JP6059861B2 - Gas turbine engine and method for operating a gas turbine engine - Google Patents
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Description
本発明は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、加圧空気流によって駆動されるブレード上に設置された先端ファンを有する中圧ファン段を備えたガスタービンエンジンに関する。 The present invention relates generally to gas turbine engines, and more specifically to a gas turbine engine having an intermediate pressure fan stage having a tip fan installed on a blade driven by a pressurized air flow.
ターボファン航空機ガスタービンエンジンでは、作動時に、空気がファンモジュール、任意選択的ブースタモジュール及び圧縮機モジュール内で加圧される。ファンモジュールを通って流れる空気の一部分は、バイパスストリームとして流れかつ飛行中の航空機を推進するのに必要な推力の一部分を発生させるために使用される。任意選択的ブースタモジュール及び圧縮機モジュールを通して送られた空気は、燃焼器内で燃料と混合されかつ点火されて高温燃焼ガスを発生し、この高温燃焼ガスはタービン段を通って流れ、タービン段は、高温燃焼ガスからエネルギーを取出して、ファン、ブースタ及び圧縮機ロータに動力を供給するようにする。ファン、ブースタ及び圧縮機モジュールは、一連のロータ段及びステータ段を有する。ファン及びブースタロータは一般的に、低圧タービン(LPT)によって駆動され、また圧縮機ロータは、高圧タービン(HPT)によって駆動される。ファン及びブースタロータは、圧縮機ロータに空気力学的に結合されるが、ファンロータ及び圧縮機ロータは通常、異なる機械回転速度で作動する。 In a turbofan aircraft gas turbine engine, during operation, air is pressurized in the fan module, optional booster module, and compressor module. A portion of the air flowing through the fan module flows as a bypass stream and is used to generate a portion of the thrust necessary to propel the aircraft in flight. Air sent through the optional booster module and compressor module is mixed with fuel in the combustor and ignited to generate hot combustion gas, which flows through the turbine stage, The energy is extracted from the hot combustion gases to power the fan, booster and compressor rotor. The fan, booster and compressor module has a series of rotor stages and stator stages. The fan and booster rotor are typically driven by a low pressure turbine (LPT), and the compressor rotor is driven by a high pressure turbine (HPT). Although the fan and booster rotor are aerodynamically coupled to the compressor rotor, the fan rotor and compressor rotor typically operate at different machine rotational speeds.
多くの場合、より高いファン圧力比を有するより低いバイパス比エンジンの構成要素として、中程度のファン圧力比を有する高バイパス商業エンジン又は中間バイパスエンジンによる圧縮機、燃焼器、高圧タービン(HPT)及び低圧タービン(LPT)を含むエンジンコアを使用するのが望ましい。高圧圧縮機(HPC)へのブースト圧力及び温度は通常、元の高バイパスエンジンでよりも低バイパス派生エンジンで大幅により高くなる。このことは一般的に、コアの物理的最大コア回転速度及び/又は最大圧縮機吐出温度性能の機械的限界値のために、コア内における最大作動空気流をその全設計修正空気流容量以下に制限することを必要とする。その最大可能能力で元のエンジンコア空気流を作動させながら、バイパスストリームに対するファン圧力比を大幅に増大させて派生エンジンの推力可能能力を最大にする方法を見出すのが望ましい。 In many cases, components of lower bypass ratio engines with higher fan pressure ratios include compressors, combustors, high pressure turbines (HPT) and high bypass commercial or intermediate bypass engines with moderate fan pressure ratios. It is desirable to use an engine core that includes a low pressure turbine (LPT). Boost pressure and temperature to the high pressure compressor (HPC) is typically much higher in the low bypass derivative engine than in the original high bypass engine. This generally means that the maximum working air flow in the core is less than its total design modified air flow capacity due to the core physical maximum core rotational speed and / or mechanical limits of maximum compressor discharge temperature performance. Need to limit. It would be desirable to find a way to maximize the thrustable capacity of the derived engine by greatly increasing the fan pressure ratio to the bypass stream while operating the original engine core airflow at its maximum possible capacity.
