JP5572285B2 - ターボファンエンジンカウルアセンブリおよびスラストリバーサアセンブリ - Google Patents

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のできるスラストリバーサアセンブリに関する。

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

空気流がスラストリバーサアセンブリを通して排気され、ファンアセンブリがピーク効率で動作すると、望ましくない燃料燃焼が増加する結果となる。

一態様において、ターボファンエンジンアセンブリ用のスラストリバーサ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一部分の間に画定された領域を有するファンノズル管路と、該ナセルの一部分内に配置されたスラストリバーサアセンブリとを含む。該スラストリバーサアセンブリは、第１カウルと、該ファンノズル管路の該領域を変化させるために該第１カウルに対して再配置可能な第２カウルと、該第２カウルに連結されて、空気流が第１カウルと第２カウルの間に画定された空洞を通って流れるのを選択的に防いでエンジン効率を向上させる、少なくとも１つの流れ案内部材とを含む。

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、スラストリバーサアセンブリとを含む。該スラストリバーサアセンブリは、第１カウルと、該ファンノズル管路の該領域を変化させるために該第１カウルに対して再配置可能な第２カウルと、該第２カウルに連結されて、空気流が該第１カウルと該第２カウルの間に画定された空洞を通って流れるのを選択的に防いでエンジン効率を向上させる、少なくとも１つの流れ案内部材とを含む。

またここでは、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一部分の間に画定された領域を有するファンノズル管路と、該ナセルの一部分を画定する、第１カウルおよび該第１カウルに対して再配置可能な第２カウルと、該第２カウルに取り囲まれるスラストリバーサアセンブリとを含む。該方法は、ファンアセンブリの運転速度を第１運転速度から第２運転速度へ変更する。該方法はさらに、該ファンノズル管路の該領域を変化させるために該第２カウルを第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。該方法はさらに、該第２カウルを該第２運転位置と第３運転位置の間に選択的に配置して、該ファンノズル管路と該スラストリバーサアセンブリを通って流れる空気の量を変化させ、そこで該第２運転位置は、空気流が該スラストリバーサアセンブリを通って流れるのを実質的に防いでターボファンエンジンの効率を向上させ、また第３運転位置は、該スラストリバーサアセンブリを通して空気流を案内する。

図１は、例示的なスラストリバーサアセンブリ１００を含む例示的なターボファンエンジンアセンブリ１０の側面図である。例示的実施形態において、スラストリバーサアセンブリ１００は固定翼列スラストリバーサであり、以下でより詳細に述べる。さらに、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。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。

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にあるスラストリバーサアセンブリ１００の部分側断面図である。図３は、第２運転位置１３２にあるスラストリバーサアセンブリ１００の部分側断面図である。図４は、第３運転位置１３４にあるスラストリバーサアセンブリ１００の部分側断面図である。例示的実施形態において、スラストリバーサアセンブリ１００は、ナセル２４の一部分を画定する環状後部カウル１０２を含む。例示的実施形態において、後部カウル１０２は固定前部カウル１０４に移動可能に連結される。

例示的実施形態において、スラストリバーサアセンブリ１００はまた、後部カウル１０２に連結されて、前部カウル１０４に対して略軸方向に後部カウル１０２を選択的に平行移動させるアクチュエータアセンブリ１１０を含んでおり、ファンノズル管路２６とスラストリバーサアセンブリ１００を通って流れる空気の量を変化させる。例示的実施形態において、アクチュエータアセンブリ１１０はナセル２４によって画定された領域の一部分内に配置される。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、複数の延長ロッド１１４とを含み、このロッドは、これに限定されないがボールねじであってよい。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、さらに後部カウル１０２に連結されて、励磁モータ１１２が後部カウル１０２を、モータ１１２の励磁によって引き起こされる回転に応じて前部方向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、後部カウル１０２を、後部カウル１０２が前部カウル１０４から完全に後退している第１運転位置すなわち収容位置１３０から、後部カウル１０２が前部カウル１０４から後方にある距離だけ離れた位置に平行移動される第２運転位置１３２に動かす。第１運転位置すなわち収容位置１３０では、ファンノズル管路２６は、コアカウル２２の半径方向外面１５と後部カウル１０２の間に画定された第１ファンノズル管路領域２００を有する。第２運転位置１３２では、ファンノズル管路２６は、コアカウル２２の半径方向外面１５と後部カウル１０２の間に画定された第２ファンノズル管路領域２０２を有する。例示的実施形態において、第２ファンノズル管路領域２０２は第１ファンノズル管路領域２００よりも小さい。アクチュエータアセンブリ１１０の動作はまた、モータ１１２の励磁に応じて、後部カウル１０２を第２運転位置１３２から第３運転位置１３４へ平行移動させるか、または第１運転位置１３０へ戻すことを可能にする。第３運転位置１３４では、後部カウル１０２が前部カウル１０４から完全に延在している。第３運転位置１３４では、ファンノズル管路２６はコアカウル２２の半径方向外面１５と後部カウル１０２の間に画定された第３ファンノズル管路領域２０４を有する。例示的実施形態において、第３ファンノズル管路領域２０４は第１および第２管路領域２００および２０２よりも小さい。

