JP6050870B2 - 可変形状ベーンのための回転式アクチュエータ - Google Patents

Description

本実施形態は、一般に、ガスタービンエンジンにおけるベーンの作動に関する。より具体的には、本実施形態は、限定ではないが、ガスタービンエンジンのガイドベーンの１又はそれ以上の列の作動のための回転式アクチュエータに関する。

ガスタービンエンジンにおいて、空気は、圧縮機において加圧され、燃焼器において燃料と混合されて高温の燃焼ガスを発生し、該燃焼ガスがタービン段を通って下流側に流れる。ガスタービンエンジンは、一般に、前方端部と後方端部とを有し、これらの間に幾つかのコア又は推進構成要素が軸方向に位置決めされる。空気入口又は吸気口は、エンジンの前方端部に位置する。吸気口の後に続いて、後方端部に向かって直列流れ連通で、圧縮機、燃焼室、及びタービンがある。例えば、低圧及び高圧圧縮機、並びに高圧及び低圧タービンなどの追加の構成要素もまたエンジンに含めることができることは、当業者には容易に理解されるであろう。但し、これは網羅的に列挙したものではない。

圧縮機及びタービンは、一般に、軸方向に多段でスタックされた翼形部の列を含む。各段は、円周方向に離間したステータブレードの列と、タービンエンジンの中央シャフト又は軸の周りで回転するロータブレードの列とを含む。圧縮機は、一般にベーンと呼ばれる、圧縮機ブレードを通って移動する圧縮空気の流れ特性を変化させる一連の調整可能翼形部を含むことができる。同様に、タービンは、一般にブレードと呼ばれる回転翼形部間のエンジン軸方向で離間された調節可能又は固定ベーンの列、或いはこれらの組み合わせを含むことができる。

エンジンはまた、典型的には、エンジンの中央長手方向軸線に沿って軸方向に配置された第１の高圧シャフトを有する。高圧シャフトは、高圧タービンと高圧空気圧縮機との間を延び、タービンが回転入力を空気圧縮機に提供して圧縮機ブレードを駆動するようになる。第２の低圧シャフトは、低圧タービン及び低圧圧縮機を連結する。低圧の第２のシャフトはまた、飛行中の航空機の推力を生成するファンを駆動することができる。低圧シャフトとのこの接続は、直接的、或いは例えばギアボックスを介した間接的とすることができる。

作動中、空気が圧縮機において加圧され、燃焼器において燃料と混合されて高温の燃焼ガスを発生させ、該燃焼ガスは、タービン段を通って下流側に流れる。高圧タービンは、最初に、燃焼器から高温燃焼ガスを受け取る。燃焼ガスがタービン段を通って下流側に流れると、そこからエネルギーが抽出され、燃焼ガスの圧力が低下する。タービン段は、燃焼ガスエネルギーを機械的エネルギーに変換することによって燃焼ガスからエネルギーを抽出する。次いで、タービンが、空気圧縮機に回転入力を提供し、圧縮機ブレードを駆動する。これにより、作動中に圧縮機に動力が供給され、その後タービンを駆動し続ける。

ガスタービンエンジンの分野においては、ベーンの種々の段は、圧縮機及びタービンロータブレードに所望の流れ特性を供給するのに使用される。ベーンの一部は、可変の外形形状とすることができ、このことは、圧縮機及び／又はタービンへの空気流を調整するように複数の位置の間で作動可能であることを意味する。例えば、始動時及びその直後では、燃焼器の点火のために適切な量の空気流が存在するように、圧縮機への空気流を制限することが望ましい場合がある。しかしながら、巡航状態では、エンジンがより高い作動温度にあり、多量の燃料を燃焼するようになると、圧縮機及び燃焼器への空気流の量を増大させることが望ましい場合がある。同様に、離陸時には更に多くの量の空気流が望ましい場合がある。

従来技術では、ベーンの調整のために線形ピストン作動を使用している。従来技術のベーンアクチュエータは、多くの場合、燃料計量システムと一体化されており、その結果、アクチュエータにアクセスするのに最初に燃料計量ユニットの取り外しが必要となる。加えて、ピストンアクチュエータを用いると、ピストンの延伸によりピストンの露出が生じ、アクチュエータの汚染を抑制するのにピストンシールに依存しなければならない。更に、ピストンアクチュエータは、典型的には、複数の段に対して１つの単一アクチュエータを用いて配列されている。従って、段の独立した作動がより複雑になる。

上記のことから分かるように、ガスタービンエンジン構成要素内のこれらの機能及び構造を改善することが望ましいことになる。

本明細書の背景技術の段落において含まれる情報は、本明細書で記載される何れかの引例及び本明細書の何らかの説明及び検討を含めて、技術的な参考の目的で含められるものであり、本実施形態の範囲を制限する対象とみなすべきではない。

米国仮特許出願第６２／０４３，１３１号

本実施形態の態様によれば、可変形状ベーンの制御のための回転式アクチュエータが提供される。アクチュエータは、作動構成要素を内在化して燃料をこのような汚染から保護するようにした回転式のものである。回転式アクチュエータは、燃料計量ユニットの取り外しを必要とせずに、回転式アクチュエータをガスタービンエンジンから取り外すことができるように燃料計量ユニットから分離される。最後に、回転式アクチュエータの一部の実施形態は、ベーンの２又はそれ以上の列に対して独立した調整を可能にする多重アクチュエータループを備えることができる。

一部の実施形態によれば、ガスタービンエンジン内のベーンの少なくとも１つの段に対する回転式可変形状（ＶＧ）アクチュエータ組立体は、少なくとも１つの燃料供給装置と流体連通した、少なくとも１つの第１の燃料制御ポート及び少なくとも１つの第２の燃料制御ポートを有する少なくとも１つのアクチュエータループを備える。少なくとも１つの第１のアクチュエータループは、複数の流体ダクトと、ロータと、少なくとも１つの第１の燃料制御ポート及び少なくとも１つの第２の燃料制御ポートと流体連通した少なくとも１つの第１のハウジングと、を有することができる。ハウジングは、第１の方向又は第２の方向の何れかで燃料によって駆動される回転運動を有することができる。第１のアクチュエータリンケージは、第１のアクチュエータループに作動可能に接続することができ、燃料は、少なくとも１つの第１のアクチュエータループの前後で圧力差を生じて、ハウジングを駆動し、少なくとも１つの段のベーンを作動させる。

