JP5647383B2 - ガスタービンエンジンアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、一般に、ガスタービンエンジンに関し、特に、ガスタービンエンジンアセンブリに関する。

少なくともいくつかの周知のガスタービンエンジンは、前方ファン、コアエンジン及び出力タービンを含む。コアエンジンは、少なくとも１つの圧縮機と、燃焼器と、高圧タービンと、低圧タービンとを含み、それらの構成要素は、互いに直列流れ関係で結合される。特に、圧縮機及び高圧タービンは、高圧回転子アセンブリを規定するように、軸を介して結合される。コアエンジンに流入した空気は、燃料と混合され、点火されて、高エネルギーガス流れを形成する。高エネルギーガス流れは高圧タービンを通って流れることにより、高圧タービンを回転自在に駆動する。その結果、軸が圧縮機を回転自在に駆動する。

ガス流れは、高圧タービンの前方に配置された低圧タービンを通って流れる間に膨張する。低圧タービンは駆動軸に結合されたファンを有する回転子アセンブリを含む。低圧タービンは駆動軸を介してファンを回転自在に駆動する。エンジン効率の向上を増進するために、少なくとも１つの周知のガスタービンエンジンは、二重反転ファン及びブースタ圧縮機に結合された二重反転低圧タービンを含む。

二重反転低圧タービンの支持を容易にするために、外側回転スプール、回転フレーム、タービン中央フレーム及び２つの同心軸がガスタービンエンジンの内部に設けられる。これらの構成要素を配置することにより、第１のファンアセンブリが第１のタービンと同一の回転方向に回転するように第１のファンアセンブリを第１のタービンに結合し、第２のファンアセンブリが第２のタービンと同一の回転方向に回転するように第２のファンアセンブリを第２のタービンに結合することも可能になる。従って、このようなエンジンの総重量は増加し、設計は複雑になり且つ／又は製造コストは増加する。
米国特許第６，７６３，６５４号公報 米国特許第６，７６３，６５３号公報 米国特許第６，７６３，６５２号公報 米国特許第６，７３９，１２０号公報 米国特許第６，７３２，５０２号公報 米国特許第６，７１１，８８７号公報 米国特許第６，６８４，６２６号公報 米国特許第６，６１９，０３０号公報 米国特許第５，８６７，９８０号公報 米国特許第５，８１３，２１４号公報 米国特許第５，８０９，７７２号公報 米国特許第５，８０６，３０３号公報 米国特許第５，０１０，７２９号公報

１つの面においては、タービンエンジンアセンブリが提供される。タービンエンジンアセンブリは、高圧圧縮機、燃焼器及びタービンを含むコアガスタービンエンジンと、排気がガスタービンエンジンの圧縮機の入口へ直接搬送されるように、コアガスタービンエンジンに結合された二重反転ファンアセンブリとを含む。

別の面においては、ガスタービンエンジンを組み立てる方法が提供される。方法は、高圧圧縮機、燃焼器及びタービンを含むコアガスタービンエンジンを提供することと、二重反転ファンアセンブリからの排気がガスタービンエンジンの圧縮機の入口へ直接搬送されるように、二重反転ファンアセンブリをコアガスタービンエンジンに結合することとを含む。

図１は、長手方向軸１１を有するタービンエンジンアセンブリ１０の一例の一部を示した横断面図である。本実施形態においては、タービンエンジンアセンブリ１０は、通常フレーム１３により規定されるコアガスタービンエンジン１２を含む。低圧タービン１４は、コアガスタービンエンジン１２の軸方向後方に結合され、二重反転ファンアセンブリ１６は、コアガスタービンエンジン１２の軸方向前方に結合される。

コアガスタービンエンジン１２は、環状コアエンジン入口２２を規定する外側ケーシング２０を含む。一実施形態においては、コアガスタービンエンジン１２は、オハイオ州シンシナティのGeneral Electric Aircraft Enginesより市販されているコアCFM56ガスタービンエンジンである。

