JPH0121321B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高度検知制御装置に関し、特に、空気
圧入力が受けそして空気圧出力を発する高度検知
制御装置にする。

高度検知制御装置を必要とする用途は多数あ
る。例えば、航空機ガスタービンエンジンに関連
する用途では、切換え情報を高度の関数として提
供することがしばしば必要である。このような用
途の一例では、エンジンの一部に向かう空気流を
制御する空気弁を働かせるために高度検知制御装
置を利用する。

高度検知制御装置を用いることにより、航空機
エンジン内の動翼と動翼シユラウドとの間隙を制
御するためにエンジンに供給される空気流を制御
する空気弁を操作する空気圧出力信号を発し得
る。このような空気圧式制御作用は、空気弁を操
作するためにエンジンの燃料または油のような作
動媒体から空気圧出力への変換をなす必要を無く
する。このような航空機エンジンへの適用例にお
いて是非必要なことは、高度検知制御装置の出力
が正確であり、反復可能でありそして信頼性の高
いことである。このような高度検知制御装置は、
空気弁の操作に圧縮機排出空気の一部分を用い得
るので、比較的高い温度、例えば、1000〓までの
温度を受ける可能性がある。

本発明の一態様においては、空気流を受入れそ
して圧縮空気流を吐出す圧縮部を含む型のガスタ
ービンエンジン用の高度検知制御装置が設けられ
る。本装置は、周囲空気圧を表す第１空気圧信号
を発するために周囲空気に通じている手段と、前
記吐出し圧縮空気流の一部分を受入れそしてその
圧縮空気流を表す第２空気圧信号を発するために
前記圧縮部の連結された手段を含む。また、本装
置には空気圧式弁切換え手段が設けられ、第１お
よび第２空気圧信号を受けそして制御装置空気圧
出力信号を発する。空気圧出力信号は所定高度を
表す所定圧力値より低い周囲空気圧に対しては第
１空気圧信号であり、そして前記所定値より高い
周囲空気圧に対しては第２空気圧信号である。

第１図は、総体的に符号１０で示すガスタービ
ンエンジンの一例と関連する本発明の高度検知制
御装置の一態様を示す。ガスタービンエンジン１
０は、例えば、フアン部１２、圧縮機部１４、燃
焼器部１６、高圧タービン部１８、低圧タービン
部２０および排気部２２を含み得る。

第１図に示すように、導管２４がフアン１２に
位置Ｂにおいて連結され、フアン排出流の一部分
を受入れる。導管２４により、フアン排出流の一
部分（失印で示す）は空気弁２５を通り、次いで
複数の従来の冷却管２６に達する。冷却管２６は
動翼、例えば、低圧タービン部２０に動翼の区域
においてエンジンを囲んでいる。冷却管２６には
複数の穴２７が設けられ、空気流はこれらの穴を
通つてシユラウド支持構造体２８、例えばエンジ
ンケースに衝突する。この空気を穴２７から構造
体２８に向ける目的は、動翼３０とシユラウド支
持構造体２８に連結されたシユラウド３１との間
隙を制御することである。

空気弁２５は総体的に３２で示す本発明の高度
検知制御装置によつて操作される。制御装置３２
は導管３３によつて圧縮機部１４に位置Ａにおい
て連結されている。位置Ａは、例えば圧縮機吐出
し部を表し得る。

従つて、導管３３からの制御装置３２の入力は
以下にP_cで表す空気圧信号となる。制御装置３２
はまた以下時々P_pで表す周囲空気圧を受ける。

後に詳述するように、制御装置３２は２つの空
気圧入力信号、すなわちP_pとP_cを受けそして空気
圧出力信号P₃₂を発する。この出力信号は所定高
度より低い高度に対してはP_pであり、所定高度よ
り高い高度に対してはP_cである。空気圧信号P_cは
空気弁２５を操作して冷却空気を通すのに十分な
値をもち、これに対し、空気圧信号P_pは空気弁２
５を操作するには不十分であり、それを閉位置に
とどめる。

次に第２図を参照して、本発明の制御装置３２
の一態様をさらに詳述する。制御装置３２は第１
段と第２段を内蔵するハウジング３４を有する。
第１段は高度を検知しそして中間またはサーボ空
気圧信号P_xを発する。この信号は第２段のピス
トンを２つの位置にどちらかに駆動するのに十分
な程広範に変化する。両ピストン位置の片方で
は、制御装置３２の出力ポート８０が空気圧信号
P_pを通し、他のピストン位置では出力ポート８０
は空気圧信号P_cを通す。