従って、元のエンジンコアをその全空気流性能付近で作動させながら、バイパスストリームに対するファン圧力比を大幅に増大させて派生エンジンの推力可能能力を最大にするのを可能にするファンシステムを有するのが望ましいと言える。 Thus, having a fan system that allows the original engine core to operate near its full airflow performance while greatly increasing the fan pressure ratio to the bypass stream to maximize the thrustable capacity of the derived engine. Is desirable.
上述の必要性つまりニーズは、ファンシステムを提供する例示的な実施形態によって満たすことができ、本ファンシステムは、空気流を加圧するように構成された前方ファン段と、前方ファン段からの加圧空気流の第1の部分を加圧するように構成された先端ファンを備えた後方ファン段とを有し、後方ファン段は、加圧空気流の第2の部分によって駆動されるようになっている。 The above needs or needs can be met by an exemplary embodiment that provides a fan system, which includes a front fan stage configured to pressurize air flow, and an application from the front fan stage. And a rear fan stage with a leading fan configured to pressurize a first portion of the pressurized air stream, the rear fan stage being driven by the second portion of the pressurized air stream. ing.
本発明の1つの態様では、後方ファン段は、前方ファン段とは独立して回転する。 In one aspect of the invention, the rear fan stage rotates independently of the front fan stage.
本発明の別の態様では、後方ファン段は、加圧空気の流れからエネルギーを取出すようになったタービン翼形部と空気の流れを加圧するようになった先端ファンブレードとを備えた空気タービンブレードを有する。 In another aspect of the invention, the aft fan stage includes a turbine airfoil adapted to extract energy from a pressurized air stream and a tip fan blade adapted to pressurize the air stream. Has a blade.
本発明と見なされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲において具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。しかしながら、本発明は、添付図面と関連させて行った以下の詳細な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。 The subject matter regarded as the invention is particularly pointed out and distinctly claimed in the claims appended hereto. However, the invention can best be understood by referring to the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.
様々な図全体を通して同一の参照符号が同じ要素を表している図面を参照すると、図1は、本発明の例示的な実施形態を組入れた例示的なターボファンガスタービンエンジン10を示している。この例示的なガスタービンエンジン10は、エンジン中心軸線11と、周囲空気1の流入流を受けるファン12と、任意選択的ブースタ又は低圧圧縮機(LPC)(図1には図示せず)と、高圧圧縮機(HPC)18と、HPC18によって加圧した空気と燃料を混合して高圧タービン(HPT)22を通って下流方向に流れる燃焼ガスを発生させる燃焼器20と、それにより燃焼ガスがエンジン10から吐出される低圧タービン(LPT)24とを含む。HPT22は、HPTシャフト23を使用してHPC18に結合されて、実質的に高圧ロータ29を形成する。低圧シャフト25は、LPT24をファン12(及び存在する場合には任意選択的ブースタ)に接合して実質的に低圧ロータ28を形成する。第2のつまり低圧シャフト25は、高圧ロータ29と同軸にかつ該高圧ロータ29の半径方向内側に回転可能に配置される。低圧ロータ28及び高圧ロータ29は、空気力学的に結合されるが、それらロータは機械的に結合されていないので独立して回転する。