高圧多段軸流圧縮機２６は、加圧空気をブースタ圧縮機に通過させることなく二重反転ファンアセンブリ１６から直接受け入れ、空気の圧力を更に高い第２の圧力レベルまで上昇させる。具体的には、空気は、二重反転ファンアセンブリ１６から第１の動作圧力で排出され、グースネック７８を通って搬送され、コアガスタービンの高圧圧縮機２６においてほぼ第１の動作圧力と同一の動作圧力で受け入れられる。高圧空気は燃焼器２８へ搬送され、燃料と混合される。燃料／空気混合物は点火され、加圧空気の温度及びエネルギーレベルが上昇する。高エネルギー燃焼生成物は、第１のタービン、すなわち高圧タービン３０に流れて、第１の回転自在の駆動軸３２を介して圧縮機２６を駆動し、その後、第１の駆動軸３２と同軸に結合された第２の回転自在の駆動軸３４を介して二重反転ファンアセンブリ１６を容易に駆動するために、第２のタービン、すなわち低圧タービン１４へ流れる。低圧タービン１４を駆動した後、燃焼生成物は、排気ノズル３６を通ってタービンエンジンアセンブリ１０から放出され、推進ジェット推力を発生する。本実施形態においては、図１は、単一の段を有する高圧タービン３０を示す。あるいは、高圧タービン３０は複数の段を有してもよく、その場合、段数はタービンエンジンアセンブリの所望の総圧縮比に基づいて選択される。

一実施形態においては、二重反転ファンアセンブリは、ガスタービンエンジンとコアガスタービンエンジンとの圧縮比に基づいて、所定の量の空気を排出する。特に、高圧圧縮機２６は複数の段２７を含む。コアガスタービン１２が高圧圧縮機２６の内部で利用される段２７の段数に基づく圧縮比を有するように、各段は、先行する段からの圧力を更に増加する。更に、コアガスタービンは１つしか示されていないが、ガスタービンエンジン１２は任意の段数の圧縮段を有する圧縮機を含んでもよく、従って、多様な圧縮比を利用可能である。

従って、一実施形態においては、コアガスタービンエンジン１２は、二重反転ファンアセンブリから排出される圧縮空気の量及び／又は圧力に基づいた所定段数の複数の圧縮段２７を含む。例えば、第１の圧縮比を有するファンアセンブリ１６には、第１の圧縮比を有するコアガスタービンエンジンが結合されてもよい。ファンアセンブリの圧縮比が増加された場合、ファンアセンブリ１６は、より低い圧縮比を有するコアガスタービンエンジン１２と共に利用されてもよい。これに対し、ファンアセンブリ１６の圧縮比が減少された場合には、ファンアセンブリ１６は、段数を増加したコアガスタービンエンジン１２、すなわち、より高い圧縮比を有するコアガスタービンエンジンと共に利用されてもよい。本実施形態においては、高圧圧縮機２６は少なくとも６つの圧縮段２７を含む。従って、二重反転ファンアセンブリ１６は、多様なコアガスタービンエンジンに結合されるように、選択的に大きさを規定される。あるいは、コアガスタービンエンジンを更に容易にファンアセンブリに結合するために圧縮段の段数を増減させることにより、すなわち、段数を７以上又は５以下にすることにより、単一のガスタービンエンジン圧縮機を変形してもよい。

二重反転ファンアセンブリ１６は、第１のファンアセンブリ又は前方ファンアセンブリ５０及び第２のファンアセンブリ又は後方ファンアセンブリ５２を含み、それらのファンアセンブリは、長手方向軸１１に関して回転するように構成される。本明細書において使用される「前方ファン」及び「後方ファン」という用語は、ファンアセンブリ５０がファンアセンブリ５２より軸方向上流側に結合されることを示す。一実施形態においては、図１〜図３に示されるように、ファンアセンブリ５０及び５２は、コアガスタービンエンジン１２の前端部に配置される。別の実施形態では、ファンアセンブリ５０及び５２は、コアガスタービンエンジン１２の後端部に配置される。ファンアセンブリ５０は少なくとも１列の動翼６０を含み、ファンアセンブリ５２は少なくとも１列の動翼６２を含む。動翼６０及び６２は、ナセル６４の内部に配置される。動翼６０は回転子円板６６に結合され、動翼６２は回転子円板６８に結合される。一実施形態においては、タービンエンジンアセンブリ１０は、二重反転ファンアセンブリ１６とコアガスタービンエンジン１２との間に延出するグースネック７８を含む。グースネック７８は、ファンアセンブリ１６とコアガスタービンエンジン１２の結合を補助する。更に、後方ファンアセンブリ５２からの排出された空気がグースネック７８を通ってコアガスタービンエンジン１２まで搬送されるように、グースネック７８は構造支柱及び／又は空気支柱を含む。すなわち、グースネック７８の構成及び構造支柱の存在により、コアガスタービンエンジン１２内部への氷及び／又は異物粒子の吸い込みが大幅に減少され且つ／又は排除される。これは、コア入口のグースネック７８が、グースネック７８の外面を通過して後方へ軸方向に搬送される主空気流れからコアガスタービンエンジン入口をほぼ「隠蔽」するためである。