この「発明の概要」は、「詳細説明」において以下で更に説明される概念の中から選択された内容を簡素化した形式で紹介するために提供されている。この要約は、本発明の重要な要素を特定すること、及び本発明の技術的範囲を正確に説明することを意図するものではない。上記で概説した特徴の全ては、単に例証として理解すべきであり、可変形状ベーンの制御のための回転式アクチュエータのより多くの特徴及び対象物が、本明細書の開示から得ることができる。従って、この発明の概要の非限定的な解釈は、本明細書、請求項、これらと共に含まれる図面全体をより詳細に読むことなく理解されるはずである。本発明の特徴、詳細事項、有用性、及び利点の更に広範囲の表現は、本発明の種々の実施形態に関する以下の明細書において提供され、添付図面において例示され、添付の特許請求の範囲において定義される。

これらの例示的な実施形態の上述及び他の特徴及び利点、並びにこれらを得る方式は、添付の図面と共に実施形態の以下の説明を参照することによって明らかになり、可変形状ベーンの制御のための回転アクチュエータがより良く理解されるであろう。

可変形状ベーンの制御のための回転式アクチュエータを利用することができる例示的なガスタービンエンジンの断面図。 ベーン及びブレードの複数の段を有する例示的な圧縮機の断面図。 例示的な回転式アクチュエータに作動可能に接続された複数のベーン段の斜視図。 回転式アクチュエータ及びベーンの１つの段を接続するリンケージを含む回転式アクチュエータの端面図。 ベーンを移動させるような回転式及び直線運動の発生を表す自由物体概略図。 取り外し可能なラインユニット上に装着された可変形状ベーンの制御のための回転式アクチュエータの実施形態の軸方向断面図。 ２つの回転式アクチュエータを取り外し可能なラインユニット上に装着された単一組立体として装着した実施形態の軸方向断面図の第２の実施形態。

次に、その１つ又はそれ以上の実施例が図面に示されている提示された実施形態について詳細に説明する。各実施例は、例証として提供され、本開示の実施形態を限定するものではない。実際に、本開示の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、種々の修正形態及び変形形態を本実施形態において実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、このような修正形態及び変形形態を添付の請求項及びその均等物の範囲内にあるものとして保護することが意図される。

図１〜７を参照すると、可変形状ベーンのための回転式アクチュエータ組立体の様々な実施形態が示される。回転式アクチュエータ組立体は、燃料システム構成要素の追加の取り外しを必要とせずに、ガスタービンエンジンから取り外すことができる内蔵型ハードウェアユニットを提供する。回転式アクチュエータは更に、アクチュエータの作動中に汚染を抑制する内在ハードウェアを提供する。１又はそれ以上のアクチュエータは、１又はそれ以上のベーンの列を一体となって又は独立して作動させる単一の組立体で形成することができる。最後に、アクチュエータは、達成が困難な回転運動の２つの方向に等しいトルクを提供することができる。

最初に図１を参照すると、一般に高圧圧縮機１４、燃焼器１６及び多段高圧タービン２０によって定められるプロパルサーコア１３に空気が流入するエンジン入口端部１２を有するガスタービンエンジン１０の概略側断面図が示されている。全体として、プロパルサーコア１３は、作動中に動力を提供する。ガスタービンエンジン１０は、航空機実施形態で示されているが、航空機、発電、産業、船舶又は同様のものに使用できるので、このような実施例は、限定とみなすべきではない。

ガスタービンエンジン１０は、エンジン軸２６の周りで軸対称であり、その周りで種々のエンジン構成要素が回転するようになる。軸対称高圧シャフト２４は、ガスタービンエンジン１０の前方端部と後方端部との間を延び、シャフト構造の軸方向長さに沿って軸受によって回転可能に支持される。高圧シャフト２４は、ガスタービンエンジン１０のエンジン軸２６の周りを回転する。高圧シャフト２４は中空であり、その中で高圧シャフト２４の回転とは無関係に低圧シャフト２８の回転を可能にすることができる。低圧シャフト２８はまた、エンジンのエンジン軸２６の周りを回転することができ、低圧タービン２１と低圧圧縮機１７との間を延びる。作動中、高圧及び低圧シャフト２４、２８は、種々のタイプの作動のための動力を生成するために、高圧及び低圧タービン２０、２１並びに高圧及び低圧圧縮機１４、１７のロータ組立体のようなシャフトに接続された他の構造と共に回転する。

作動中、一次空気流２７は、ガスタービンエンジン１０のエンジン入口端部１２を通って流入して分離され、２つの流れを定める。１つの経路において、バイパス空気流２９は、プロパルサーコア１３の外部に移動し、例えば、航空機実施形態の推力を提供する。或いは、一次空気流２７のより少ない部分が空気流２５を定め、空気が少なくとも１つの圧縮段を通って移動し、空気圧が増大して圧縮機１６に配向されるようにする。圧縮空気は、燃料と混合されて燃焼し、高温の燃焼ガスを提供して、該燃焼ガスが高圧タービン２０に向かって燃焼器１６から流出する。高圧タービン２０において、高温の燃焼ガスからエネルギーが抽出されて、ロータ及びタービン翼の回転を引き起こし、これにより高圧シャフト２４の回転を生じさせるようになる。高圧シャフト２４は、ガスタービンエンジン１０の前面に向かって前方に延びて、高圧圧縮機１４の１又はそれ以上の段のブレードを回転し続ける。低圧タービン２１はまた、更なるエネルギーを抽出して低圧圧縮機１７の１又はそれ以上の段に動力を供給するのに用いることができる。ファン１８は、低圧シャフト２８によって低圧タービン２１及び低圧圧縮機１７に接続されて、ガスタービンエンジン１０のための推力を生成する。この接続は、直接接続又はギアボックスもしくは他の変速機を介した間接的とすることができる。加圧空気を用いて、ガスタービンエンジン１０の構成要素を冷却するのを助けることができる。

