JP7473924B2 - 航空機用のガスタービンエンジン - Google Patents
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Description
本願は、航空機用のガスタービンエンジンに関する。
航空機用のガスタービンエンジンは、各種の補器を駆動するためのアクセサリギアボックスを備えている。アクセサリギアボックスは、ガスタービンエンジン内の回転部品から動力を抽出し、抽出した動力を各種の補器に供給している。ガスタービンエンジンがファンを備えている場合、アクセサリギアボックスはファンを覆うファンケースの外側に配置される（例えば特許文献１参照）。
ここで、航空機の機体は、ガスタービンエンジンの圧縮機から抽出した圧縮空気を適切な温度及び圧力に調整して客室へ供給する空調機を備えている。本願の発明者らは、ガスタービンエンジンの圧縮機から抽出した圧縮空気をそのまま機体（空調機）に供給するのではなく、抽出した圧縮空気を補助圧縮機によって昇圧してから機体に供給するシステムについて開発を進めている。
近年では燃費向上等の観点からターボファンエンジンンの高バイパス化、つまりファンの大型化が進み、ファンケースの外径が大きくなる傾向にある。そのため、アクセサリギアボックス及び補助圧縮機をファンケースの外側に設置すると、ガスタービンエンジン全体の外径が大きくなり、前影投影面積が大きくなってしまう。
本願は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、アクセサリギアボックスから取得した動力で駆動し、機体に供給する圧縮空気を昇圧する補助圧縮機を備えた航空機用のガスタービンエンジンであって、全体の外径を抑制することができるガスタービンエンジンを提供することを目的とする。
本願の一態様に係る航空機用のガスタービンエンジンは、互いに連結された低圧圧縮機及び低圧タービンを含む低圧回転部、互いに連結された高圧圧縮機及び高圧タービンを含む高圧回転部、並びに、前記低圧回転部及び前記高圧回転部を覆うとともに前記低圧回転部及び前記高圧回転部を通過する空気の流路を形成するコアケーシング、を有するコアエンジンと、前記コアエンジンよりも前方に位置するファンと、前記ファンを通過し前記コアエンジンを迂回するバイパス流路の内周面を形成するインナーカウルと、前記バイパス流路の外周面を形成するアウターカウルと、前記低圧回転部又は前記高圧回転部から動力を抽出し、抽出した動力を種々の補器に供給するするアクセサリギアボックスと、前記アクセサリギアボックスに取り付けられるとともに、前記アクセサリギアボックスから取得した動力によって駆動し、前記コアエンジンから抽出した圧縮空気を昇圧する補助圧縮機と、前記コアエンジンと機体とをつなぐストラット内を通過し、前記補助圧縮機で昇圧した圧縮空気を機体に供給する圧縮空気配管と、を備え、前記アクセサリギアボックス及び前記補助圧縮機は、前記コアケーシングと前記インナーカウルの間に形成されたインナー空間内に配置されている。
この構成によれば、アクセサリギアボックス及び補助圧縮機はインナーカウルよりも内側に配置されるため、アクセサリギアボックス及び補助圧縮機がファンケースの外側に配置される場合に比べて、ガスタービンエンジン全体の外径を抑制することができる。
上記の構成によれば、アクセサリギアボックスから取得した動力で駆動し、機体に供給する圧縮空気を昇圧する補助圧縮機を備えた航空機用のガスタービンエンジンであって、全体の外径を抑制することができるガスタービンエンジンを提供することができる。
以下、本実施形態に係るガスタービンエンジン１００について説明する。図１はガスタービンエンジンの概略側面図である。ただし、後述するインナーカウル３０及びアウターカウル４０は断面で示している。図２は、図１のII－II矢視断面図である。