図１に示されるように、低圧タービン１４は、前方ファンアセンブリ５０が第１の回転方向８０に回転するように、軸３４を介して前方ファンアセンブリ５０に結合される。後方ファンアセンブリ５２は、後方ファンアセンブリ５２が第１の回転方向とは逆の第２の回転方向８２に回転するように、駆動軸３４及び／又は低圧タービン１４に結合される。

図２は、図１に示される二重反転ファンアセンブリ１６の一部を示した概略図である。一実施形態においては、第１のファンアセンブリ５０は、長手方向軸１１の周囲に配置されたコーン８４を含む。図２に示されるように、コーン８４は、第１の端部、すなわち前端部８６において回転子円板６６に結合され、第２の端部、すなわち後端部８８において駆動軸３４に結合される。第２のファンアセンブリ５２は、長手方向軸１１に沿ってコーン８４の少なくとも一部に関して同軸に配置されたコーン９０を含む。コーン９０は、第１の端部、すなわち前端部９２において回転子円板６８に結合され、第２の端部、すなわち後端部９４において、以下に更に詳細に説明するように、転がり軸受アセンブリを介して歯車箱１００の出力端及び／又はコーン８４の後端部８８に結合される。

図３は、図２に示される二重反転ファンアセンブリ１６の一部を示した概略図である。一実施形態においては、二重反転ファンアセンブリ１６は歯車箱１００を更に含む。歯車箱１００は、後方ファンアセンブリ５２を前方ファンアセンブリ５０が回転する回転方向８０に関して逆の回転方向８２に回転させるように、後方ファンアセンブリ５２と駆動軸３４との間に結合される。歯車箱１００は、ほぼ環状体の形状を有し、ほぼ駆動軸３４の周囲に延出するように、駆動軸３４の周囲に沿って位置決めされる構成を有する。図３に示されるように、歯車箱１００は、支持構造１０２、支持構造１０２の内部に結合された少なくとも１つの歯車１０３、入力端１０４及び出力端１０６を含む。

一実施形態においては、前方ファンアセンブリ５０が後方ファンアセンブリ５２の回転速度の約２倍の回転速度で回転するように、歯車箱１００は約２．０：１の歯車比を有する。別の実施形態では、前方ファンアセンブリ５０は、後方ファンアセンブリ５２の回転速度より約０．６７倍〜約２．１倍速い回転速度で回転する。本実施形態においては、前方ファンアセンブリ５０は、後方ファンアセンブリ５２の回転速度より速い回転速度で回転してもよく、後方ファンアセンブリ５２と等しい回転速度で回転してもよく、あるいは後方ファンアセンブリ５２より遅い回転速度で回転してもよい。

一実施形態においては、駆動軸３４及び／又は長手方向軸１１の周囲に、図１〜図３に示されるスラスト軸受アセンブリ１１０などの第１の軸受アセンブリが配置される。スラスト軸受アセンブリ１１０は、駆動軸３４とコアガスタービン１２のフレーム１３とを動作自在に結合し且つ／又はそれらの間に装着される。更に図３を参照すると、一実施形態においては、スラスト軸受アセンブリ１１０は、駆動軸３４の周囲に装着され且つ半径方向に位置決めされた内レース１１１を含む。図３に示されるように、内レース１１１は、長手方向軸１１に関して駆動軸３４と共に回転自在であるように、駆動軸３４に動作自在に結合された駆動軸延長部１１２に装着される。特定の一実施形態においては、駆動軸延長部１１２は駆動軸３４にスプライン結合される。内レース１１１は、スラスト軸受アセンブリ１１０の内側溝１１４を規定する面１１３を有する。内側溝１１４を規定する面１１３は、ほぼ弓形の輪郭形状を有する。

スラスト軸受アセンブリ１１０は、フレーム１３に堅固に結合され且つ半径方向に位置決めされた外レース１１６を含む。一実施形態においては、以下に更に詳細に説明されるように、外レース１１６及び／又はフレーム１３は、二重反転ファンアセンブリ１６により発生されるスラスト荷重及び／又は力を伝達するための土台として作用する。外レース１１６は、スラスト軸受アセンブリ１１０の外側溝１１８を形成する面１１７を有する。面１１７は面１１３とほぼ対向している。外側溝１１８を規定する面１１７は、ほぼ弓形の輪郭形状を有する。内レース１１１と外レース１１６との間には、複数の軸受１１９のような少なくとも１つのローラ要素が移動自在に配置される。駆動軸３４を歯車箱１００に関して自在に回転させるために、各軸受１１９は、内側溝１１４及び外側溝１１８と転がり接触する状態にある。