制御装置３２の第１段は減圧されたベロー３６
を含み、その一部３６Ａはハウジング３４に固定
されている。ベロー３６の反対側の可動部分３６
Ｂは３８Ａにおいて連結リンク３８に連結されそ
して４０Ａにおいて指示リンク４０に連結されて
いる。連結リンク３８はその中間点においてピボ
ツト３８Ｂに装着され、４２Ａにおいてポペツト
弁４２と接触し得る。ハウジング３４は複数のポ
ート３４Ａを有し、これらのポートは圧力P_pの周
囲空気をハウジング３４内の諸室に入れる。

ポペツト弁４２はポペツト弁座４４に可動的に
着座し、周囲空気圧P_pのチヤンバ４８と導流路５
０との間に介在する。ポペツト弁座４４はポート
４６を有する。第２図に示す状態では、ベロー３
６とリンク３８が図示の位置にある結果、ポペツ
ト弁４２は弁座４４と密封接触をなし、こうして
チヤンバ４８を導流路５０に対して密閉する。

導流路５２が圧縮機吐出し空気圧信号P_cを受入
れそしてこの空気圧信号を滑りピストン６０に導
く。滑りピストン６０はロツド部６６によつて軸
方向に隔てられた対向頭部６２，６４を有する。
また従来の滑りシール６８が設けられている。ハ
ウジングポート３４Ａにより、ピストン頭部６２
とハウジング３４の間に画成された区域６３に圧
力P_pの周囲空気が入る。導流路５２は両頭部６
２，６４間に画成された区域７０に連通してい
る。頭部６４はそれを貫通するサーボオリフイス
６４Ａを有し、このオリフイスによつて所定の少
量の空気が区域７０から頭部６４とハウジング３
４との間に画成された区域７４へ通流する。区域
７４は前述の導流路５０を介してポペツト弁４２
と関連する。後の説明からより良く理解されるよ
うに、サーボオリフイス６４Ａは制御装置３２の
重要な部分である。サーボオリフイス６４Ａによ
り、区域７４内の空気圧P_xはポペツト弁４２が
弁座から離れている時P_pに近づき、またP_xはポ
ペツト弁４２が着座している時はP_cに近づく。
P_xのこのような変化により、ピストン６０はそ
の２つの位置のいずれかに移動する。

制御装置３２の動作中、ベロー３６の可動部分
３６Ｂは高度に直接関係する周囲空気圧P_pの関数
として変位する。当業者に周知のように、材料お
よび（または）ベロー寸法の適切な選定により、
所定高度を含む或高度範囲にわたつてベローの適
切な動きが生ずる。

第２図は所定高度、すなわち、切換え点におけ
る制御装置３２を示す。この高度では、ポペツト
弁４２は図示のように着座しそしてピストン６０
はハウジング３４の出力ポート８０を閉ざしてい
る。従つて、区域６３の周囲空気圧P_pとそれより
高い吐出し空気圧P_cは両方とも制御装置３２から
外に出ない。従つて、所定高度における制御装置
３２の出力信号P₃₂は本質的にゼロであるように
思われるが、実際の出力信号P₃₂は、ピストン６
０の直前の位置と、第１図の空気弁２５による下
流負荷とによつて、P_pとP_c間の値をとる可能性が
ある。

次に、第２図と第３図を参照して、所定高度未
満の高度に対する制御装置３２の作用を説明す
る。このような条件の下では、周囲空気圧P_pはベ
ロー３６を圧縮するのに十分であり、この圧縮に
より、連結リンク３８はポペツト弁４２が自由に
動けるように回動する。ポペツト弁４２が移動自
在になりそして区域７０内の圧力がP_cであると、
区域７４のサーボ圧P_xはP_pに近づく。なぜなら、
この時導流路５０は周囲空気圧P_pのチヤンバ４８
に連通するからである。区域７０，７４内の圧力
間のこの不均衡により、ピストン６０は第３図に
部分的に示すように一終端位置に近づく。ピスト
ン６０がこの終端位置に接近するにつれ、周囲空
気圧P_pの区域６３は出力ポート８０に連通する。
従つて、所定高度未満の場合の制御装置３２の空
気圧出力P₃₂はP_pすなわち周囲空気圧である。

