存在し、この漏洩経路より、空気は、バイパスダクト１８から前方シール４８を通り抜けてほぼ半径方向外向き方向にトルクボックス３４とバッフル４６との間の空間内に流れ、次に上部ビーム２８及び下部ビーム３０の周りを円周方向に流れ、次に長手方向後方にバイパスダクト１８内に戻るように流れることが可能になる。この漏洩経路を通るファン流の分流により、混合圧力損失が生じ、これがエンジン１０の正味スラスト力を低下させ、最終的にＳＦＣを増加させる。

この漏洩を減少させるか又は防止するために、前方から後方を見た（ＦＬＡ）図である図４に示すように、１つ又はそれ以上のバッフルシール５０が設けられる。それぞれバッフル４６の上部及び下部端部５４Ａ及び５４Ｂと整列させた状態で上部及び下部ビーム２８及び３０の側面５２Ａ及び５２Ｂに対して、上部及び下部バッフルシール５０Ａ及び５０Ｂが取付けられる。図４には、右側（すなわち、航空機右舷側）バッフルシール５０のみを示しているが、上部及び下部ビーム２８及び３０の左側（すなわち、航空機左舷）面上には別のバッフルシール５０の対が設置されることになることを理解される。

図５〜図７は、バッフルシール５０をより詳細に示している。図示した特定のバッフルシール５０は、上部右側ユニットであり、これは、下部左側ユニット（図示せず）と同一である。この実施例では、上部左側及び下部右側バッフルシール５０は、図示したバッフルシール５０の構成と鏡像の構成を有することになるが、その他の点ではバッフルシール５０は、バッフルシール５０の全てに対応している。

各バッフルシール５０は、任意選択的にバッキングプレート５８及びリテーナ６０を備えたシール本体５６を含む。シール本体５６は、平面図では、トルクボックス３４の形状に合わせた輪郭を有する弓形前方エッジ６２を備えたほぼ三角形である。シール本体５６は、特定の用途に応じて平面図でほぼ三角形とすることができるか又はむしろ「Ｄ」字形の多くを有することができる。シール本体５６は、対向する前面及び背面６６及び６８を備えた比較的平坦な中央部分６４を有する。シール本体５６の上部及び下部端縁部は、閉鎖壁７２によって形成された中空の管状シーリングリム７０に形成されており、このシーリングリムは、本ケースでは、端部が丸くなった細長い断面を有する。その他の断面形状も同様に使用することができる。例えば、管状ジオメトリではなくて、シーリングリム７０は、フランジすなわち「フラッパ」形状とすることができる。シーリングリム７０の外周部は、中央部分の外周部を越えて延びるシール表面７４を形成する。シーリングリム７０は、その近位端において湾曲セグメント７０Ｃによって連結された細長い脚部７０Ａ及び７０Ｂを備えたほぼＶ字型又はＣ字型である。取付けられると、脚部７０Ａ及び７０Ｂの遠位端は、逆スラスト装置２４の他の構成要素に対して当接させ、かつ室温加硫（ＲＴＶ）シリコーンのような封止剤で閉鎖することができる。シーリングリム７０内に少なくとも１つの通気開口７６を形成して、該通気開口７６が内部圧力を環境圧力と等しくするのを可能にする（例えば、飛行中に大気圧が変化した時に、又はトランスカウル２６の格納時にシーリングリム７０が圧縮された時に）。シール本体５６の周辺部の一部分は、中央部分６４から外向きに延びてエッジビード７８を形成する。

シール本体５６は、シリコーンゴムのような弾性材料から形成される。バッフルシール５０の外面は、可撓性の耐摩耗性材料で覆って摩擦による損傷を回避することができる。適当な材料の１つの実施例は、ＤＡＣＲＯＮポリエステル織物である。

バッキングプレート５８は、アルミニウムシートのような比較的剛性のある材料で作られる。バッキングプレート５８は、平面図では、弓形前方エッジを備えたほぼ三角形であり、かつバッフルシール５０のエッジビード７８を受ける働きをする、その周辺部（又は、その一部）の周りに形成された湾曲リップ８０を有する。

リテーナ６０もまた、アルミニウムシートのような比較的剛性のある材料で作られる。リテーナ６０は、平面図では、弓形前方エッジを備えたほぼ三角形である。リテーナ６０は、その上部及び下部端縁部に沿って形成されたフランジ８２を有し、フランジ８２は、中央部分６４とシーリングリム７０との間の接合部近くにおいてバッフルシール５０の内面に当接する。

この図示した実施例では、バッフルシール５０は、リテーナ６０、バッフルシール５０、バッキングプレート５８及び上部ビーム２８を貫通して延びるリベット８４で上部ビーム２８に固定される。しかしながら、バッフルシール５０は、他のタイプの締結具（例えば、ボルト、小ねじなど）で、或いは溶接又は接着のような方法によって取付けることができる。バッキングプレート５８は、シール本体５６の外周部を上部ビーム２８に当接させて拘束して「へこみ」又は湾曲を防止する。シール本体５６はさらに、リテーナによって所望の形状に拘束され、それによってシール表面７４を所定の位置に押圧すると同時に、金属リベット８４の荷重を拡散させてシール本体５６を断裂させないで適所に保持する。

図５及び図６に示すように、トランスカウル２６が格納されている時には、バッフル４６の内面８６は、バッフルシール５０と係合する。格納又は展開される時にトランスカウル２６は矢印「Ｔ」の方向に移動するので、バッフルシール５０との相互作用は、摺動及び圧縮の組合せである。これが、バッフルシール５０の存在により作動装置にかかるあらゆる荷重を最小にする。