図４を参照すると、スラスト軸受アセンブリ１２０などの第２の軸受アセンブリは、長手方向軸１１の周囲に半径方向に配置される。一実施形態においては、スラスト軸受アセンブリ１２０は、コーン８４の前端部８６又はその付近のような第１のファンアセンブリ５０の前端部分と、コーン９０の前端部９２又はその付近のような第２のファンアセンブリ５２の前端部分とを動作自在に結合し且つ／又はそれらの間に装着される。一実施形態においては、スラスト軸受アセンブリ１２０は、コーン８４の外面に関して装着され且つ半径方向に位置決めされた内レース１２２を含む。図４に示されるように、内レース１２２は、長手方向軸１１に関して第１のファンアセンブリ５０と共に回転自在であるように、コーン８４に装着される。内レース１２２は、スラスト軸受アセンブリ１２０の内側溝１２４を規定する面１２３を有する。内側溝１２４を規定する面１２３は、ほぼ弓形の輪郭形状を有する。

スラスト軸受アセンブリ１２０は、コーン９０の内面に関して装着され且つ半径方向に位置決めされた外レース１２６を含む。図４に示されるように、内レース１２２は、長手方向軸１１に関して第２のファンアセンブリ５２と共に回転自在であるように、コーン９０に装着される。外レース１２６は、スラスト軸受アセンブリ１２０の外側溝１２８を形成する面１２７を有する。面１２７は面１２３とほぼ対向している。外側溝１２８を規定する面１２７は、ほぼ弓形の輪郭形状を有する。内レース１２２と外レース１２６との間に、複数の軸受１２９のような少なくとも１つのローラ要素が移動自在に配置される。第１のファンアセンブリ５０及び／又は第２のファンアセンブリ５２の相対回転運動を容易にするために、各軸受１２９は、内側溝１２４及び外側溝１２８と転がり接触する状態にある。

一実施形態においては、スラスト軸受アセンブリ１１０及び／又は１２０は、前方ファンアセンブリ５０及び／又は後方ファンアセンブリ５２を相対的に固定された軸方向位置に維持するのを補助する。二重反転ファンアセンブリ１６の動作中、第１のファンアセンブリ５０により発生されるスラスト荷重及び／又は力は、第１のファンアセンブリ５０から第１のスラスト軸受アセンブリ１１０へ直接伝達される。更に、動作中に第２のファンアセンブリ５２により発生されるスラスト荷重及び／又は力は、第２のファンアセンブリ５２から第２のスラスト軸受アセンブリ１２０へ伝達され、第２のスラスト軸受アセンブリ１２０から駆動軸３４を介して第１のスラスト軸受アセンブリ１１０へ伝達される。スラスト荷重及び／又は力が第１のスラスト軸受アセンブリ１１０及び／又は第２のスラスト軸受アセンブリ１２０へ伝達された結果、第２のファンアセンブリ５２に動作自在に結合された歯車箱１００を介するスラスト荷重及び／又は力の伝達は、阻止又は制限される。別の実施形態においては、スラスト軸受アセンブリ１１０及び／又はスラスト軸受アセンブリ１２０として又はそれらに加えて、当業者に公知であり本明細書の教示により導き出される任意の適切な軸受アセンブリを使用できる。

一実施形態においては、図４に示されるように、コーン９０の前端部９２又はその付近の外面の周囲に、ころ軸受アセンブリ１３０のような軸受アセンブリが配置される。ころ軸受アセンブリ１３０は、フレーム１３と前端部９２との間に結合される。一実施形態においては、ころ軸受アセンブリ１３０は、第２のファンアセンブリ５２を支持し且つ／又は第２のファンアセンブリ５２からフレーム１３へスラスト荷重及び／力を伝達するために、スラスト軸受アセンブリ１２０と組み合い差動軸受アセンブリとして作用する。一実施形態においては、ころ軸受アセンブリ１３０は、図４に示されるように、コーン９０に関して装着された内レース１３２を含む。内レース１３２は、長手方向軸１１に関して第２のファンアセンブリ５２と共に回転自在であるように、コーン９０の前端部９２に装着される。内レース１３２は、ころ軸受アセンブリ１３０の内側溝１３４を規定する面１３３を有する。

ころ軸受アセンブリ１３０は、フレーム１３に堅固に結合された外レース１３６を含む。一実施形態においては、外レース１３６は、構造支持部材１５及び／又はフレーム１３に関して堅固に結合される。構造支持部材１５及び／又はフレーム１３は、二重反転ファンアセンブリ１６により発生されるスラスト荷重及び／又は力を伝達するための土台として作用する。外レース１３６は、ころ軸受アセンブリ１３０の外側溝１３８を形成する面１３７を有する。面１３７は面１３３とほぼ対向している。内レース１３２と外レース１３６との間に、複数のローラ１３９などの少なくとも１つのローラ要素が移動自在に配置される。各ローラ１３９は、内側溝１３４及び外側溝１３８と転がり接触する状態にある。