しかし、前述のように、高度が増して所定高度
に達すると、周囲空気圧P_pの値は減少するので、
ピストン６０は逆の方向に動きそして第２図の位
置に達する。第２図と第４図を参照するに、制御
装置３２が所定高度より高い高度に達すると、周
囲空気圧P_pは次のような点、すなわち、ベロー３
６が膨張しそして十分動いてポペツト弁４２を完
全に着座させ、こうしてチヤンバ４８を導流路５
０から隔絶するような点まで低下する。ポペツト
弁４２がこの着座状態にある時、区域７０内の圧
力は依然としてP_cである。しかし、サーボオリフ
イス６４Ａを介して区域７０に連通する区域７４
内の圧力P_xは圧力P_cのレベルに近づく。区域７
０，７４内の圧力値はほぼ同じであるが、圧力
P_xはピストン頭部６４の外面だけに作用してそ
れを上方に押圧し、これに対し、区域７０内の圧
力P_cはピストン頭部６２，６４の内面に作用する
とともに区域６３内の周囲空気圧P_pと相対する。
この圧力分布の正味効果は、ピストン６０を第４
図に示すように第２終端位置まで上方に動かすこ
とである。第４図に示すように、ピストン６０の
このような上昇により圧力P_cの区域７０は制御装
置３２の出力ポート８０に連通する。従つて、所
定高度を超える高度では、空気圧信号P₃₂はP_cに
等しい。

第５図に見られるように、高度検知制御装置３
２の空気圧出力信号P₃₂は空気圧信号P_pと空気圧
信号P_cとの間を急激に変化する。この急激な変化
は、制御装置３２が第１図に空気弁２５を制御し
かつ所定高度において高い正確度で切換えをなす
ことを可能にするので極めて望ましいことであ
る。例えば、航空機における適用の場合、20000
フイートで切換えをなすことが望ましいであろ
う。この高度は約7psiaの周囲空気圧P_pに相当す
る。これに関して認識すべきことは、従来の航空
機用ガスタービンエンジンの場合、周囲空気圧の
範囲は約2psiaないし約20psiaであり、そして圧
縮機吐出し圧力すなわち空気圧信号P_cの範囲は約
40psiaないし約450psiaであるということである。
20000フイートの高度では、周囲空気圧P_pは通例
約7psiaであり、そして圧縮機吐出し空気圧P_pは
通例約200psiaである。

第２図は再び参照するに、サーボオリフイス６
４Ａを閉塞から守ることが望ましい。サーボオリ
フイス６４Ａを保護する一手段として従来のチツ
プキヤツチヤ７６を用い得る。また、ベロー３６
の性能を指示するために指示リンク４０を設ける
ことが好ましい。なお、指示リンク４０は動作可
能ペローの地上位置においてわずかに引つ込んだ
位置（破線で示す）をとり得る。動作可能ベロー
とは地上レベルにおいて適当に圧縮されたベロー
を意味する。駆動ピストン６０はまたその性能を
指示するための指示手段を備え得る。例えば、ピ
ストン６０はその性能を指示するための指示器延
長部６０Ｐを備え得る。さらに詳述すると、延長
部６０Ｐは、ピストン６０が第３図の終端位置に
接近している地上レベルでわずかに引つ込んだ位
置（破線で示す）をとり得る。また、較正用の調
整手段７８を設けることも望ましいかも知れな
い。さらに詳述すると、調整手段７８は、所定高
度を含む動作高度範囲にわたつてベロー３６と連
結リンク３８とポペツト弁４２の適切な動きを確
保するための圧縮可能な可変ばね７８Ｓを主構成
部とするものでよい。また、制御装置３２には、
地上停止時にピストン６０を正確な位置につかせ
るためのばね手段７９を設け得る。この位置は第
３図に示す低高度位置と同じになろう。もしろ
ん、所望に応じ、ばね手段７９はピストン６０を
他のゼロ位置につかせ得る。

第６図は本発明の高度検知制御装置の他の態様
を総体的に３２′で示す。第６図の装置３２′は第
２図の装置３２に類似しているので、可能な限
り、同要素は同符号で示してある。