ここで図２を参照すると、例示的な高圧圧縮機１４の軸方向断面が示されている。ベーン及びブレードの列又は段は、ガスタービンエンジン１０のエンジン軸２６（図１）の周りに同心状に配置される。高圧圧縮機１４の前方端部において、空気流２５は、直列流れ連通で、最初に入口ガイドベーン３３の列３２に衝突し、その後、ブレード３５の第１の列３４、第１段ベーン３７の列３６、ブレード３９の第２の列３８、第２段ベーン４１の列４０及びブレード４３の第３の列４２が続く。ベーン３３、３７、４１は、空気流２５に対して枢動又は回転し、従って、空気流２５によって捉えられる幾何形状を変化させるこれらの能力に起因して、可変形状ベーンと呼ばれる。

個々のブレードは、ロータ４４内に形成された実質的に軸方向に配向されるスロット又は溝に装荷される。例えば、ブレード３５の第１の列３４に関して、各ブレード３５は、スロット又は溝内に保持され、高圧圧縮機１４の作動中にブレード３５の何らかの半径方向又は軸方向の移動を阻止することができる。例えば、ブレード上のダブテール装着及びロータ４４内の相補的ダブテールスロットが、ブレードの半径方向移動を阻止する働きをすることができる。代替として、ブレードは、業界においてブリスクと呼ばれる構成でディスクと一体的に形成することができる。圧縮機ブレードは、ニッケルベース基合金のような超合金から鍛造することができるが、これは１つの非限定的な実施例であり、他の材料を使用することができる。

ブレード３５、３９、４３の列３４、３８、４２の前方及び後部側には、可変形状ベーン３３、３７、４１の列３２、３６、４０がある。空気流２５は、入口ガイドベーン３３、ブレード３５の第１の列３４、第１段ガイドベーン３７、ブレード３９の第２の列３８、第２段ベーン４１及びブレード４３の第３の列４２などを通って連続的に移動する。列３２、３６、４０は、それぞれガイドベーン３３、３７、４１によって定められる。列３２、３６、４０の各々は、ガスタービンエンジン１０の周りに円周方向に延びる。

ベーン３３、３７、４１は、高圧圧縮機１４内で枢動可能に装着され、ベーン３３、３７、４１の各々が、ガスタービンエンジン１０内から半径方向に延びる破線で示される軸線の周りに枢動できるようになる。該軸線は、代替として、完全に半径方向の軸線に対してある角度をなしてもよい。例示的なベーン３３、３７、４１の枢動マウント４６、４８は、ベーン３３、３７、４１の半径方向内端部及び外端部に位置する。枢動装着は、ベーン３３、３７、４１の列３２、３６、４０の可変形状を可能にする。ベーン幾何形状は、プロパルサーコア１３を通って移動する空気流２５の流速又は流量の何れか又は両方を変化させるよう調整可能又は可変的であることが望ましい。例えば、一部の作動条件では、例えば作動時にプロパルサーコア１３を通る空気流を制限し、よって燃焼器１６（図１）に過度の空気を導入してフレームアウト状態を引き起こさないようにすることが望ましいとすることができる。同様に、飛行中、ガスタービンエンジン１０がフレームアウトして再始動が必要となった場合、燃焼器１６（図１）への空気流２５を制限して、再始動を可能にし、フレームアウトを抑制することが望ましいとすることができる。代替として、ガスタービンエンジン１０が作動温度まで暖機され又は巡航状態になると、より高い空気流２５が望ましいとすることができる。更にまた、離陸状態では、更に多くの空気流２５が望ましいとすることができる。燃焼器１６５及び高圧圧縮機１４を通る空気流２５の流れを制御する１つの手段は、ベーン３３、３７、４１の位置を調整することである。更に、高圧圧縮機１４を通る流速を調整することが望ましいとすることができ、これは、ベーン３３、３７、４１の調整により制御することができる。位置調整は、ベーン３３、３７、４１の各々の半径方向外端部から半径方向内端部まで延びる軸線の周りで枢動可能である。

ベーン３３、３７、４１の半径方向外端部には、１つにはベーンの枢動運動を提供する枢動マウント４６がある。マウント４６から延びるのは、ユニゾンリング５０に接続されるアーム５２である。ユニゾンリング５０は、図の内外に円周方向に移動し、アーム５２の移動を引き起こす。アーム５２の第１の端部、すなわちユニゾンリング５０において、アーム５２は並進する。反対側の端部においては、アーム５２は、ベーン３３、３７、４１との接続部にて回転する。従って、各アーム５２は、ベーン３３、３７、４１に接続されてユニゾンリング５０の移動によりベーンを回転させる。ベーン３３、３７、４１のこの調節により、変化する幾何形状が提供される。