一実施形態においては、図３に示されるように、コーン８４の後端部８８又はその付近の外面の周囲に、ころ軸受アセンブリ１４０のような軸受アセンブリが配置される。ころ軸受アセンブリ１４０は、コーン８４とコーン９０との間に結合される。ころ軸受アセンブリ１４０は、図２に示されるように、後端部８８に関して装着された内レース１４２を含む。内レース１４２は、長手方向軸１１に関して第１のファンアセンブリ５０と共に回転自在であるように、コーン８４に装着される。内レース１４２は、ころ軸受アセンブリ１４０の内側溝１４４を規定する面１４３を有する。

ころ軸受アセンブリ１４０は、図３に示されるように、コーン９０の後端部９４に関して装着された外レース１４６を含む。外レース１４６は、長手方向軸１１に関して第２のファンアセンブリ５２と共に回転自在であるように、コーン９０に装着される。外レース１４６は、ころ軸受アセンブリ１４０の外側溝１４８を形成する面１４７を有する。面１４７は面１４３とほぼ対向している。内レース１４２と外レース１４６との間に、複数のローラ１４９などの少なくとも１つのローラ要素が移動自在に配置される。コーン８４及び／又はコーン９０の相対回転運動を補助するために、各ローラ１４９は、内側溝１４４及び外側溝１４８と転がり接触する状態にある。

本実施形態においては、ころ軸受アセンブリ１３０及び１４０は、後方ファンアセンブリ５２が前方ファンアセンブリ５０に関して自在に回転できるように、後方ファンアセンブリ５２に対して回転支持体を構成する。従って、ころ軸受アセンブリ１３０及び１４０は、後方ファンアセンブリ５２を二重反転ファンアセンブリ１６の内部において相対的に固定された半径方向位置に維持するのを補助する。別の実施形態においては、ころ軸受アセンブリ１３０及び／又はころ軸受アセンブリ１４０として又はそれらに加えて、当業者に公知であり本明細書の教示により導き出される任意の適切な軸受アセンブリを使用できる。

一実施形態においては、図３に示されるように、歯車箱１００は、コアタービンエンジン１２のフレーム１３などのガスタービンエンジン１０の固定構成要素又は静止構成要素に結合される。歯車箱の入力端１０４は、第２の駆動軸３４にスプライン結合された駆動軸延長部１１２を介して、駆動軸３４に回転自在に結合される。歯車箱の出力端１０６は、出力構造１６０を介して後方ファンアセンブリ５２に回転自在に結合される。出力構造１６０の第１の端部は、歯車箱の出力端１０６にスプライン結合され、出力構造１６０の第２の端部は、後方ファンアセンブリ５２の駆動を補助するために、後方ファン前方軸１６８に結合される。

図３を参照すると、一実施形態においては、ガスタービンエンジンアセンブリ１０は、歯車箱１００を二重反転ファンアセンブリ１６に装着するためのスプライン系２００を含む。歯車箱１００は、例えば歯車箱支持構造１０２において、コアガスタービンエンジン１２のフレーム１３に固定結合されるか又は堅固に結合される。二重反転ファンアセンブリ１６の動作の結果として歯車箱１００に加えられるスラスト荷重及び／又は力を阻止又は制限するために、スプライン系２００は、歯車箱１００を第１のファンアセンブリ５０及び／又は第２のファンアセンブリ５２から隔離する。第１のファンアセンブリ５０は、図１において回転方向矢印８０により示されるような第１の方向に回転するように、入力端１０４に回転自在に結合される。第２のファンアセンブリ５２は、図１において回転方向矢印８２により示されるような第２の方向に回転するように、出力端１０６に回転自在に結合される。第２の方向８２は第１の方向８０とは逆である。

図３に示されるように、スプライン系２００は、スプラインアセンブリ２０２、２０４、２０６及び／又は２０８のような複数のスプラインアセンブリを含む。一実施形態においては、第１のスプラインアセンブリ２０２は、入力端１０４を駆動軸延長部１１２に結合する。駆動軸延長部１１２は、図３に示されるように、第１の部分２１２及び第２の部分２１０を含む。第１のスプラインアセンブリ２０２は、入力端１０４を第１の部分２１２に結合し、第１のスプラインアセンブリ２０２と同一又は同様である第２のスプラインアセンブリ２０４は、入力端１０４を駆動軸３４に回転自在に結合するために、第１の部分２１２を第２の部分２１０に結合する。更に、第２のスプラインアセンブリ２０４は、スラスト軸受アセンブリ１００を歯車箱１００に関して軸方向に、すなわちガスタービンエンジンアセンブリ１０の長手方向軸１１に沿って又はそれと平行な方向に移動するのを助ける。