高度検知制御装置３２′には、その第１段に故
障が生じた場合に所望の制御作用を確保するため
のバツクアツプ手段１００を追加的に設けてあ
る。バツクアツプ手段１００はバツクアツプピス
トン１０２を含む。ピストン１０２は導流路５０
と連通するポート１０５を密閉するために延長体
１０４を含む。制御装置３２′では、圧力P_cの導
流路５２はピストン１０２の一面１０２Ａにも通
じている。周囲空気圧P_pはピストン１０２の反対
側の面１０２Ｂに作用する。ばね１０３はピスト
ン１０２に押圧力を加えるように設けられ、この
力によりピストン１０２はポート０５を密閉する
位置に押圧される。

周知のように、代表的なガスタービンの運転に
おいては、圧縮機吐出し圧力P_dは比較的低い高
度で最高になりそして比較的高い高度で最低にな
る。例えば、20000フイート以下の高度での圧縮
機吐出し圧力P_cは通例約225psiaないし約250psia
であるのに対し、20000フイート以上の高度での
P_cは通例225psia以下である。

バツクアツプ手段１００の目的は、圧縮機吐出
し圧力P_cがある値に近づいた時、区域７４内のサ
ーボ圧P_xをP_pに下げることである。例えば、P_c
が20000フイートより低い高度に応じて250psiaの
ような圧力に達すると、ピストン１０２は左方に
押された状態（図示せず）になり、こうして導流
路１０５を開きそして区域７４のサーボ圧P_xを
チヤンバ１０６内の周囲空気圧P_pに等しくし得
る。従つて、バツクアツプ制御手段１００を設け
てあると、万一ベロー３６が例えば海抜に近い高
度で故障してポペツト弁４２を着座させた場合、
第２図の装置３２ならばP_cの値の出力信号P₃₂を
発して弁２５を開くことになるが、第６図の装置
３２′では、このような高度におけるこのような
ベローの故障の場合、ピストン６０が下方に動か
されそして出力信号P₃₂′はP_pとなつて空気弁２５
を閉位置につかせる。装置３２′のこの作用は非
常に望ましい。なぜなら、航空機における適用の
場合、動翼とシユラウドの望ましくない接触は、
エンジンの圧縮機吐出し圧力P_cがある値以下であ
る時には生じ得ないからである。これに関し、バ
ツクアツプ手段１００を作動させる圧縮機吐出し
圧力の代表値は225〜250psiaである。