ここで図３を参照すると、回転式アクチュエータ組立体６０の斜視図が、入口ガイドベーン３３の列３２、第１段ベーン３７の列３６、及び第２段ベーン４１の列４０の一部と組み合わせて示されている。列３２、３６、４０の各々にユニゾンリング５０が隣接しており、これら列の各々は、エンジン軸２６（図１）の周りで円周方向に延びる。ユニゾンリング５０は、回転式アクチュエータ組立体６０から入力運動を受け取り、ベーン３３、３７、４１の列３２、３６、４０の運動を引き起こす。各ユニゾンリング５０は、少なくとも１つのアクチュエータリンケージ６２によって回転式アクチュエータ組立体６０に接続される。回転式アクチュエータ組立体６０は、ユニゾンリング５０の運動を引き起こすアクチュエータリンケージ６２を移動させる。次いで、ユニゾンリング５０の並進により、ユニゾンリング５０に接続されたアーム５２の一方の端部の並進並びにベーン３３、３７、４１におけるアーム５２の反対側の端部の回転運動が引き起こされる。これは更に、ベーン３３、３７、４１の回転を引き起こす。リンケージ６２は、回転ハウジング６４をユニゾンリング５０と接続するために１つの構造又は複数の構造によって定めることができる。例示的なリンケージ６２は、回転ハウジング６４及びユニゾンリング５０の対応するクレビスに接続するためのアイレットを端部にて含む。しかしながら、これに限定されず、他の接続構造を利用することができる。

回転式アクチュエータ組立体６０は、少なくとも１つの回転ハウジング６４を含む。例示的な実施形態において、２つの回転ハウジング６４が示されている。回転ハウジング６４は、アクチュエータリンケージ６２に接続される少なくとも１つのクレビス６６を含む。例示的な実施形態において、回転式アクチュエータ組立体６０は、ベーンのより多くの列３２、３６、４０のうちの１つを制御するために回転する１又はそれ以上のハウジング６４を含むことができる。各回転ハウジング６４は、ベーンの１又はそれ以上の列に対応することができる。列３２、３６、４０は、２又はそれ以上の列を制御する実施形態において距離及び方向で独立して制御することができ、又はこれらは、同じ距離及び方向で制御することができる。例えば、複数のクレビス６６は、１つの回転ハウジング６４又は複数の回転ハウジング６４上に配置することができる。

少なくとも１つの回転ハウジング６４は、シャフトマウント６８に作動可能に接続され、シャフト６５が、回転ハウジング６４を通ってシャフトマウント６８内に延びるようになる。シャフト６５は、回転ハウジング６４がシャフト６５の周りを回転するように固定される。回転ハウジング６４が回転すると、クレビス６６は、前述のように回転ハウジング６４と共に移動してベーン３３、３７、４１の列３２、３６、４０の回転を引き起こす。また、本図において示されるように、回転ハウジング６４の回転は、ベーン３３、３７、４１の回転と同軸ではない。例えば、回転ハウジング６４の回転は、エンジン軸２６に平行な軸線を中心とする。しかしながら、ベーン３３、３７、４１がその周りに旋回する軸線は、半径方向に延び、又は完全な半径方向に対してある角度で延びている。シャフトマウント６８は更に、固定構造体に接続されてシャフトマウント６８の回転を抑制するマウント７２、７４を含むことができる。１つ又はそれ以上の追加のマウント７２、７４を設けてもよい。

回転式アクチュエータ組立体６０はまた、燃料管路Ｆ_１、Ｆ_２から燃料又は他の油圧流体を受け取る複数の制御ポート７５、７７を含む。燃料管路Ｆ_１、Ｆ_２は、回転式アクチュエータ組立体６０から分離された遠隔燃料計量ユニット（ＦＭＵ）又は他のこのような燃料供給装置と流体連通している。本実施形態は、回転式アクチュエータ組立体６０を駆動するために燃料を利用することができ、明瞭にするためにこのように記載されるが、他の流体を使用してもよい。制御ポート７５、７７が、入力燃料を受け取って出力燃料を通過させるので、燃料は、多数のチャンバ、管体、ダクト又は他の通路を通過して、制御ポート７５、７７から回転ハウジング６４の内部に燃料を移動させるようにする。制御ポート７５、７７は、回転式アクチュエータ組立体６０の種々の場所に位置することができる。例えば、ポート７５、７７は、回転式アクチュエータ組立体６０の軸方向端部において図３に示すように位置することができ、或いは代替として、他の位置に位置することができる。例えば、図６を簡潔に参照して、ポート７５、７７は、回転式アクチュエータ組立体６０の長さに沿って概略的に表されているが、軸方向端部において、回転式アクチュエータ組立体６０に対して半径方向には延びていない。燃料は、電気油圧式サーボ弁（ＥＨＳＶ）（図示せず）から流れ連通が提供される。ＥＨＳＶは、ベーン３３、３７、４１を調整する際に回転ハウジング６４の回転のために所定量の燃料を燃料計量ユニットから回転式アクチュエータ組立体６０に配向する。

ここで図４を参照すると、回転ハウジング６４の内部を示した回転式アクチュエータ組立体６０の断面概略図が示される。回転ハウジング６４内には、回転ハウジング６４に接続された少なくとも１つのロータ７８がある。例示的な実施形態において、各々２つの表面７９、８１を有する２つのロータ７８が示されている。各表面７９、８１は、両側に作用する力が何れの方向にも同しいトルクを提供するように等しい表面積を有する。燃料が回転式アクチュエータ組立体６０を通って移動すると、燃料は、チャンバ、管体、ダクト、又は他の通路から回転ハウジング６４に入り、ロータ７８と衝突して回転ハウジング６４の回転を引き起こす。

断面図において、ロータ７８は、ロータ７８及び回転ハウジング６４の回転を引き起こす燃料を受け取る。回転ハウジング６４は、少なくとも２つの内部ポートを含むことができ、回転ハウジング６４に入る燃料を受け取り、少なくとも１つは回転ハウジング６４から燃料を出力する。少なくとも２つの内部ポートは、矢印８０、８２で示すように２つの相対方向に回転を引き起こすように、異なる方向に配向することができる。同様に図には、高圧及び低圧を表すＨ、Ｌの表記が示されている。回転ハウジング６４を方向８０に回転させる際に、高圧の燃料がＨに最も近いロータ７８の表面８１上に加えられる。回転ハウジング６４を反対方向８２に回転させる際には、高圧燃料は、ロータ７８の相対する表面７９に係合することになる。