一実施形態においては、スプラインアセンブリ２０４は、その周囲に沿って位置決めされた複数のスプラインを形成する部材を含む。この部材は、駆動軸延長部１１２の第２の部分２１０に結合される。駆動軸延長部１１２の第２の部分２１０から第１の部分２１２へねじり荷重及び／又は力を伝達するために、複数のスプラインがハウジングの内周部に形成された複数の溝穴と嵌合又は係合するように、部材は、第１の部分２１２に結合された協働ハウジングに形成された空洞部の中に位置決め自在である。更に、部材をハウジングの内部で軸方向に、すなわち長手方向軸１１に沿って又はそれと平行な方向に移動するのを助けるために、部材は協働ハウジングの内部に位置決めされる。これにより、第１の部分２１２に関する第２の部分２１０の軸方向運動が容易になる。

特定の一実施形態においては、先にスプラインアセンブリ２０２に関連して説明したように、各スプラインアセンブリ２０４、２０６及び２０８は同一又は同様である。第３のスプラインアセンブリ２０６は、出力端１０６を出力構造１６０に摺動自在に結合する。第３のスプラインアセンブリ２０６は、歯車箱１００に関する後方ファン前方軸１６８の軸方向運動を補助する。一実施形態においては、第４のスプラインアセンブリ２０８は、駆動軸延長部１１２の第２の部分２１０を駆動軸３４に摺動自在に結合する。動作中、歯車箱１００が低圧タービン１４のフレームに関してほぼ固定された位置を保つように、スプラインアセンブリ２０２、２０４、２０６及び／又は２０８は、ねじり荷重又はトルク荷重及び／力のみを歯車箱１００へ伝達する。

一実施形態においては、駆動軸延長部１１２及び／又は出力構造１６０は、歯車箱１００の半径方向撓みを補償する少なくとも１つの可撓性アームを含む。特定の一実施形態においては、第１の部分２１２は、スプラインアセンブリ２０２を介して入力端１０４に結合された半径方向内側の部分２３０と、スプラインアセンブリ２０４を介して第２の部分２１０に結合された半径方向外側の部分２３２とを含む。第１の部分２１２は、半径方向内側の部分２３０又はその付近において第１の厚さを有し、半径方向外側の部分２３２又はその付近において第２の厚さを有する。第２の厚さは第１の厚さ２４０より薄い。特定の本実施形態においては、第１の部分２１２の厚さは、半径方向内側の部分２３０から半径方向外側の部分２３２に向かって徐々に減少する。第２の厚さは、第１の部分２１２が所定のねじり荷重及び／又は力を受けたときに半径方向内側の部分２３０が半径方向外側の部分２３２から離間するように、すなわち、第１の部分２１２が破損するように選択される。タービンエンジンアセンブリ１０の動作中、相対的に大きな半径方向荷重及び／又は力が後方ファンアセンブリ５２に加わる場合がある。この相対的に大きな半径方向荷重及び／又は力を補償すると共にエンジンの継続動作を確保するために、一実施形態においては、後方ファンアセンブリ５２が惰性で回転する間も前方ファンアセンブリ５０が動作し続けるように、第１の部分２１２は破損する。

動作中、第２の駆動軸３４が回転する際、第２の駆動軸３４は、入力端１０４を第１の回転方向８０に回転させる。その結果、出力端１０６は、それとは逆の第２の回転方向８２に回転することになる。後方ファンアセンブリ５２に出力構造１６０が結合されているため、駆動軸３４は、歯車箱１００を介して逆の第２の方向８２に後方ファンアセンブリ５２を回転させる。一実施形態においては、歯車箱１００は、出力構造１６０と、後方ファンアセンブリ５２を支持するように構成された構造支持部材１５との間に少なくとも部分的に規定された油だめ１７０の内部に配置される。動作中、エンジン動作中に歯車箱１００を継続的に潤滑するために、歯車箱１００は、油だめ１７０の中に入っている潤滑流体の中に少なくとも部分的に浸漬される。

本明細書において説明されるガスタービンエンジンアセンブリは、歯車減速形１回転低圧タービンを有する二重反転ファンアセンブリを含む。本発明のアセンブリにより、周知の二重反転低圧タービンと関連する複雑な問題のうち少なくともいくつかは軽減される。特に、本明細書において説明されるガスタービンエンジンアセンブリは、１回転低圧タービンに回転自在に結合された前方ファンと、低圧タービンと共に回転自在に結合され、歯車箱を介して低圧タービンにより駆動される後方ファンとを含む。更に、後方ファンアセンブリは同一の速度で駆動され、一実施形態においては、この速度は前方ファンの速度のほぼ２分の１である。また、歯車損の減少を助けるために、本明細書において説明されるガスタービンエンジンアセンブリは、低圧タービンにより発生される動力の約３０％が歯車箱を介して後方ファンアセンブリへ伝達されるように構成される。従って、歯車箱に障害が発生した場合、後方ファンアセンブリは回転を中止する。しかし、前方ファンアセンブリは低圧タービンにより直接駆動されるため、回転し続ける。