Referring to the drawings wherein like reference numerals represent like elements throughout the various views, FIG. 1 illustrates an exemplary turbofan
コアを通って流れる空気を加圧するHPC18は、長手方向中心軸線11の周りで回転するロータ19を有する。HPCシステムは、長手方向中心軸線11の周りで円周方向に配置された複数の入口案内ベーン(IGV)30及び複数のステータベーン31を含む。HPC18はさらに、ロータハブ39又は別個のディスクの形態になった対応するロータから半径方向外向きに延びる対応するロータブレード40、或いは一体形ブリスク、或いはあらゆる従来型の方式になった環状ドラムを有する複数のロータ段19を含む。高圧ロータ29は、好適な軸受を用いた公知の支持方法を使用してエンジン固定フレーム内に支持される。
The HPC 18 that pressurizes the air flowing through the core has a
各ロータ段19と協働するのは、複数の円周方向に間隔を置いて配置されたステータベーン31を備えた対応するステータ段である。図1には、軸流高圧圧縮機18におけるステータベーン及びロータブレードの例示的な配置を示している。ロータブレード40及びステータベーン31は、コア空気流8を軸方向段内において連続的に加圧するようになった対応する空気力学的な輪郭又は外形を有する翼形部を形成する。ロータブレード40は、ロータブレード先端を囲む環状ケーシング38内で回転する。作動中に、コア空気流8の圧力は、空気がステータ及びロータ翼形部を通して減速しかつ拡散するにつれて増大する。
Cooperating with each
図1は、空気流1を加圧する前方ファン段52を含むファンシステム50を示している。加圧空気流2は、前方ファン段52から軸方向後方に流出する。中心軸線11と同軸になっている固定環状スプリッタ46が、前方ファン段52の軸方向後方に設置される。図1に示すように、環状スプリッタ46は、加圧空気流2を第1の部分3と第2の部分4とに分割する。
FIG. 1 shows a
ファンシステム50は、環状スプリッタ46の軸方向後方に設置された後方ファン段60を有する。後方ファン段60は、後方ファンロータ61を含みかつ後方ファンブレード62の円周方向列を有する。後方ファン段60は、中心軸線11の周りで回転するが、高圧圧縮機18又は前方ファン段52とは機械的に結合されていない。後方ファン段60は、エンジン10の作動時に前方ファン段52及び高圧圧縮機18の前方段に空気力学的に結合されるが、後方ファン段60は、低圧ロータ28及び高圧ロータ29とは機械的に独立して回転する。従って、後方ファン段60は、その上流に設置された前方ファン段52とは独立して回転する。
The
図1に示すように、後方ファン段60は、長手方向軸線11の周りで円周方向に配置された後方ファンブレード62の列を含む。各後方ファンブレード62は、半径方向内側部分63及び外側部分64を有する。後方ファンブレード62の半径方向内側部分63は、該内側部分63に流入する加圧空気流7からエネルギーを取出すことができる空気タービンブレード82として駆動されるように構成される。公知の空気タービン翼形部形状は、後方ファンブレード62の内側部分63を構成する上で使用することができる。空気流が内側部分63上を流れる時に、空気流は、膨張してより低い圧力及びより低い温度を有する空気の流出流57を形成しかつ後方ファンブレード62にエネルギーを与えて後方ファン段60を駆動する。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、各後方ファンブレード62は、外側部分64と、内側部分63及び外側部分64間に配置された弓形シュラウド65とを有する。後方ファンブレード62の外側部分64は、空気の流入流6を加圧することができる先端ファンブレード72となるように構成される。弓形シュラウド65は先端ファンブレード72を支持する。後方ファンブレード62の外側部分は、空気の流入流6を加圧することができるファンブレードとしての公知の翼形部形状を有する。後方ファン段60の組立て状態では、各ブレード62の弓形シュラウド65は、円周方向に隣接するファンブレード62の弓形シュラウドに当接して、環状プラットフォームと先端ファンブレード72を備えた先端ファン70とを形成する。1つの実施形態では、各後方ファンブレード62は、弓形シュラウド65によって支持された1つの先端ファンブレード72を有する。別の実施形態では、各後方ファンブレード62は、弓形シュラウド65によって支持された複数の先端ファンブレード72を有することができる。
As shown in FIG. 1, each rear fan blade 62 has an