図４に示すように、第１及び第２の内部ポート７５、７７（図３）は、ダクト８３、８５を通って回転ハウジング６４内に燃料を配向する。第１のダクト８３は、燃料を送って、ロータ７８の表面８１上に高い圧力Ｈと、第１の方向（例えば図示のような方向８０）の回転とを引き起こす。各ロータ７８の前後に圧力差が生成され、低圧Ｌが、表面７９に隣接する各ロータ７８の反対側で生じるようになる。これにより、ロータ７８及びひいてはハウジング６４の移動が引き起こされる。代替として（図示せず）、第２のダクト８５は、ロータ７８の反対側の表面７９に作用する高圧が反対方向（例えば方向８２）にロータ７８を回転させるように燃料を配向することができる。

燃料は、内部に形成された１又はそれ以上のダクトを貫通するシャフト６５を通って送ることができる。代替として、燃料は、シャフト６５内ではなく、回転ハウジング６４内のダクト又は管体を通って移動することができる。更に別の実施形態において、燃料は、回転ハウジング６４の外部にある管体又はダクトを通って移動し、回転ハウジング６４を通る又はこれに隣接するある場所で回転ハウジング６４内に移動することができる。換言すると、燃料の配管は、シャフト６５を通るか、又は他のルートを通ることができ、図示の実施形態に限定されると考えるべきではない。

作動中、燃料流れは、例えば、全自動デジタル エンジン制御（ＦＡＤＥＣ）（図４）又はＦＡＤＥＣと通信しまたＥＳＨＶと通信している相補的制御システムから命令されて、燃料流れを回転式アクチュエータ組立体６０に提供する。次いで、燃料は、シャフト６５の一方側又は他方側に送られる。これにより、表面７９のペア又は表面８１のペアに作用する力をもたらし、方向８２又は方向８０それぞれの回転を引き起こす。次に、回転ハウジング６４及びロータ７８は、所望の場所に移動し、ベーン３２、３６、４０の１又はそれ以上の列の所望の作動を引き起こす。回転ハウジング６４の所望の位置に達して、回転位置センサ８６が回転ハウジング６４の位置を確認すると、燃料の圧力は等しくなる。

図４の図面で示されるように、クレビス６６は、回転ハウジング６４から延びる。回転ハウジング６４は、クレビス６６の運動を引き起こす構成要素の全てが内在化されるような配列を提供する。従来技術の線形アクチュエータとは対照的に、回転式アクチュエータ組立体６０は、これらの装置が延伸位置にあるときに、ピストン又は回転線形アクチュエータ（例えば、ねじ付きロッド）のような燃料及び作動構成要素の汚染を抑制する。本実施形態は、ロータ７８のような構成要素を保守する。

加えて、ロータ７８は、加圧燃料によって作用される各表面７９、８１に等しい表面積を有する。従って、ロータ７８は、方向８０、８２の両方に同一のトルクを加えることができるようにする。上述のように、ピストン及びヘッドによって、ピストンヘッドの１つの表面積が燃料に完全に露出される。しかしながら、反対側では、表面積がピストンの断面積によって覆われることに起因してより小さな露出表面積を有する。代替として、本実施形態は、他の方法で補償することなく燃料に対して同等の表面積を提供して、何れの方向にも等しいトルクを提供する。

回転式アクチュエータ組立体６０はまた、回転位置センサ８６を含む。回転位置センサ８６は、回転ハウジング６４の回転中に回転ハウジング６４の位置に応じた測定値（例えば出力電圧）を提供する１つ又は複数のチャネルの回転電圧変換器とすることができる。回転位置センサ８６は、ベーン位置の調整を行う際に、フィードバックループが、回転ハウジング６４の位置に基づいたベーンの位置検証のための情報をコンピュータに提供するように、全自動デジタル エンジン制御（ＦＡＤＥＣ）又は他のフライトコントローラに対してフィードバック信号又は情報を提供することができる。

ここで図５を参照すると、回転式アクチュエータ組立体６０の簡易的な運動を描いた自由物体図が示されている。本図はまた、矢印に隣接する構成要素の移動に相当する複数の双頭矢印を描いている。回転式アクチュエータ組立体６０は、隣接する湾曲した双頭矢印で示される、回転ハウジング６４の回転運動を提供する。クレビス６６が部分的円運動で移動すると、アクチュエータリンケージ６２は、隣接する双頭矢印によって示されるように直線的に並進する。アクチュエータリンケージ６２の運動又は並進は、双頭矢印で示されるようにユニゾンリング５０を円周方向に移動させ、この運動は、その後、ベーン３３、３７、４１の回転運動に変換される。ベーン３３、３７、４１の回転は、マウント４６の軸線の周りに延びる双頭矢印によって示されている。本図では、回転ハウジング６４が示され、１又はそれ以上の場所で設定される。アクチュエータリンケージ６２は、回転ハウジング６４からユニゾンリング５０まで延びる。ユニゾンリング５０は、アクチュエータリンケージ６２を接続するためリングクレビス５１又は他の接続部を含む。ユニゾンリング５０は、アーム５２によって例示的なベーンに接続される。回転ハウジング６４の回転運動は、アクチュエータリンケージ６２の線形並進、及びベーン３３、３７、４１のその後の回転に変換される。

ここで図６を参照すると、回転式アクチュエータ組立体６０の１つの実施形態の軸方向断面が示されている。この実施形態において、回転運動をもたらす、１つの回転ハウジング６４を備えた単一のアクチュエータループが設けられている。シャフト６５が固定され、軸受６７が設けられて、回転ハウジング６４が固定シャフト６５に対して回転できるようになる。シール６９は、回転ハウジング６４の軸方向端部に位置し、シャフト６５に沿って回転ハウジング６４から燃料の流出を阻止することができる。制御ポート７５、７７は、回転式アクチュエータ組立体６０に対して燃料の入出力を可能にする。燃料は、管体、ダクト、チャンバ又は他の通路８３、８５などの様々な様態で制御ポート７５、７７から回転ハウジング６４に移動し、ロータ７８と連動してシャフト６５周りの回転ハウジング６４の回転を引き起こすことができる。回転ハウジング６４の回転を引き起こした後、燃料は、制御ポート７５、７７の他方を通って流出する。当業者であれば、制御ポート７５、７７の両方が、燃料管路Ｆ_１、Ｆ_２における入力及び出力とすることができ、燃料の流れ方向は、回転ハウジング６４の所望の運動によって決まることが理解されるであろう。ベーンの１つの列、例えば列３２の運動に対して１つのクレビス６６が図示されている。しかしながら、ベーンの２又はそれ以上の列を制御するために、２又はそれ以上のクレビスを設けることができる。