例示的実施形態において、スラストリバーサアセンブリ１００はまた、後部および前部カウル１０２および１０４の間、またはそれらの接合点に配置され、ここでは翼列ボックスと呼ばれる複数の翼列回転翼１４０を含む。そして、翼列ボックス１４０は、第３運転位置１３４にあるファンノズル管路２６を通って導かれる空気流２８の第２部分３８と流れ接続して選択的に配置される。

例示的実施形態において、後部カウル１０２は、半径方向外側パネル１５０と、半径方向外側パネル１５０に連結される半径方向内側パネル１５２を含む。例示的実施形態において、空洞１５６は外側および内側パネル１５０および１５２それぞれの間に画定される。空洞１５６は、後部カウル１０２が第１運転位置１３０にあるとき、その中に翼列ボックス１４０を収容するような大きさである。

例示的実施形態において、流れ案内部材１３３は重ね継手（図示せず）で内側パネル１５２の上流端部１３１に連結される。より詳細には、流れ案内部材１３３は上流端部１３１の上流にある距離だけ延在している。代替的実施形態において、流れ案内部材１３３は後部カウル１０２と一体的に形成される。流れ案内部材１３３は、流れ案内部材１３３の前縁側から延在するシール部材１３５を含む。第２流れ案内部材１３７は、外側パネル１５０の上流端部１４１から上流に延在する。例示的実施形態において、第２流れ案内部材１３７はシール部材１３５と同様のシール部材を含む。代替的実施形態において、後部カウル１０２は第２流れ案内部材１３７を含んでいない。別の代替的実施形態において、後部カウル１０２は流れ案内部材１３３または流れ案内部材１３７のどちらかを含む。代替的実施形態において、後部および前部カウル１０２および１０４の少なくとも１つは少なくとも１つの防音パネル（図示せず）を含み、防音パネルが音響エネルギーを吸収することによって、運転中のエンジン騒音の低減を促進する。

航空機の運転中、パイロットまたはオペレーターは、後部カウル１０２を第１、第２または第３運転位置１３０、１３２および１３４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、航空機が離陸モードまたは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）、後部カウル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、後部カウル１０２は前部カウル１０４から完全に後退していて、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でファンノズル管路２６を出る。

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、後部カウル１０２を第１運転位置１３０から後部方向１２２に軸方向に平行移動させながら、同時にファン管路領域を減少させることによって、任意的に第２運転位置（すなわち、運転の中間モード）１３２を選択することができる。特に、第１ファンノズル管路領域２００が第２ファンノズル管路領域２０２に減少され、その結果、ファンノズル管路２６を通って流れる空気流２８の量が減少されることにより、ファンの出口圧力が上昇するため、ファンアセンブリ１６の効率が向上する。後部カウル１０２が前部カウル１０４から部分的に延在するとともに、ファンノズル管路領域は第１ファンノズル管路領域２００から第２ファンノズル管路領域２０２へ減少されるが、空気流２８の第２部分３８は翼列ボックス１４０を通して導かれることはない。特に、流れ案内部材１３３および１３７は、実質的に空気流２８の第２部分３８が翼列ボックス１４０から入るのを防ぐ。各流れ案内部材１３３および１３７は、通常、後部カウル１０２の内側および外側パネル１５２および１５０それぞれを延長させて、空気が第２運転位置１３２にある翼列ボックス１４０に入るのを防ぐ。空力的損失による圧力降下を最小限にするために、流れ案内部材１３３および１３７は空気が翼列ボックス１４０を通って流れるのを防ぐとともに、スラストリバーサアセンブリ１００の展開を防ぐ。後部カウルが第２運転（すなわち、部分的に後退した）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。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。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。ファンノズルを変化させること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。流れ案内部材１３３および１３７を用いて、降下、着陸または他の低推力状態の間にエンジン効率を向上させることによって、エンジンは、ファンノズル管路領域が固定された他の既知のエンジンよりも、燃料燃焼が約１．０％優れている。