図1に示すように、後方ファン段60は、前方ファン段52からの加圧空気流2の第1の部分3を加圧するように構成された先端ファン70を有する。先端ファン70は、空気タービンブレード82として作用する後方ブレード内側部分63によって駆動される。先端ファン70を備えた後方ファン段60は、加圧空気流2の第2の部分4によって駆動される。後方ファンブレード62の内側部分63は、加圧空気ストリームからエネルギーを取出すことができる空気タービンブレードとして働くように構成され、一方、後方ファンブレード62の外側部分64は、空気流を加圧することができる圧縮型の翼形部となるように構成される。内側部分63は、加圧空気の流れからエネルギーを取出すようになったタービン型の翼形部84を有する空気タービンブレード82である。それに代えて、後方ファンブレード62の外側部分64は、本明細書では先端ファンブレード72と呼ばれる。先端ファンブレード72は、空気の流れ6を加圧して、加圧先端流56(図1参照)を発生させることができる。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、ファンシステム50はさらに、後方ファン段60の先端ファン70の軸方向前方に設置された入口案内ベーン(IGV)74の円周方向列を含む。IGV74は、さらなる加圧を行なうのに好適なように先端ファン70に流入する空気流6となるように流入空気流3を配向し直すことができる公知の翼形部形状を有する。IGV74は、内側ケーシング68(図1参照)及び/又はスプリッタ46によって好適に支持される。後方ファン段60の作動の制御を高めるために、ファンシステム50は、先端ファン70に対する空気の流れ6を調整するように構成された可変ベーンを備えた入口案内ベーン74を有することができる。先端ファン70に導かれる空気流6の量及び配向は、公知のアクチュエータ75を使用してIGV74の一部分を好適に移動させてスタッガ角度を変化させることによって、変更することができる。
As shown in FIG. 1, the
図2は、空気流1を加圧するように構成された複数の前方ファン段152を有する複数段ファン112を備えたガスタービンエンジン110の例示的な実施形態を示している。図2に示す例示的なエンジン110では3つの前方ファン段152を示しているが、特定の用途に合わせてあらゆる好適な数の前方ファン段を選択することができる。前方ファン段は、ファンに流入する流れストリーム1を加圧して加圧流ストリーム2を発生させる。前方ファン段は、低圧タービン124及び低圧タービンシャフト125を含む低圧ロータ128によって駆動される。ガスタービンエンジン110はさらに、高圧タービン122及び高圧シャフト123を有する高圧ロータ129によって駆動される圧縮機118を含む。HPC118は、長手方向中心軸線11の周りで回転しかつコアを通って流れる空気8を加圧するロータ19を有する。HPCシステムは、長手方向中心軸線11(例えば、図1参照)の周りで円周方向に配置された複数のステータベーンを含む。HPC118はさらに、ロータハブ139又は別個のディスクの形態になった対応するロータから半径方向外向きに延びる対応するロータブレード140、或いは一体形ブリスク、或いはあらゆる従来型の方式になった環状ドラムを有する複数のロータ段119を含む。高圧ロータ129は、好適な軸受を用いた公知の支持方法を使用してエンジン固定フレーム内に支持される。高圧タービン122及び低圧タービン124は、燃焼器120内で発生しかつ高温排気ストリーム92として流出する燃焼ガスによって駆動される。
FIG. 2 illustrates an exemplary embodiment of a
ガスタービンエンジン110のこの例示的な実施形態は、軸方向最終前方ファン段152の軸方向後方に設置された環状スプリッタ146(図2参照)を含む。スプリッタ146は、前方ファン段152からの加圧流ストリーム2を分岐させて、該加圧流2の第1の部分3及び第2の部分4を形成するようになっている。
This exemplary embodiment of the
図2に示すように、ガスタービンエンジン110のこの例示的な実施形態は、スプリッタ146の軸方向後方にかつ圧縮機118の軸方向前方に設置された後方ファン段160を含む。図2に示すように、後方ファン段160は、前方ファン段152からの加圧空気流2の第1の部分3を加圧するように構成された先端ファン170を有する。先端ファン170は、空気タービンブレード182として作用する後方ブレード内側部分163によって駆動される。先端ファン170を備えた後方ファン段160は、加圧空気流2の第2の部分4によって駆動される。後方ファンブレード162の内側部分163は、加圧空気ストリームからエネルギーを取出すことができる空気タービンブレードとして働くように構成され、一方、後方ファンブレード162の外側部分164は、空気流を加圧することができる圧縮型の翼形部となるように構成される。内側部分163は、加圧空気の流れからエネルギーを取出すようになったタービン型の翼形部184を有する空気タービンブレード182である。それに代えて、後方ファンブレード162の外側部分は、本明細書では先端ファンブレード172と呼ばれる。先端ファンブレード172は、空気の流れ6を加圧して、加圧先端流56(例えば、図1参照)を発生させることができる。後方ファン段160は、該後方ファン段160を駆動する加圧空気流の圧力及び温度を低下させる。公知の空気タービン翼形部形状、材料及び製造方法は、後方ファンブレード162の内側部分163を構成する上で使用することができる。空気流が内側部分163上を流れる時に、空気流は、膨張してより低い圧力及びより低い温度を有する空気の流出流57を形成しかつ後方ファンブレード162にエネルギーを与えて後方ファン段160を駆動する。
As shown in FIG. 2, this exemplary embodiment of