以下の説明では、「前方」はガスタービンエンジン１００内で空気が流れる方向における上流側を意味し、「後方」は、ガスタービンエンジン１００内で空気が流れる方向における下流側を意味する。即ち、「前方」は、ガスタービンエンジン１００の回転軸の軸線方向において、ファン２０が設けられている側を意味し、「後方」は、ガスタービンエンジン１００の回転軸の軸線方向において、ファン２０が設けられている側と反対側を意味する。「半径方向」は、ガスタービンエンジン１００の回転軸の回転軸線に直交する方向を意味する。「周方向」は、ガスタービンエンジン１００の回転軸の回転軸線周りの方向を意味する。
本実施形態に係るガスタービンエンジン１００は、ストラット１０１を介して機体１０２に支持されている。図１に示すように、本実施形態に係るガスタービンエンジン１００は、コアエンジン１０と、ファン２０と、インナーカウル３０と、アウターカウル４０と、アクセサリギアボックス５０と、補助圧縮機６０と、圧縮空気配管７０と、エアスタータ８０と、を備えている。以下、これらの構成要素について順に説明する。
コアエンジン１０は、低圧回転部１１と、高圧回転部１２と、コアケーシング１３とを有している。低圧回転部１１には、低圧圧縮機１４、低圧タービン１５、及び、これらを連結する低圧軸１６が含まれる。また、高圧回転部１２には、高圧圧縮機１７、高圧タービン１８、及び、これらを連結するとともに上述した低圧軸１６が内部を貫通する高圧軸１９が含まれる。低圧圧縮機１４、高圧圧縮機１７、高圧タービン１８、低圧タービン１５は、上流から下流に向かってこの順で配置されている。また、高圧圧縮機１７と高圧タービン１８の間には、図外の燃焼器が配置されている。コアケーシング１３は、低圧回転部１１及び高圧回転部１２を覆う部材である。コアケーシング１３は、筒状の形状を有しており、低圧回転部１１及び高圧回転部１２を通過する空気の流路を形成する。なお、コアケーシング１３の軸方向中央部分は、軸方向前方部分及び軸方向後方部分に比べて外径が小さい。
ファン２０は、コアエンジン１０よりも前方に位置している。ファン２０は、コアエンジン１０の低圧回転部１１に連結されており、低圧回転部１１とともに回転する。ファン２０の半径方向内側の部分を通過した外気はコアエンジン１０に流入する一方、半径方向外側の部分を通過した外気はコアエンジン１０を迂回して環状のバイパス流路２１を流れる。
インナーカウル３０は、円筒状の形状を有しており、コアエンジン１０を覆うように配置されている。インナーカウル３０は、上述したバイパス流路２１の内周面を形成している。さらに、インナーカウル３０とコアケーシング１３の間には、インナー空間３１が形成されている。インナー空間３１の軸方向中央部分は、軸方向前方部分及び軸方向後方部分に比べて半径方向寸法が大きい。
アウターカウル４０は、円筒状の形状を有しており、ファン２０の半径方向外方付近から後方に向かって延びている。また、アウターカウル４０は、上述したバイパス流路２１の外周面を形成している。なお、従来の航空機用のガスタービンエンジンでは、このアウターカウル４０の外側等にアクセサリギアボックスや補器が設けられていた。
アクセサリギアボックス５０は、コアエンジン１０から動力を抽出し、抽出した動力を種々の補器に供給する装置である。本実施形態のアクセサリギアボックス５０は、図外の入力軸が低圧回転部１１又は高圧回転部１２に接続されており、低圧回転部１１又は高圧回転部１２から動力を抽出するように構成されている。また、アクセサリギアボックス５０から動力を取得する補器は、アクセサリギアボックス５０の前面、側面、及び後面に取り付けることができる。
さらに、アクセサリギアボックス５０は、コアケーシング１３とインナーカウル３０との間に形成されたインナー空間３１内に配置されている。また、軸方向位置に関しては、アクセサリギアボックス５０は、インナー空間３１の軸方向中央部分に配置されている。具体的には軸方向において高圧圧縮機１７と高圧タービン１８の間付近に配置されている。ただし、アクセサリギアボックス５０の軸方向位置はこれに限定されない。