ファン効率を向上させることによって、騒音低減が向上する。特に、例示的実施形態において、同じ騒音レベルをなお維持しながら、ファン直径が２．２インチ減少する。代替的実施形態において、ファン直径は最大約３インチ減少させてもよい。

航空機の着陸後、オペレーターが逆推進を実行しようとする際、オペレーターは、同時にファン管路領域を減少させながら、後部カウル１０２を第１または第２運転位置１３０および１３２のどちらかから第３運転位置１３４へ移動させるように選択することができる。特に、例示的実施形態において、第２ファンノズル管路領域２０２は第３ノズル管路領域、すなわち実質的にゼロ領域２０４へ減少されて、ファン流を制限する。第３運転位置１３４では、管路領域２０４は、空気流２８が第２部分３８のすべてがファンノズル管路２６を通って導かれるのを防ぎ、ひいては空気流２８の第２部分３８の実質的にすべてを翼列ボックス１４０を通して導くことにより、逆推進を実行して航空機の減速を促進する。

この方法は、ファンアセンブリの運転速度を第１運転速度から第２運転速度へ変更する。該方法はさらに、ファンノズル管路の領域を変化させるために、第２カウルを第１運転位置と第２運転位置の間に選択的に配置して、第２運転速度におけるエンジン効率の向上を促進する。該方法はさらに、第２カウルを第２運転位置と第３運転位置の間に選択的に配置して、ファンノズル管路とスラストリバーサアセンブリを通って流れる空気の量を変化させ、そこで第２運転位置は、空気流がスラストリバーサアセンブリを通って流れるのを実質的に防いでターボファンエンジンの効率を向上させ、また第３運転位置は、スラストリバーサアセンブリを通して空気流を案内する。

ここでは、スラストリバーサアセンブリおよび軸方向に平行移動する後部カウルが説明されており、航空機用の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。ここで説明された流れ案内部材を備えた後部カウルは、ファンノズル管路領域を減少させながら、同時に流れ案内部材を用いて空気がスラストリバーサアセンブリを通って流れるのを防ぐことによって、非設計飛行状態の間のエンジン性能を向上させる。流れ案内部材は、スラストリバーサアセンブリに比較的低コストかつ軽量に改良を加えたものであって、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スラストリバーサ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。

例示的なスラストリバーサアセンブリを含む例示的な航空機ターボファンエンジンアセンブリの概略図である。 第１運転位置にある図１に示されたスラストリバーサ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および図２に示されたスラストリバーサアセンブリの部分側断面図である。 第３運転位置にある図１、図２および図３に示されたスラストリバーサ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 半径方向外面
１６ ファンアセンブリ
１７ 半径方向内面
２０ コアガスタービンエンジン
２２ 環状コアカウル
２３ 半径方向外面
２４ ファンナセル
２５ 半径方向内面
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 スラストリバーサアセンブリ
１０２ 後部カウル
１０４ 前部カウル
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運転位置すなわち収容位置
１３１ 上流端部
１３２ 第２運転位置
１３３ 第１流れ案内部材
１３４ 第３運転位置
１３５ シール部材
１３７ 第２流れ案内部材
１４０ 翼列回転翼または翼列ボックス
１４１ 上流端部
１５０ 半径方向外側パネル
１５２ 半径方向内側パネル
１５６ 空洞
２００ 第１ファンノズル管路領域
２０２ 第２ファンノズル管路領域
２０４ 第３ファンノズル管路領域