図2に示す例示的なガスタービンエンジン110はさらに、先端ファンブレード172の軸方向前方に設置された入口案内ベーン(IGV)174の円周方向列を含む。公知の翼形部形状、材料及び製造方法は、IGV174を構成する上で使用することができる。IGV174は、図1に示す装置と同様に先端ファン170内への空気の流れのボリュームを制御する。先端ファン170内への空気の流れの制御を高めるために、入口案内ベーン174は、先端ファン70に対する空気の流れを調整するように構成された可変ベーンにする。先端ファン710に導かれる空気流の量及び配向は、公知のアクチュエータ175を使用してIGV174の一部分を好適に移動させることによりスタッガ角度を変化させることによって、変更することができる。
The exemplary
本発明の1つの態様では、図2(及び図1)に示す例示的なガスタービンエンジン110はさらに、内側バイパス流56を流すようになった環状内側バイパス通路142と、外側バイパス流5を流すようになった環状外側バイパス通路144とを含む。外側バイパス流5は、外側バイパス通路144を通って流れかつ先端ファン170によって加圧されない。内側バイパス流6(図1参照)は、先端ファン170によって加圧されかつ加圧先端流56として流出する。後方ファン段160の下流に設置された前方ミキサ148は、より高い圧力の内側バイパス流56及びより低い圧力の外側バイパス流5を混合して混合バイパス流9を形成しかつ静圧平衡状態を発生させるのを強化するために設けられる。ミキサ148として、公知のミキサ(代わりに、当技術分野では可変面積バイパス噴射器つまりVABIとして知られている)を使用することができる。外側バイパス通路144における逆流は、該外側バイパス通路144の前方領域付近に設置した公知のブロッカドア145を使用することによって防止することができる。エンジンの作動時において、可変IGV174を開いて先端ファン170によってさらに加圧させる時には、ブロッカドアを閉鎖方向に作動させる。ガスタービンエンジン110はさらに、低圧タービン24の下流に設置されかつ該低圧タービン24からの高温排気92及び比較的より低温のバイパス空気流ストリーム91の混合を高めるようになった後方ミキサ94(代わりに、当技術分野では可変面積バイパス噴射器つまりVABIとして知られている)を含む。この目的のために、公知のミキサ(VABI)を使用することができる。エンジン作動時において、前方ファン段152及び後方ファン段160の作動性は、公知の方法つまり可変IGV144、ブロッカドア145、前方ミキサ148及び後部VABI194の作用を使用して必要に応じて好適にスケジュールすることによって制御することができる。
In one aspect of the invention, the exemplary
図1及び図2に示すように、後方ファン段60、160(代わりに、本明細書では中圧ファン段つまりIPFSと呼ばれる)は、当技術分野では公知のコアスプールに結合されたコア駆動ファン段とは異なって、先端ファン70、170を組入れた個別の独立回転スプールである。さらに、本明細書で説明するように、IPFSは、その外側部分における先端ファンブレード72、172と、内側部分における空気タービンブレード82、182とを有する。IPFSスプールは、ファン空気の一部がIPFSの先端に送給されるように前方ファン52、152とHPC18、118との間に設置され、IPFSの先端において、その圧力はIPFS先端ファンブレード72、172によってさらに高められ、次に内側バイパス通路42、142に送給される。前方ファン流2の内側部分4は、IPFSの内側部分におけるタービンブレード82、182に送給され、タービンブレード82、182において、前方ファン流2の内側部分は膨張してファン先端を駆動する動力を与えるようになる。タービンの出口からの流れは、HPC18、118の入口に送給される。IPFSタービンブレード82、182によるエネルギーの取出しは、HPC内へのブースト圧力及び温度を前方ファン出口52、152におけるブースト圧力及び温度以下に低下させる。前方ファン52、152及びIPFS先端ファン70、170の圧力比の賢明な選択によって、高圧圧縮機18、118に対する入口条件を、元の(基準)エンジン設計条件に整合させかつ派生エンジンによるコア流れ能力の使用を最大にすることができる。同時に、前方ファン52、152及びIPFS60、160は、バイパス流9のための所望のより高いバイパス空気圧力をもたらす。
As shown in FIGS. 1 and 2, the rear fan stages 60, 160 (alternatively referred to herein as medium pressure fan stages or IPFS) are core drive fans coupled to a core spool as is known in the art. Unlike the stage, it is a separate independent rotating spool incorporating the