また、図２に示すように、アクセサリギアボックス５０は、コアケーシング１３に沿って周方向に湾曲して延びている。本実施形態のアクセサリギアボックス５０は、コアケーシング１３の左下（図２の右下）の領域に配置されている。ただし、コアケーシング１３に対するアクセサリギアボックス５０の周方向位置はこれに限定されない。さらに、アクセサリギアボックス５０は、種々の補器が周方向に並んで取り付けられている。
補助圧縮機６０は、アクセサリギアボックス５０に取り付けられる。補助圧縮機６０は回転速度を調整する変速機５１を介してアクセサリギアボックス５０に取り付けられている。例えば、変速機５１は無段変速機であってもよく、電動機であってもよい。補助圧縮機６０は、アクセサリギアボックス５０から取得した動力によって駆動し、コアエンジン１０から抽出した圧縮空気を昇圧する装置である。昇圧した圧縮空気は、後述の圧縮空気配管７０を介して機体１０２に供給される。なお、補助圧縮機６０は、コアエンジン１０の低圧圧縮機１４、高圧圧縮機１７、又は、その両方に対応する部分から抽気配管６１を介して圧縮空気を抽出する。
本実施形態の補助圧縮機６０は、アクセサリギアボックス５０と同様に、コアケーシング１３とインナーカウル３０との間に形成されたインナー空間３１内に配置されている。このように、アクセサリギアボックス５０及び補助圧縮機６０をインナー空間３１内に配置することで、これらの装置をアウターカウル４０の外側等に配置する場合に比べてガスタービンエンジン１００全体の外径を抑制することができる。
さらに、本実施形態の補助圧縮機６０は、アクセサリギアボックス５０よりもコアエンジン１０の軸方向前方に配置されている。具体的には、補助圧縮機６０は、アクセサリギアボックス５０の前面に変速機５１を介して設けられている。前述のとおり、補助圧縮機６０は、コアエンジン１０の低圧圧縮機１４、高圧圧縮機１７、又は、その両方に対応する部分から抽気配管６１を介して圧縮空気を抽出する。そのため、アクセサリギアボックス５０よりも前方に配置されていれば、低圧圧縮機１４、高圧圧縮機１７、又は、その両方に対応する部分との距離が近くなるので、抽気配管６１を短くすることができる。同様の理由から、補助圧縮機６０は、低圧圧縮機１４又は高圧圧縮機１７の半径方向外側であって、低圧圧縮機１４又は高圧圧縮機１７と軸方向位置が重複するように配置されているのが望ましい。本実施形態では、補助圧縮機６０は、高圧圧縮機１７と軸方向位置が重複するように配置されている。
また、図２に示すように、補助圧縮機６０はアクセサリギアボックス５０の周方向中央部分よりもストラット１０１に近い部分に取り付けられている。つまり、本実施形態では、アクセサリギアボックス５０から見てストラット１０１は上方に位置しているため、補助圧縮機６０はアクセサリギアボックス５０の周方向中央部分よりも上方の部分に取り付けられている。なお、本実施形態のストラット１０１はコアエンジン１０の頂部に位置しているが、コアエンジン１０の頂部以外の部分に位置する場合もある。
圧縮空気配管７０は、補助圧縮機６０で昇圧した圧縮空気を機体１０２に供給する配管である。圧縮空気配管７０は、補助圧縮機６０からコアケーシング１３に沿って周方向右周り及び周方向左周りのうちストラット１０１までの距離が短い方でストラット１０１に向かい、その後ストラット１０１内を通過している。本実施形態では、補助圧縮機６０はコアケーシング１３の左側に位置しており、ストラット１０１はコアケーシング１３の頂部付近に位置している。そのため、補助圧縮機６０からコアケーシング１３に沿うストラット１０１までの距離は、周方向右回り（図２の時計回り）よりも、周方向左回り（図２の反時計回り）の方が短い。したがって、本実施形態では、圧縮空気配管７０を補助圧縮機６０からコアケーシング１３に沿って周方向左回りでストラット１０１に向かい、その後ストラット１０１内を通過している。さらに、前述のとおり、補助圧縮機６０はアクセサリギアボックス５０の周方向中央部分よりもストラット１０１に近い部分に取り付けられている。したがって、本実施形態によれば、圧縮空気配管７０の長さを抑制することができる。