シャフト６５の端部には、回転位置センサ８６が見える。回転位置センサ８６は、フィードバック情報をＦＡＤＥＣ又は他のフライト制御システムに提供するリード線を有することが示されている。

ここで図７を参照すると、回転式アクチュエータ組立体１６０がベーンの２又はそれ以上の列に対する入力を提供できる第２の実施形態が提供される。この実施形態において、これまでの実施形態とは対照的に、回転式アクチュエータ組立体１６０は、２又はそれ以上のハウジング１６４、１９４を備えた２つのアクチュエータループを含み、ベーンの２又はそれ以上の列に運動を提供するようにする。例えば、図示の実施形態において、２つのデバイス１６６、１６８を設けて、ベーンの２つの列の運動を生成する。これに加えて、これまでの実施形態とは異なり、この実施形態は、ベーンの２つの列の独立した運動を提供する。例えば、１つのクレビス１６６は、入口ガイドベーン３３の列３２を制御することができ、第２のクレビス１６８は、第１段ベーン３７の列３６を制御することができる。

本実施形態によれば、第１のシャフト１６５は、中間マウント１７３と第１のマウント１７２との間に延びる。第２のシャフト１７１は、中間マウント１７３から第２のマウント１７４まで延びる、第１、第２及び中間マウント１７２、１７３、１７４は、全て固定構造、例えばエンジンケーシング１５（図４）に固定される。シャフト１６５、１７１は、マウント１７２、１７３、１７４内に固定され、従って、２つのシャフト１６５、１７１が描かれているが、代替の実施形態によれば、１つのシャフト１６５、１７１がハウジング１６４、１９４の両方に利用してもよい。更に、代替の実施形態は、１又はそれ以上のシャフト１６５、１７１がハウジング１６４、１９４で回転する実施形態を含むことができる。

更に、これまでの実施形態と同様に、ハウジング１６４、１９４は各々、固定シャフト１６５、１７１に対するハウジング１６４、１９４の回転を可能にする軸受１６７を備える。ハウジング１６４、１９４はまた、ハウジング１６４、１９４内からの燃料漏れを阻止するシール１６９を備える。シール１６９は、汚染物質をハウジング１６４、１９４内に引き戻す場合がある延長及び後退シャフトに露出されない。従来技術の線形アクチュエータにおいて、ピストンの延伸は、ピストンを汚染物質に露出させ、ピストンの後退は、何らかのシールの損傷があった場合にアクチュエータ内部に汚染物質を引き込む可能性がある。本実施形態の結果として、汚染物質に起因した磨耗が生じる状況が少なく、アクチュエータの内部汚染の可能性が低い。

各ハウジング１６４、１９４は、クレビス１６６、１６８を備えて図示されている。一部の実施形態において、各ハウジング１６４、１６９は、１つのクレビス１６６、１６８を有することができ、又は１つよりも多くのクレビス１６６、１６８を有することができる。例えば、図３に示す実施形態において、１つの回転ハウジング６４は、入口ガイドベーン３３の列３２を制御することができ、第２の回転ハウジング６４は、第１段ベーン３７及び第２段ベーン４１の列３６、４０を制御することができる。このような機能性を提供するために、１つのハウジング（例えば、ハウジング１９４）上に位置する２又はそれ以上のクレビス１６６、１６８をエンジン軸方向に間隔を置いて配置することが必要とすることができる。この非限定的な配列の変形形態もまた、本実施形態の範囲内にある。

更に、マウント１７２、１７４に隣接するシャフト１６５、１７１の端部には、位置センサ１８６、１８７がある。上述のような位置センサ１８６、１８７は、ハウジング位置を監視し、コントローラにフィードバックを提供してハウジング１６４、１９４の位置及び従ってベーンの角度位置を確認する。フィードバックは、ＦＡＤＥＣ又はＦＡＤＥＣと通信状態にある他のコントローラに提供することができる。

制御ポート１７５、１７７は、回転式アクチュエータ組立体１６０に沿って位置し、燃料をハウジング１６４、１９４に提供してこれらの回転を引き起こす。制御ポート１７５、１７７は、ダクト１８３、１８５と流体連通状態にあり、ハウジング１６４、１９４内でロータと係合し、所望の円弧運動を引き起こすようになる。

更に、本発明の複数の実施形態を本明細書で説明し例示してきたが、当業者であれば、本明細書で記載される機能を実施し及び／又は本明細書で記載される結果及び／又は利点のうちの１又はそれ以上を得るために他の様々な手段及び／又は構造が想定され、このような変形及び／又は修正形態の各々は、本明細書で記載される実施形態の範囲内にあるとみなされる。より一般的には、本明細書で記載される全てのパラメータ、寸法、材料、及び構成は例証を意味しており、実際のパラメータ、寸法、材料、及び構成は、本発明の教示が利用される１又は複数の特定の用途によって決まることになることは当業者には容易に理解されるであろう。当業者であれば、単に通常の実験を利用して本明細書に記載される本発明の特定の実施形態に対する多くの均等物を認識又は確認することができるであろう。従って、上記の実施形態は単に例証として提示されており、本発明の実施形態は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内で、具体的に記載され特許請求されたものとは別の方法で実施できることを理解すべきである。本開示の発明の実施形態は、本明細書に記載される個々の特徴、システム、製品、材料、キット及び／又は方法に向けられている。これに加えて、このような特徴、システム、製品、材料、キット及び／又は方法が互いに矛盾していない場合、２つ以上のこのような特徴、システム、製品、材料、キット及び／又は方法の何れかの組み合わせは、本開示の発明の範囲内に含まれる。