繰返し調査によると、同一のファン空気流寸法において派生混合流ターボファンよりも最大20%まで、既存のコアにおける発生可能推力を増大させることができることを示した。HPCへの温度レベルは、元のコア機械設計限界値の範囲内で補正流れ能力の最大使用を可能にする元のハードウェア設計条件に容易に整合させることができる。公知の方法を使用した流路アーキテクチャ調査を行って、IPFSのための必要な取付け構造並びにファン先端及びタービンハブの空気力学的設計特性を設定することができることは、当業者には分かるであろう。本明細書に示すこの例示的な実施形態では、IPFSは、ファンフレーム構造体内に取付けるのが好ましく、従って付加的なプールを取付けるための付加的な主エンジンフレームを必要としない。 Repeated investigations have shown that the possible thrust in existing cores can be increased by up to 20% over derived mixed flow turbofans at the same fan airflow dimensions. The temperature level to the HPC can be easily matched to the original hardware design conditions that allow maximum use of the correction flow capability within the original core machine design limits. One skilled in the art will appreciate that a flow path architecture study using known methods can be performed to set the required mounting structure for IPFS and the aerodynamic design characteristics of the fan tip and turbine hub. . In this exemplary embodiment shown herein, the IPFS is preferably mounted within the fan frame structure and thus does not require an additional main engine frame to mount an additional pool.
図1及び図2を参照すると、ファンシステム50、150を作動させる例示的な方法は、次のステップを含む。ファンシステム50、150内に流れている空気流1は、前方ファン段52、152内で加圧されて該前方ファン段から流出する加圧流2を発生させる。加圧流2は、例えば環状スプリッタ46、146を使用するような好適な手段を使用して第1の部分3及び第2の部分4に分岐される。加圧空気流2の第1の部分3は次に、後方ファン段60の先端ファン70に向けて導かれる。加圧流2の一部分は、外側バイパス通路44、144を通って流れて、外側バイパス流5を発生させる。後方ファン段60は、前方ファン段52とは独立して回転する。加圧空気流2の第2の部分4は、後方ファン段60の空気タービンブレード82の円周方向列に向けて導かれて、該後方ファン段60が加圧空気によって駆動されるようになる。この時点で、後方ファン段60の内側部分63、163に流入するより高い圧力の流入流7は、より低い圧力の流出流57に膨張する。この膨張時に、後方段60、160の内側部分63、163における膨張空気流の温度は、低下する。従って、圧縮機18、118に流入するコア流れ8の温度及び圧力は、低下する。
With reference to FIGS. 1 and 2, an exemplary method of operating
この例示的な方法はさらに、先端ファン70、170に流入する流れ6を加圧して加圧先端流56(図1及び図2参照)を発生させるステップを含む。先端ファン70に流入する空気の流れ6は、入口案内ベーン74、174で調整される。具体的には、先端ファン70、170を通って流れる空気の量は、入口案内ベーン74、174によって独立して制御される。より具体的には、入口案内ベーン74、174のスタッガは、エンジン10、110のファン圧力比、推力及び性能要件に基づいて先端ファン70、170を通る空気流の量を選択的に制御するように変更される。ほぼゼロ空気流量と最大吐出空気流量との間での空気6の調整は、必要に応じて入口案内ベーン74、174のスタッガを変更することによって行われる。この例示的な実施形態では、入口案内ベーン74、174は、公知のアクチュエータ75、175によって機械的に操作されかつ公知の主エンジン制御システム(図示せず)によって作動される。別の実施形態では、入口案内ベーン74、174は、あらゆる好適なメカニズムによって作動される。さらに、この例示的な方法は、環状外側バイパス通路44、144内における外側バイパス流5を環状内側バイパス通路42、142内における先端ファン70、170からの先端流56と混合させて、混合バイパス流9を形成するステップを含む。外側バイパス通路44、144付近に設置されたドア45、145は、部分的に閉じた位置とほぼ完全に開いた位置との間で該ブロッカドア45、145を調整することによって、外側バイパス通路144内における逆流を防止するように作動するようになる。公知の主エンジン制御システム(図示せず)によって作動される機械的アクチュエータは、本明細書で示す例示的な実施形態で使用される。本明細書で説明した方法は任意選択的に、公知の型の前方ミキサを作動させて外側バイパス流5及び先端流56の混合を制御しかつ好適な静圧平衡状態を達成するステップを含む。さらに、本方法は、公知の型の後方ミキサ94、194を作動させて前方ファン段152及び後方ファン段160の作動特性並びにエンジン10、110性能を制御するステップ含む。前方ミキサ48、148、後方ミキサ94、194、ブロッカドア45、145、及び入口案内ベーン74、174は、エンジン制御システム(図示せず)を使用した制御方式で作動させて、エンジン10、110の作動特性及び性能を最大にするようにする。