エアスタータ８０は、ガスタービンエンジン１００の始動時において、アクセサリギアボックス５０を介してガスタービンエンジン１００を回転駆動させる装置である。エアスタータ８０は、機体１０２から供給された高圧空気を利用して駆動する。この高圧空気は、機体１０２から圧縮空気配管７０を介して供給される。つまり、圧縮空気の流れる方向は逆であるが、補助圧縮機６０から機体１０２に供給する圧縮空気の配管と機体１０２からエアスタータ８０に供給する配管（圧縮空気配管７０）は同じである。なお、エアスタータ８０の代わりに、電気スターターを用いることもできる。
本実施形態では、補助圧縮機６０とエアスタータ８０は周方向に隣り合ってアクセサリギアボックス５０に取り付けられている。具体的には、補助圧縮機６０の下方にエアスタータ８０が位置している。このように、補助圧縮機６０とエアスタータ８０が隣り合うようにして配置されることにより、共用の圧縮空気配管７０の全長を抑制することができる。なお、補助圧縮機６０とエアスタータ８０の位置が逆になっていてもよい。
また、補助圧縮機６０とエアスタータ８０はアクセサリギアボックス５０を挟んで向かい合うようにして配置されていてもよい。つまり、エアスタータ８０は、アクセサリギアボックス５０の後面であって補助圧縮機６０と周方向位置が同じとなるように、又は重複して配置されていてもよい。この場合であっても、圧縮空気配管７０の長さを抑制することができる。
（作用効果等）
以上説明したとおり、実施形態に係る航空機用のガスタービンエンジンは、互いに連結された低圧圧縮機及び低圧タービンを含む低圧回転部、互いに連結された高圧圧縮機及び高圧タービンを含む高圧回転部、並びに、前記低圧回転部及び前記高圧回転部を覆うとともに前記低圧回転部及び前記高圧回転部を通過する空気の流路を形成するコアケーシング、を有するコアエンジンと、前記コアエンジンよりも前方に位置するファンと、前記ファンを通過し前記コアエンジンを迂回するバイパス流路の内周面を形成するインナーカウルと、前記低圧回転部又は前記高圧回転部から動力を抽出し、抽出した動力を種々の補器に供給するアクセサリギアボックスと、前記アクセサリギアボックスに取り付けられるとともに、前記アクセサリギアボックスの駆動力によって駆動し、前記コアエンジンから抽出した圧縮空気を昇圧する補助圧縮機と、前記コアエンジンと機体とをつなぐストラット内を通過し、前記補助圧縮機で昇圧した圧縮空気を機体に供給する圧縮空気配管と、を備え、前記アクセサリギアボックス及び前記補助圧縮機は、前記コアケーシングと前記インナーカウルの間に形成されたインナー空間内に配置されている。
以上説明したとおり、実施形態に係る航空機用のガスタービンエンジンは、互いに連結された低圧圧縮機及び低圧タービンを含む低圧回転部、互いに連結された高圧圧縮機及び高圧タービンを含む高圧回転部、並びに、前記低圧回転部及び前記高圧回転部を覆うとともに前記低圧回転部及び前記高圧回転部を通過する空気の流路を形成するコアケーシング、を有するコアエンジンと、前記コアエンジンよりも前方に位置するファンと、前記ファンを通過し前記コアエンジンを迂回するバイパス流路の内周面を形成するインナーカウルと、前記低圧回転部又は前記高圧回転部から動力を抽出し、抽出した動力を種々の補器に供給するアクセサリギアボックスと、前記アクセサリギアボックスに取り付けられるとともに、前記アクセサリギアボックスの駆動力によって駆動し、前記コアエンジンから抽出した圧縮空気を昇圧する補助圧縮機と、前記コアエンジンと機体とをつなぐストラット内を通過し、前記補助圧縮機で昇圧した圧縮空気を機体に供給する圧縮空気配管と、を備え、前記アクセサリギアボックス及び前記補助圧縮機は、前記コアケーシングと前記インナーカウルの間に形成されたインナー空間内に配置されている。