最良の形態を含む実施例を用いて実施形態を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること及びあらゆる包含の方法を実施することを含む、本発明の装置及び／又は方法を実施することを可能にする。これらの実施例は、網羅的なものではなく、或いは、開示された厳密なステップ及び／又は形態に本開示を限定することを意図するものではなく、上述の教示に照らして多くの修正形態及び変形形態が実施可能である。本明細書で記載される特徴要素は、どのようにも組み合わせることができる。本明細書で記載される方法のステップは、物理的に実施可能なあらゆる順序で実施することができる。

本明細書で定義され使用される全ての定義は、辞書の定義、引用により組み込まれる文献における定義、及び／又は定義される用語の通常の意味に対して規定していると理解すべきである。本明細書及び特許請求の範囲において使用される不定冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、明示的にそうでないことを示していない限り、「少なくとも１つ」を意味するものと理解されたい。本明細書及び特許請求の範囲において使用される表現「及び／又は」は、そのように結合された要素の「何れか又は両方」、すなわちある場合では結合的に存在し、他の場合では選言的に存在する要素を意味するものと理解すべきである。

また、そうでないと明確に示されていない限り、１つよりも多いステップ又は行為を含む請求項に記載される何れの方法においても、本方法のステップ又は行為の順番は、方法のステップ又は行為が記載される順番に必ずしも限定されない点を理解されたい。

最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
ガスタービンエンジン内のベーンの少なくとも１つの段のための回転式アクチュエータ組立体であって、
少なくとも１つの燃料供給装置と流体連通した少なくとも１つの第１の燃料制御ポート及び少なくとも１つの第２の燃料制御ポートを有する少なくとも１つのアクチュエータループを備え、
少なくとも１つの第１のアクチュエータループが、ロータと、第１の方向又は第２の方向の何れかで燃料によって駆動される回転運動を有する少なくとも１つのハウジングとを有し、
回転式アクチュエータ組立体が更に、
第１のアクチュエータループに作動可能に接続された第１のアクチュエータリンケージを備え、
燃料が少なくとも１つの第１のアクチュエータループの前後で圧力差を生じて、ハウジングを駆動し、ベーンの少なくとも１つの段を作動させる、回転式アクチュエータ組立体。
［実施態様２］
アクチュエータ組立体が、エンジン軸方向に装着される、実施態様１に記載の回転式アクチュエータ組立体。
［実施態様３］
第２のハウジングを更に備える、実施態様１に記載の回転式アクチュエータ組立体。
［実施態様４］
ベーンの少なくとも１つの段が、第１のハウジング及び第２のハウジングによって独立して制御される複数のベーン段である、実施態様３に記載の回転式アクチュエータ組立体。
［実施態様５］
第１のハウジング及び第２のハウジングのうちの一方により入口ガイドベーンの移動が生じ、第１及び第２のハウジングの他方により第１及び第２段ガイドベーン（３７、４１）のうちの少なくとも１つの移動が生じる、実施態様３に記載の回転式アクチュエータ組立体。
［実施態様６］
第１のハウジング及び第２のハウジングが、弓状の移動経路を有する、実施態様３に記載の回転式アクチュエータ組立体。
［実施態様７］
第１の回転位置センサを更に備える、実施態様１に記載の回転式アクチュエータ組立体。
［実施態様８］
第１の回転位置センサが、全自動デジタル エンジンコントローラ（ＦＡＤＥＣ）にフィードバックを提供する第１の電圧変換器回転位置センサである、実施態様７に記載の回転式アクチュエータ組立体。
［実施態様９］
第１の回転位置センサが、ハウジングに位置フィードバックを提供する第１の電圧変換器回転位置センサである、実施態様７に記載の回転式アクチュエータ組立体。
［実施態様１０］
第１のアクチュエータリンケージが、ハウジングの回転に伴って第１の並進方向及び第２の並進方向に移動可能である、実施態様１に記載の回転式アクチュエータ組立体。
［実施態様１１］
第１のハウジングの第１の方向及び第２の方向の移動が実質的に等しいトルクを提供する、実施態様１０に記載の回転式アクチュエータ組立体。
［実施態様１２］
第１及び第２のハウジングが、回転式アクチュエータ組立体の外部に移動する、実施態様３に記載の回転式アクチュエータ組立体。
［実施態様１３］
ハウジングが燃料の汚染を低減する、実施態様１に記載の回転式アクチュエータ組立体。
［実施態様１４］
第１及び第２のハウジングの各々に接続された少なくとも１つのクレビスを更に備える、実施態様３に記載の回転式アクチュエータ組立体。
［実施態様１５］
ベーンの複数の段が圧縮機（１４、１７）内に位置する、実施態様１に記載の回転式アクチュエータ組立体。
［実施態様１６］
第１のアクチュエータループの第１のハウジングが回転し、第２のアクチュエータループの第２のハウジングが、第１のアクチュエータループの第１のハウジングとは無関係に回転する、実施態様３に記載の回転式アクチュエータ組立体。
［実施態様１７］
第１のアクチュエータループの第１のハウジングが、入口ガイドベーンを作動させる、実施態様１６に記載の回転式アクチュエータ組立体。
［実施態様１８］
第２のアクチュエータループの第２のハウジングが、第１段ベーン及び第２段ベーンを作動させる、実施態様１７に記載の回転式アクチュエータ組立体。
［実施態様１９］
ベーンの少なくとも１つの段のための回転アクチュエータ組立体であって、
マウントと、
マウントに回転可能に接続されたハウジングと、
ハウジング内に配置され、燃料供給装置と流体連通したロータと、
ハウジングとベーンの少なくとも１つの段とに動作可能に接続されたアクチュエータリンケージと、
を備える、回転アクチュエータ組立体。
［実施態様２０］
回転アクチュエータ組立体であって、
各々が独立した回転移動を有する第１のハウジング及び第２のハウジングと、
第１のハウジングに接続された第１のリンケージ及び第２のハウジングに接続された第２のリンケージと、
を備え、前記第１及び第２のハウジングが回転したときに前記リンケージの各々が並進をし、前記第１及び第２のリンケージが各々ユニゾンリングを移動して、ベーンの第１及び第２の段の独立した回転を引き起こすようになる、回転アクチュエータ組立体。