作動中に、バイパスダクト１８内の流れは、初期には従来技術の逆スラスト装置の場合と同等に前方シール４８を通過して漏洩する傾向になり、かつ漏洩経路内で円周方向に流れることになる。しかしながら、空気は、バッフルシール５０によって遮断されるか、或いは漏洩経路から流出するのを実質的に防止される。これは、漏洩経路とバイパスダクト１８との間で圧力を等しくする傾向にある。流れを漏洩経路内に送り込む大きな圧力差がない状態では、さらなる漏洩が大幅に減少する。この漏洩の減少により、一部の用途では、ＳＦＣを約０．０５％ほど向上させることができると推定される。

以上、ガスタービンエンジン逆スラスト装置用のバッフルシールについて説明した。本発明の特定の実施形態を説明してきたが、本発明の技術思想及び技術的範囲から逸脱することなくそれら実施形態に対して様々な修正を加えることができることは当業者には明らかであろう。従って、本発明の好ましい実施形態及び本発明を実施するための最良の形態についての前述の説明は、例示のみを目的として示しており、限定を目的とするものではなく、本発明は、特許請求の範囲によって定まる。

本発明の態様により構成した逆スラスト装置を組み込んだガスタービンエンジンの概略側面図。 そのトランスカウルを除去して逆スラスト装置の内部構成要素を示した状態にした、図１のガスタービンエンジンの概略側面図。 図１に示すガスタービンエンジンの後方部分の概略断面図。 図３の線４−４に沿って取った半部分断面図。 逆スラスト装置のバッフルシールの斜視図。 図５のバッフルシールの正面図。 図５のバッフルシールの側面図。

符号の説明

１０ ターボファンエンジン
１２ ナセル
１４ コアナセル
１６ 内側流路
１８ バイパスダクト
２０ ファンナセル
２２ 外側流路
２４ 逆スラスト装置
２６ トランスカウル
２８ 上部ビーム
３０ 下部ビーム
３２ トラック
３４ 半円形トルクボックス
３６ カスケードボックス
３８ 逆転ベーン
４０ 内側逆転フェアリング
４２ 外壁
４４ 内壁
４６ 前向きバッフル
４８ 前方シール
５０ バッフルシール
５０Ａ 上部バッフルシール
５０Ｂ 下部バッフルシール
５２Ａ、５２Ｂ 側面
５４Ａ 上部端部
５４Ｂ 下部端部
５６ シール本体
５８ バッキングプレート
６０ リテーナ
６２ 弓形前方エッジ
６４ 中央部分
６６ 前面
６８ 背面
７０ シーリングリム
７０Ａ、７０Ｂ 脚部
７０Ｃ 湾曲セグメント
７２ 閉鎖壁
７４ シール表面
７６ 通気開口
７８ エッジビード
８０ 湾曲リップ
８２ フランジ
８４ リベット
８６ リテーナ
Ａ 長手方向軸線

Claims (7)

1. ガスタービンエンジン逆スラスト装置（２４）用のトランスカウル組立体であって、
   （ａ）第１の側面を有する第１の長手方向に延びる構造ビーム（２８）と、
   （ｂ）前記第１の側面に隣接して配置された第１の端部を有しかつ格納及び展開位置間で前記第１の構造ビーム（２８）に沿って前方及び後方に移動可能である弓形トランスカウルセグメントと、
   （ｄ）前記第１の構造ビーム（２８）によって支持された第１の弾性バッフルシール（５０）と、を含み、
   前記トランスカウルセグメントが、
   （ｉ）外壁（４２）と、
   （ｉｉ）内壁（４４）と、
   （ｉｉｉ）前記内壁及び外壁間に配置された弓形断面バッフル（４６）と、を含み、
   前記第１のバッフルシール（５０）が、弾性材料のシール本体（５６）を含み、
   前記シール本体が、
   対向する前面及び背面を有する比較的平坦な中央部分（６４）と、
   前記中央部分（６４）の周りで少なくとも部分的に延びる隆起シーリングリム（７０）と、を含み、
   前記シーリングリム（７０）の外周部が、前記中央部分（６４）の外周部を越えて延びて露出シール表面（７４）を形成するようになっており、
   前記第１のバッフルシール（５０）が、前記バッフル（４６）の内面とシール接触状態で係合して、該バッフル（４６）と前記第１の構造ビーム（２８）との間の空気の漏洩に抗するように配置される
   ことを特徴とする、トランスカウル組立体。
2. 前記シーリングリム（７０）が、その近位端において湾曲セグメントによって連結された状態で延びる１対の分岐脚部を含む、請求項１記載のトランスカウル組立体。
3. 耐摩耗性カバーが、少なくともシール表面（７４）上に配置される、請求項１又は２に記載のトランスカウル組立体。
4. （ａ）第２の側面を有しかつ該第２の側面に隣接して前記トランスカウルセグメントの第２の端部が配置された第２の長手方向に延びる構造ビーム（３０）と、
   （ｂ）前記第２の構造ビーム（３０）によって支持された第２の弾性バッフルシール（５０）と、をさらに含み、
   前記第２のバッフルシール（５０）が、前記バッフル（４６）の内面とシール接触状態で係合して、該バッフル（４６）と前記第２の構造ビーム（３０）との間の空気の漏洩に抗するように配置される、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載のトランスカウル組立体。
5. エッジビードが、前記シール本体（５６）の中央部分（６４）から外向きに延びる、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のトランスカウル組立体。
6. 前記シール本体（５６）の背面に当接して配置されかつ前記エッジビードに係合する湾曲リップを備えた比較的剛性のあるバッキングプレートをさらに含む、請求項５記載のトランスカウル組立体。
7. 前記中央部分（６４）の前面に当接して配置された比較的剛性のあるリテーナをさらに含み、
   前記リテーナが、前記シーリングリム（７０）に当接する少なくとも１つの隆起フランジを含む、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載のトランスカウル組立体。