This exemplary method further includes pressurizing the
本明細書は、最良の形態を含む実施例を使用して本発明を開示し、また当業者が本発明を製作しかつ使用することを可能にもする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって定まり、また当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有するか又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することになることを意図している。 This written description uses examples, including the best mode, to disclose the invention and also to enable any person skilled in the art to make and use the invention. The patentable scope of the invention is defined by the claims, and may include other examples that occur to those skilled in the art. Such other embodiments may have structural elements that do not differ from the language of the claims, or they contain equivalent structural elements that have non-essential differences from the language of the claims. Is intended to fall within the scope of the appended claims.
1 周囲空気
2 前方ファン段からの加圧空気流
3 前方ファン段からの加圧空気流の第1の部分
4 前方ファン段からの加圧空気流の第2の部分
5 外側バイパス流
6 内側バイパス流
7 後方ファン段への加圧空気流
8 コア空気流
9 混合バイパス流
10、110 ガスタービンエンジン
11 エンジン中心軸線
12、112 ファン
18、118 高圧圧縮機(HPC)
19、119 ロータ段
20、120 燃焼器
22、122 高圧タービン(HPT)
23、123 HPTシャフト
24、124 低圧タービン(LPT)
25、125 低圧シャフト
28、128 低圧ロータ
29、129 高圧ロータ
30 入口案内ベーン(IGV)
31 ステータベーン
38 ケーシング
39、139 ロータハブ
40、140 ロータブレード
42、142 環状内側バイパス通路
44、144 環状外側バイパス通路
45、145 ブロッカドア
46、146 スプリッタ
48、148 前方ミキサ
50 ファンシステム
52、152 前方ファン段
56 加圧先端流
57 後方ファンブレードからの流出流
60、160 後方ファン段
61 後方ファンロータ
62、162 後方ファンブレード
63、163 後方ファンブレードの半径方向内側部分
64、164 後方ファンブレードの半径方向外側部分
65 弓形シュラウド
68 内側ケーシング
70、170 先端ファン
72、172 先端ファンブレード
74、174 入口案内ベーン(IGV)
75、175 アクチュエータ
82、182 空気ファンブレード
84、184 タービン型の翼形部
91 低温のバイパス空気流ストリーム
92 高温排気ストリーム
94、194 後方ミキサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
19, 119
23, 123
25, 125
31
75, 175
Claims (12)
空気流(1)を加圧するように構成された、機械的に駆動する前方ファン段(52)と、
圧縮機(18)と、
前記前方ファン段(52)から軸方向後方にかつ前記圧縮機(18)から軸方向前方に設置されると共に該前方ファン段(52)からの加圧空気流(2)の第1の部分(3)を加圧するようになった先端ファンブレード(72)の円周方向列を備えた後方ファン段(60)と、を含み、
前記後方ファン段(60)が、前記加圧空気流(2)の第2の部分(4)から取り出されたエネルギーによって駆動されるようになっており、
前記後方ファン段(60)が、前記前方ファン段(52)及び前記圧縮機(18)とは独立して回転する、
ガスタービンエンジン。 A gas turbine engine (10) comprising:
A mechanically driven forward fan stage (52) configured to pressurize the air stream (1);
A compressor (18);