更に、上述のガスタービンエンジンは、ブースタ圧縮機を含まない。その結果、ブースタ圧縮機を排除したことにより、少なくとも１つの周知の二重反転エンジンより単純且つ低コストで軽量のエンジンが得られる。

特に、２つの逆方向に回転するファンによって得られるコア流れ圧力比の増加と組み合わせて、高い圧力比のコアが使用されるため、ブースタを排除できる。本明細書において説明されるシステムでは、歯車の馬力を約２５％減少できる、すなわち、約４０％から約３０％まで減少できるため、歯車を縮小でき、歯車損は減少する。ブースタ段の数の問題が全く存在しないので、２つの逆方向に回転するファンの速度比が性能に対して最適化される。更に、高圧タービン（ＨＰＴ）と低圧タービン（ＬＰＴ）との間の相互作用損失が実質的に排除され、その結果、ＬＰＴの効率は約０．８％向上する。また、２段ＨＰＴは、周知の単一段のＨＰＴより約３％高い効率を示すので、総圧力比は増加し、更に熱力学的改善が得られる。更に、ＬＰＴ軸の馬力及びトルクは約１０％減少し、その結果、軸をより小型化できると共にＨＰＴ円板の孔を縮小できるので、応力の減少及び軽量化を図れることから、部品の寿命が延びる。加えて、可変抽気弁（ＶＢＶ）抽気ドアが使用されず、ブースタなしエンジンによってコア入口のグースネックが隠蔽されることにより、氷及び異物粒子の吸い込みは、ほぼ排除される。

更に、２段ＨＰＴは、ＨＰスプールからの出力取り出し能力を向上できる。ＬＰＴ出力条件（空力荷重）が約１０％減少されるため、効率が向上し且つ／又は重量が減少され、より単純なスラスト反転設計を利用でき、コアカウルの付近で更に広い空間を付属の歯車箱及びより大型の複数の発電機を配置するために利用でき、ファンケースを短縮でき、入口ファンダクトをより単純、軽量且つ肉薄化できる。

以上、ガスタービンエンジンアセンブリの実施形態及びガスタービンエンジンアセンブリを組み立てる方法を詳細に説明した。アセンブリ及び方法は、本明細書中で説明された特定の実施形態に限定されず、アセンブリの構成要素及び／又は方法の工程は、本明細書中で説明された他の構成要素及び／又は他の工程とは無関係に、別個に利用されてもよい。更に、本明細書中で説明されたアセンブリの構成要素及び／又は方法の工程は、他のアセンブリ及び／又は方法において定義可能であり、他のアセンブリ及び／又は方法と組み合わせて使用可能であり、本明細書中で説明されたアセンブリ及び／又は方法との組み合わせによる実施のみに限定されない。

種々の特定の実施形態に基づいて本発明を説明したが、特許請求の範囲の趣旨の範囲内で変形を伴って本発明を実施できることは、当業者には認識されるであろう。

タービンエンジンアセンブリの一例の一部を示した横断面図である。 図１に示される二重反転ファンアセンブリの一部を示した拡大横断面図である。 図２に示される二重反転ファンアセンブリの一部を示した拡大横断面図である。 図２に示される二重反転ファンアセンブリの一部を示した拡大横断面図である。

符号の説明

１０…タービンエンジンアセンブリ、１１…長手方向軸、１２…コアガスタービンエンジン、１３…フレーム、１４…低圧タービン、１６…二重反転ファンアセンブリ、２２…エンジン入口、２６…高圧圧縮機、２８…燃焼器、３０…高圧タービン、３２…第１の回転自在の駆動軸、３４…第２の回転自在の駆動軸、５０…第１のファンアセンブリ、５２…第２のファンアセンブリ、８０…第１の回転方向、８２…第２の回転方向、１００…歯車箱

Claims (8)