Claims (6)

1. ターボファンエンジンアセンブリ（１０）用のスラストリバーサアセンブリ（１００）であって、該エンジンアセンブリは、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（２０）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一部分の間に画定された領域を有するファンノズル管路（２６）と、該ナセルの一部分内に配置されたスラストリバーサアセンブリとを有しており、
   第１カウル（１０４）と、
   前記ファンノズル管路の該領域を変化させるために前記第１カウルに対して再配置可能な第２カウル（１０２）と、
   前記第２カウルに連結されて、空気流が前記第１カウルと前記第２カウルの間に画定された空洞（１５６）を通って流れるのを選択的に防ぐ、少なくとも１つの流れ案内部材（１３３、１３７）と
   からなり、
   前記第２カウル（１０２）が半径方向内側パネル（１５２）および半径方向外側パネル（１５０）を有し、前記少なくとも１つの流れ案内部材（１３３）が前記半径方向内側パネルから略軸方向の上流に配置されており、
   前記スラストリバーサアセンブリ（１００）は、さらに、前記ナセル（２４）の一部分内に配置され前記第２カウル（１０２）に連結されたアクチュエータアセンブリ（１１０）を有し、
   前記アクチュエータアセンブリが前記第２カウルを第１運転位置（１３０）、第２運転位置（１３２）および第３運転位置（１３４）の間に再配置するように構成されており、前記第２カウルが前記第１運転位置において前記第１カウル（１０４）とほぼ重複されて配置され、前記第１運転位置が最大推力でエンジン効率の最大化を促進する
   ことを特徴とする、前記スラストリバーサアセンブリ（１００）。
2. 前記第２カウル（１０２）が前記第２運転位置（１３２）において前記第１カウル（１０４）から第１の距離だけ離れて配置され、前記第２運転位置が最大推力未満でエンジン効率の最大化を促進する、請求項１に記載のスラストリバーサアセンブリ（１００）。
3. 前記流れ案内部材（１３３）が重ね継手で前記第２カウル（１０２）に連結され、空気が前記空洞（１５６）内に流れるのを防ぐように構成される、請求項１に記載のスラストリバーサアセンブリ（１００）。
4. 前記少なくとも１つの流れ案内部材（１３３）が前記第２カウル（１０２）と一体的に形成される、請求項１に記載のスラストリバーサアセンブリ（１００）。
5. 前記第１カウル（１０４）および前記第２カウル（１０２）の少なくとも１つが少なくとも１つの防音パネルを含み、前記少なくとも１つの防音パネルが音響エネルギーを吸収することによって、運転中のエンジン騒音の低減を促進する、請求項１に記載のスラストリバーサアセンブリ（１００）。
6. 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、
   スラストリバーサアセンブリ（１００）であって、
   第１カウル（１０４）と、
   前記ファンノズル管路の該領域を変化させるために前記第１カウルに対して再配置可能な第２カウル（１０２）と、
   前記第２カウルに連結されて、空気流が前記第１カウルと前記第２カウルの間に画定された空洞（１５６）を通って流れるのを選択的に防いでエンジン効率を向上させる、少なくとも１つの流れ案内部材（１３３、１３７）とを有する、前記スラストリバーサアセンブリ（１００）とからなり、
   前記第２カウル（１０２）が半径方向内側パネル（１５２）および半径方向外側パネル（１５０）を有し、前記少なくとも１つの流れ案内部材（１３３）が前記半径方向内側パネルから略軸方向の上流に配置されており、
   前記スラストリバーサアセンブリ（１００）は、さらに、前記ナセル（２４）の一部分内に配置され前記第２カウル（１０２）に連結されたアクチュエータアセンブリ（１１０）を有し、
   前記アクチュエータアセンブリが前記第２カウルを第１運転位置（１３０）、第２運転位置（１３２）および第３運転位置（１３４）の間に再配置するように構成されており、前記第２カウルが前記第１運転位置において前記第１カウル（１０４）とほぼ重複されて配置され、前記第１運転位置が最大推力でエンジン効率の最大化を促進する
   ことを特徴とする、ターボファンエンジンアセンブリ（１０）。
   

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