A first portion (2) of the pressurized air flow (2) from the front fan stage (52) is installed axially rearward and axially forward from the compressor (18). 3) a rear fan stage (60) with a circumferential row of tip fan blades (72) adapted to pressurize,
The rear fan stage (60) is driven by energy extracted from the second part (4) of the pressurized air stream (2);
The rear fan stage (60) rotates independently of the front fan stage (52) and the compressor (18);
Gas turbine engine.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載のガスタービンエンジン。
A first portion (3) of the pressurized air stream (2) flows upstream of the tip fan blade (72), flows through an annular inner bypass passage (142) and is pressurized by the tip fan blade (72). The inner bypass flow (56) and the outer bypass flow (5) that flows through the annular outer bypass passage (144) provided radially outside the annular inner bypass passage (142) and is not pressurized by the tip fan blade (72). And divided into,
The gas turbine engine according to any one of claims 1 to 4.
前記内側バイパス流(56)及び前記外側バイパス流(5)を混合を促進して混合バイパス流(9)を形成する前方ミキサ(148)をさらに含む、請求項5に記載のガスタービンエンジン。 Installed downstream of the rear fan stage (160);
The gas turbine engine of claim 5, further comprising a forward mixer (148) that promotes mixing of the inner bypass flow (56) and the outer bypass flow (5) to form a mixed bypass flow (9).
機械的に駆動される前方ファン段(152)を使用して空気流(1)を加圧して加圧空気流(2)を発生させるステップと、
前記加圧空気流(2)の第1の部分(3)を後方ファン段(160)の先端ファン(170)に向けて導くステップと、
前記加圧空気流(2)の第2の部分(4)を前記後方ファン段(160)の空気タービンブレード(182)の円周方向列内で膨張させて前記前方ファン段(152)とは独立して回転する前記後方ファン段(160)を駆動させ、圧縮機(118)に流入するコア流れ(5)の圧力が低下するようにするステップと、
を含む、
方法。 A method of operating a gas turbine engine (110) comprising:
Pressurizing the air stream (1) using a mechanically driven forward fan stage (152) to generate a pressurized air stream (2);
Directing the first portion (3) of the pressurized air stream (2) toward the leading fan (170) of the rear fan stage (160);
What is said front fan stage (152) by expanding a second part (4) of said pressurized air stream (2) in a circumferential row of air turbine blades (182) of said rear fan stage (160)? Driving the independently rotating rear fan stage (160) to reduce the pressure of the core flow (5) flowing into the compressor (118);
including,
Method.
12. The method of claim 11, further comprising adjusting the air flow (6) between a substantially zero air flow rate and a maximum discharge air flow rate.
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