1. 高圧圧縮機（２６）、燃焼器（２８）、低圧タービン（１４）及び高圧タービン（３０）を含むコアガスタービンエンジン（１２）であって、前記燃焼器（２８）が、前記高圧圧縮機（２６）の下流端と結合している、コアガスタービンエンジン（１２）と、
   第１の方向（８０）に回転する第１のファンアセンブリ（５０）及び第１の方向（８０）とは逆の第２の方向（８２）に回転する第２のファンアセンブリ（５２）を含む二重反転ファンアセンブリ（１６）であって、該二重反転ファンアセンブリ（１６）が、そこからの排気が、ブースタ圧縮機を通過せずに、前記高圧圧縮機の入口（２２）へ直接搬送されるように前記コアガスタービンエンジンと結合しているとともに、前記低圧タービン（１４）が第１のファンアセンブリ（５０）を第１の方向（８０）に回転させるように第１のファンアセンブリ（５０）と結合している、二重反転ファンアセンブリ（１６）と、
   前記第２のファンアセンブリ（５２）が第１のファンアセンブリ（５０）とは異なる回転速度で回転するように、前記低圧タービン（１４）と前記二重反転ファンアセンブリ（１６）との間に結合された歯車箱（１００）と
   を具備するタービンエンジンアセンブリ（１０）であって、前記歯車箱（１００）が、前記第２のファンアセンブリ（５２）が前記第１の方向（８０）とは逆の第２の方向（８２）に回転するように、前記低圧タービンアセンブリと前記第２のファンアセンブリ（５２）との間に結合されている、タービンエンジンアセンブリ（１０）。
2. 前記二重反転ファンアセンブリ（１６）は第１の動作圧力で圧縮空気を排出するように選択的に大きさを規定され、前記コアガスタービンエンジン（１２）はほぼ前記第１の動作圧力で圧縮空気を受け入れるように構成される、請求項１記載のタービンエンジンアセンブリ（１０）。
3. 前記二重反転ファンアセンブリ（１６）が、前記コアガスタービンエンジン（１２）の圧縮比に基づく量の空気を排出する、請求項１記載のタービンエンジンアセンブリ（１０）。
4. 前記コアガスタービンエンジン（１２）は、前記二重反転ファンアセンブリ（１６）の圧縮比及び前記ガスタービンエンジンアセンブリの総圧縮比に基づく所定数の圧縮機段を具備する、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のタービンエンジンアセンブリ（１０）。
5. 前記コアガスタービンエンジン（１２）は、前記二重反転ファンアセンブリ（１６）の前記圧縮比及び前記ガスタービンエンジンアセンブリの前記総圧縮比に基づく所定数の高圧タービン（３０）段を具備する、請求項４記載のタービンエンジンアセンブリ（１０）。
6. 前記第１のファンアセンブリ（５０）が前記低圧タービン（１４）とほぼ同一の回転速度で回転するように、前記低圧タービンと前記第１のファンアセンブリとの間を結合する軸（３４）を更に具備する、請求項１記載のタービンエンジンアセンブリ（１０）。
7. 前記歯車箱（１００）が、前記第２のファンアセンブリが前記第１のファンアセンブリ（５０）の回転速度より遅い回転速度で回転するように、前記低圧タービンアセンブリ（１４）と前記第２のファンアセンブリとの間に結合されている、請求項６記載のタービンエンジンアセンブリ（１０）。
8. ガスタービンエンジンを組み立てる方法であって、
   高圧圧縮機（２６）、燃焼器（２８）、低圧タービン（１４）及び高圧タービン（３０）を含むコアガスタービンエンジン（１２）を用意する工程と、
   第１の方向（８０）に回転する第１のファンアセンブリ（５０）及び第１の方向（８０）とは逆の第２の方向（８２）に回転する第２のファンアセンブリ（５２）を含む二重反転ファンアセンブリ（１６）を、該二重反転ファンアセンブリ（１６）からの排気が、ブースタ圧縮機を通過せずに、前記高圧圧縮機の入口（２２）へ直接搬送されるように前記コアガスタービンエンジンに結合させる工程と、
   前記第２のファンアセンブリ（５２）が第１のファンアセンブリ（５０）とは異なる回転速度で回転するように、歯車箱（１００）を前記低圧タービン（１４）と前記二重反転ファンアセンブリ（１６）との間に結合する工程であって、前記第２のファンアセンブリ（５２）が前記第１の方向（８０）とは逆の第２の方向（８２）に回転するように、前記低圧タービンアセンブリと前記第２のファンアセンブリとの間に前記歯車箱（１００）を結合する工程と、
   前記低圧タービン（１４）が第１のファンアセンブリ（５０）を第１の方向（８０）に回転させるように第１のファンアセンブリ（５０）を低圧タービン（１４）と結合させる工程と、
   前記高圧圧縮機（２６）から排出される空気が前記燃焼器（２８）に送られるように前記高圧圧縮機（２６）の下流端を前記燃焼器（２８）と結合させる工程と
   を含む方法。
   
   

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