以上、本発明を間隙制御用の空気弁と関連させ
て説明したが、本発明は一般に、精度が高く、反
復性が良くそして信頼性が高い空気圧式高度検知
制御装置を必要する用途に適用可能である。事実
上、本発明の装置は、例えば弁を含む他の機構を
操作するのに高度による空気圧出力信号を要する
任意の用途に適する。また、ある用途では制御信
号P_cとしてエンジン１０の圧縮機吐出し圧力を用
いることが好ましいが、他の用途では他の圧縮空
気圧、例えば、圧縮機中間段から抽出した空気圧
を用い得る。さらに、ある用途ではエンジンの他
の圧縮部を用いて制御信号P_cを得ることができ
る。例えば、フアン部から出た圧縮空気流の圧力
を制御信号P_cとして利用し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図はガスタービンエンジンの一例と関連す
る本発明の高度検知制御装置の一態様を示す概略
図、第２図は第１図の高度検知制御装置をより詳
細に示す簡略部分断面図である。第３図と第４図
は第２図の制御装置の一部分を示す簡略部分断面
図で、第３図は制御装置の駆動ピストンが第１位
置にある状態を示し、第４図は駆動ピストンが第
２位置にある状態を示す。第５図は本発明の高度
検知制御装置の空気圧出力信号の大きさを高度の
関数として示すグラフ、第６図は本発明の高度検
知制御装置の他の態様を示す、第２図と同様の簡
略部分断面図である。 ３２…高度検知制御装置、３４…ハウジング、
３４Ａ…ポート、３６…ベロー、３８…連結リン
ク、４０…指示リンク、４２…ポペツト弁、４８
…チヤンバ、５２…導流路、６０…ピストン、６
２，６４…ピストン頭部、６６…ピストンロツド
部、６３，７０，７４…区域、６４Ａ…サーボオ
リフイス、６０Ｐ…指示器延長部、８０…出力ポ
ート、１００…バツクアツプ手段、１０２…バツ
クアツプピストン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 空気流を受入れそして圧縮空気流を吐出す圧
   縮部を含むガスタービンエンジン用の高度検知制
   御装置であつて、(a)周囲空気圧を表す第１空気圧
   信号を発するために周囲空気に通じている手段
   と、(b)前記吐出し圧縮空気流の一部分を受入れそ
   して該圧縮空気流を表す第２空気圧信号を発する
   ために前記圧縮部に連結された手段と、(c)前記第
   １および第２空気圧信号を受けそして制御装置空
   気圧出力信号を発するための空気圧式弁切換え手
   段であつて、(i)前記空気圧出力信号は所定高度を
   表す所定圧力値より低い周囲空気圧に対して前記
   第１空気圧信号から成り、そして(ii)前記空気圧出
   力信号は前記所定値より高い周囲空気圧に対して
   前記第２空気圧信号から成るような空気圧式弁切
   換え手段とから成る高度検知制御装置。 ２ 前記圧縮部は圧縮機部から成る、特許請求の
   範囲第１項記載の高度検知制御装置。 ３ 前記空気圧式弁切換え手段は、駆動ピストン
   を含む第２段を駆動するためのポペツト弁を含む
   第１段を包含し、前記ピストンは前記所定値より
   低い周囲空気圧に対して第１方向に駆動されそし
   て前記所定値より高い周囲空気圧に対して第２方
   向に駆動され、前記ピストンを含む前記第２段は
   出力ポートを含む、特許請求の範囲第２項記載の
   高度検知制御装置。 ４ 前記出力ポートにおける前記空気圧出力信号
   は前記ピストンが前記第１方向に駆動された時前
   記第１空気圧信号からなりそして前記ピストンが
   前記第２方向に駆動された時前記第２空気圧信号
   から成る、特許請求の範囲第３項記載の高度検知
   制御装置。 ５ 前記ポペツト弁は、中間部で枢着された連結
   リンクを介してベローに連結され、前記ピストン
   はロツド部によつて隔てられた１対の対向頭部を
   有しそしてハウジング内に密封配置され、前記ピ
   ストンの両対向頭部の片方と前記ハウジングの間
   に第１区域が画成され、両対向頭部間にそれらと
   前記ハウジングとによつて第２区域が画成され、
   そして両対向頭部の第２頭部と前記ハウジングと
   の間に第３区域が画成され、前記第２区域は前記
   第２空気圧信号を受入れるように接続され、前記
   第１区域は前記第１空気圧信号を受入れるように
   接続され、前記第３区域は前記ハウジング内の周
   囲空気圧の区域に前記ポペツト弁を介して接続さ
   れ、前記第２頭部はそれを貫通するサーボオリフ
   イスを有し、このサーボオリフイスは前記第２区
   域を前記第３区域に連通させ、前記第３区域は前
   記ピストンの動きを制御するためのサーボ圧を表
   す第３空気圧信号を発する、特許請求の範囲第４
   項記載の高度検知制御装置。 ６ 前記出力ポートは前記ピストンが前記第１方
   向に駆動された時前記第１区域に連通しそして前
   記ピストンが前記第２方向に駆動された時前記第
   ２区域に連通する、特許請求の範囲第５項記載の
   高度検知制御装置。 ７ 前記第１段に故障が生じた場合に前記ピスト
   ンを含む前記第２段の所定作用を確保するための
   バツクアツプ制御手段を含む特許請求の範囲第６
   項記載の高度検知制御装置。 ８ 前記バツクアツプ制御手段はバツクアツプピ
   ストン手段を含み、このバツクアツプピストン手
   段は、前記第２空気圧信号を受け、そして前記第
   ２空気圧信号が所定値より高い時に前記第３区域
   から前記第３空気圧信号を逃がすように連結され
   ている、特許請求の範囲第６項記載の高度検知制
   御装置。 ９ 前記ベローの性能を指示するための指示手段
   を含む特許請求の範囲第６項記載の高度検知制御
   装置。 １０ 前記駆動ピストンの性能を指示するための
   指示手段を含む特許請求の範囲第６項記載の高度
   検知制御装置。