この構成によれば、アクセサリギアボックス及び補助圧縮機はインナーカウルよりも内側に配置されるため、アクセサリギアボックス及び補助圧縮機がファンケースの外側に配置される場合に比べて、ガスタービンエンジン全体の外径を抑制することができる。
また、本実施形態に係るガスタービンエンジンでは、前記補助圧縮機は前記アクセサリギアボックスよりも前方に配置されている。
この構成によれば、コアエンジンと補助圧縮機をつなぐ抽気配管を短くすることができる。
また、本実施形態に係るガスタービンエンジンでは、前記補助圧縮機は、前記低圧圧縮機又は前記高圧圧縮機の半径方向外側であって、前記低圧圧縮機又は前記高圧圧縮機と軸方向位置が重複するように配置されている。
この構成によれば、コアエンジンと補助圧縮機をつなぐ抽気配管をより短くすることができる。
また、本実施形態に係るガスタービンエンジンでは、前記圧縮空気配管は、前記補助圧縮機から前記コアケーシングに沿って周方向右周り及び周方向左周りのうち前記ストラットまでの距離が短い方で前記ストラットに向かい、その後前記ストラット内を通過するように配置されている。
この構成によれば、圧縮空気配管の長さを抑制することができる。
また、本実施形態に係るガスタービンエンジンでは、前記アクセサリギアボックスは、前記コアケーシングに沿って周方向に湾曲して延びるとともに、種々の補器が周方向に並んで取り付けられるように構成されており、前記補助圧縮機はアクセサリギアボックスの周方向中央よりも前記ストラット寄りの部分に取り付けられている。
この構成によれば、圧縮空気配管の長さを抑制することができる。
また、本実施形態に係るガスタービンエンジンは、当該ガスタービンエンジンの始動時において、前記圧縮空気配管を介して機体から高圧空気が供給され、供給された高圧空気を駆動源として前記アクセサリギアボックスを介して当該ガスタービンエンジンを回転駆動させるエアスタータを備え、前記補助圧縮機と前記エアスタータは周方向に隣り合って、又は、前記アクセサリギアボックスを挟んで向かい合うようにして前記アクセサリギアボックスに取り付けられている。
この構成によれば、機体からエアスタータに圧縮空気配管を用いて圧縮空気が供給される場合に、圧縮空気配管の全長を抑制することができる。
また、本実施形態に係るガスタービンエンジンは、前記アクセサリギアボックスに取り付けられ、前記アクセサリギアボックスから出力される駆動力を変速して、前記補助圧縮機を回転駆動する変速機をさらに備える。
この構成によれば、補助圧縮機の回転速度を任意に調整することができる。
１０ コアエンジン
１１ 低圧回転部
１２ 高圧回転部
１３ コアケーシング
１４ 低圧圧縮機
１５ 低圧タービン
１６ 低圧軸
１７ 高圧圧縮機
１８ 高圧タービン
１９ 高圧軸
２０ ファン
２１ バイパス流路
３０ インナーカウル
３１ インナー空間
４０ アウターカウル
５０ アクセサリギアボックス
５１ 変速機
６０ 補助圧縮機
６１ 抽気配管
７０ 圧縮空気配管
８０ エアスタータ
１００ ガスタービンエンジン
１０１ ストラット
１０２ 機体
１１ 低圧回転部
１２ 高圧回転部
１３ コアケーシング
１４ 低圧圧縮機
１５ 低圧タービン
１６ 低圧軸
１７ 高圧圧縮機
１８ 高圧タービン
１９ 高圧軸
２０ ファン
２１ バイパス流路
３０ インナーカウル
３１ インナー空間
４０ アウターカウル
５０ アクセサリギアボックス
５１ 変速機
６０ 補助圧縮機
６１ 抽気配管
７０ 圧縮空気配管
８０ エアスタータ
１００ ガスタービンエンジン
１０１ ストラット