１０ ガスタービンエンジン
１２ エンジン入口
１３ プロパルサーコア
１４ 高圧圧縮機
１５ エンジンケーシング
１６ 燃焼器
１７ 低圧圧縮機
１８ ファン
２０ 高圧タービン
２１ 低圧タービン
２４ 高圧シャフト
２５ 空気流
２６ エンジン軸
２７ １次空気流
２８ 低圧シャフト
２９ バイパス空気流
３２ 列
３３ 入口ガイドベーン
３４ 第１の列
３５ ブレード
３６ 列
３７ 第１段ベーン
３８ 第２の列
３９ ブレード
４０ 列
４１ 第２段ベーン
４２ 第３の列
４３ ブレード
４４ ロータ
４６ 枢動マウント
４８ 枢動マウント
５０ ユニゾンリング
５２ アーム
６０ 回転アクチュエータ組立体
６２ アクチュエータリンケージ
６４ 回転ハウジング
６６ クレビス
６８ シャフトマウント
７２ マウント
７４ マウント
７５ 制御ポート
７７ 制御ポート
７８ ロータ
７９ 表面
８０ 方向矢印
８１ 表面
８２ 方向矢印
Ｆ１ 燃料管路
Ｆ２ 燃料管路
Ｈ 高圧
Ｌ 低圧

Claims (14)

1. ガスタービンエンジン（１０）内のベーン（３３、３７、４１）の少なくとも１つの段のための回転式アクチュエータ組立体（６０）であって、
   少なくとも１つの燃料供給装置（Ｆ₁、Ｆ₂）と流体連通した少なくとも１つの第１の燃料制御ポート（７５、７７）及び少なくとも１つの第２の燃料制御ポート（７７、７５）を有する少なくとも１つのアクチュエータループを備え、
   前記少なくとも１つの第１のアクチュエータループが、ロータ（４４、７８）と、第１の方向又は第２の方向（８０、８２）の何れかで燃料によって駆動される回転運動を有する少なくとも１つのハウジング（６４）とを有し、
   前記回転式アクチュエータ組立体（６０）が更に、
   前記第１のアクチュエータループに作動可能に接続された第１のアクチュエータリンケージ（６２）を備え、
   前記燃料が前記少なくとも１つの第１のアクチュエータループの前後で圧力差を生じて、前記ハウジング（６４）を駆動し、前記ベーン（３３、３７、４１）の少なくとも１つの段を作動させる、回転式アクチュエータ組立体（６０）。
2. 前記アクチュエータ組立体（６０）が、エンジン軸方向に装着される、請求項１に記載の回転式アクチュエータ組立体（６０）。
3. 第２のハウジング（６４）を更に備える、請求項１に記載の回転式アクチュエータ組立体（６０）。
4. 前記ベーン（３３、３７、４１）の少なくとも１つの段が、前記第１のハウジング（６４）及び前記第２のハウジング（６４）によって独立して制御される複数のベーン段である、請求項３に記載の回転式アクチュエータ組立体（６０）。
5. 前記第１のハウジング（６４）及び前記第２のハウジング（６４）のうちの一方により入口ガイドベーン（３３）の移動が生じ、前記第１及び第２のハウジング（６４）の他方により第１及び第２段ガイドベーン（３７、４１）のうちの少なくとも１つの移動が生じる、請求項３に記載の回転式アクチュエータ組立体（６０）。
6. 第１の回転位置センサを更に備える、請求項１に記載の回転式アクチュエータ組立体（６０）。
7. 前記第１の回転位置センサが、全自動デジタル エンジンコントローラ（ＦＡＤＥＣ）にフィードバックを提供する第１の電圧変換器回転位置センサである、請求項６に記載の回転式アクチュエータ組立体（６０）。
8. 前記第１の回転位置センサが、前記ハウジング（６４）に位置フィードバックを提供する第１の電圧変換器回転位置センサである、請求項６に記載の回転式アクチュエータ組立体（６０）。
9. 前記第１のアクチュエータリンケージ（６２）が、前記ハウジング（６４）の回転に伴って第１の並進方向（８０）及び第２の並進方向（８２）に移動可能である、請求項１に記載の回転式アクチュエータ組立体（６０）。
10. 前記第１のハウジング（６４）の前記第１の方向（８０）及び前記第２の方向（８２）の移動が実質的に等しいトルクを提供する、請求項９に記載の回転式アクチュエータ組立体（６０）。
11. 前記ハウジング（６４）が燃料の汚染を低減する、請求項１に記載の回転式アクチュエータ組立体（６０）。
12. 前記第１及び第２のハウジング（６４）の各々に接続された少なくとも１つのクレビス（６６）を更に備える、請求項３に記載の回転式アクチュエータ組立体（６０）。
13. 前記ベーン（３３、３７、４１）の複数の段が圧縮機（１４、１７）内に位置する、請求項１に記載の回転式アクチュエータ組立体（６０）。
14. 前記第１のアクチュエータループの第１のハウジング（６４）が回転し、第２のアクチュエータループの第２のハウジング（６４）が、前記第１のアクチュエータループの第１のハウジング（６４）とは無関係に回転する、請求項３に記載の回転式アクチュエータ組立体（６０）。