１０２ 機体
Claims (6)
- 互いに連結された低圧圧縮機及び低圧タービンを含む低圧回転部、互いに連結された高圧圧縮機及び高圧タービンを含む高圧回転部、並びに、前記低圧回転部及び前記高圧回転部を覆うとともに前記低圧回転部及び前記高圧回転部を通過する空気の流路を形成するコアケーシング、を有するコアエンジンと、
前記コアエンジンよりも前方に位置するファンと、
前記ファンを通過し前記コアエンジンを迂回するバイパス流路の内周面を形成するインナーカウルと、
前記低圧回転部又は前記高圧回転部から動力を抽出し、抽出した動力を種々の補器に供給するアクセサリギアボックスと、
無段変速機を介して前記アクセサリギアボックスに取り付けられるとともに、前記無段変速機により変速された前記アクセサリギアボックスの駆動力によって駆動し、前記コアエンジンから抽出した圧縮空気を昇圧する補助圧縮機と、
前記コアエンジンと機体とをつなぐストラット内を通過し、前記補助圧縮機で昇圧した圧縮空気を機体に供給する圧縮空気配管と、を備え、
前記アクセサリギアボックス及び前記補助圧縮機は、前記コアケーシングと前記インナーカウルの間に形成されたインナー空間内に配置されている、航空機用のガスタービンエンジン。 - 前記補助圧縮機は前記アクセサリギアボックスよりも前記コアエンジンの軸方向前方に配置されている、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
- 前記補助圧縮機は、前記低圧圧縮機又は前記高圧圧縮機の半径方向外側であって、前記低圧圧縮機又は前記高圧圧縮機と軸方向位置が重複するように配置されている、請求項２に記載のガスタービンエンジン。
- 前記圧縮空気配管は、前記補助圧縮機から前記コアケーシングに沿って周方向右周り及び周方向左周りのうち前記ストラットまでの距離が短い方で前記ストラットに向かい、その後前記ストラット内を通過するように配置されている、請求項１乃至３のうちいずれか一の項に記載のガスタービンエンジン。
- 前記アクセサリギアボックスは、前記コアケーシングに沿って周方向に湾曲して延びるとともに、種々の補器が周方向に並んで取り付けられるように構成されており、
前記補助圧縮機は前記アクセサリギアボックスの周方向中央よりも前記ストラット寄りの部分に取り付けられている、請求項４に記載のガスタービンエンジン。 - 当該ガスタービンエンジンの始動時において、前記圧縮空気配管を介して機体から高圧空気が供給され、供給された高圧空気を駆動源として前記アクセサリギアボックスを介して当該ガスタービンエンジンを回転駆動させるエアスタータを備え、
前記補助圧縮機と前記エアスタータは周方向に隣り合って、又は、前記アクセサリギアボックスを挟んで向かい合うようにして前記アクセサリギアボックスに取り付けられている、請求項５に記載のガスタービンエンジン。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2020/040542 WO2022091275A1 (ja) | 2020-10-28 | 2020-10-28 | 航空機用のガスタービンエンジン |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP7473924B2 true JP7473924B2 (ja) | 2024-04-24 |
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|---|---|---|---|
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| WO (1) | WO2022091275A1 (ja) |
Citations (11)
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