JPH0585736B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は広義にはガスタービンエンジン用の空
気制御装置に関し、さらに詳しくは回転可能なエ
アーホイル（airfoil）のハブ領域に空気を供給す
る装置に関する。

発明の背景 航空機の動力源として現在入手できる２型式の
エンジンに、ターボフアンエンジンとターボプロ
ツプエンジンがある。動力発生装置は両エンジン
に共通である。この動力発生装置は、典型的に
は、圧縮機部、燃焼器およびタービン部を直流流
れ関係で備える。圧縮機部からの加圧空気を燃焼
器内で燃料と混合し、燃焼して高速ガス流を生成
し、この高速ガス流がタービンを通つて膨張する
間にタービンでエネルギーを抽出する。このエネ
ルギーの一部を圧縮機用の動力として用い、残り
のエネルギーでフアンまたはプロペラを駆動す
る。

圧縮機で行われる仕事の結果として温度の上昇
が起るが、エンジン内の最高温度は燃焼器および
タービン部内で生じる。これらの構成要素を冷却
するための加圧空気は代表的には圧縮機かフアン
ダクトから得られるか、さもなければ外気から引
き込む。

ほとんどのターボフアンまたはプロピラ駆動エ
ンジンでは、フアンまたはプロペラをコアエンジ
ンより大体前方に配置している。従つて、このよ
うな形式では、プロパルサ（propulsor）の羽根
のハブ構造は比較的低温の環境内で作動され、ハ
ブ構造の冷却の必要がない。

しかし、いわゆる「プツシヤ」（pusher）形式
では、プロパルサ部をコアエンジンよりほゞ後方
に配置することが知られている。例えば、米国特
許出願第437923号に、ターボフアンおよびプロペ
ラ駆動エンジン両方に適当な新しい「プツシヤ」
形式のものが開示されている。このような形式で
はプロパルサ羽根がタービンおよび燃焼器に近接
しているので、羽根のハブ構造が飛行条件によつ
ては比較的高い熱負荷を受ける。

ハブ領域内の空気の温度は飛行条件に応じて変
わる。例えば、離陸時のような動力要求が比較的
大きい期間には、タービンおよび燃焼器の温度が
高くなり、その結果羽根のハブ構造の温度も高く
なる。軽量で低コストの材料の可変ピツチ羽根の
ハブ構造はその温度限界が比較的低いことが多
い。従つて、離陸時のような高動力状態の間はこ
のハブ構造を冷却する必要がある。対照的に、定
常状態巡航運転状態の間は、温度が比較的低いレ
ベルに安定化し、冷却は不要である。どんな冷却
システムでもその使用に伴なつて性能を低下させ
る欠点があるので、冷却を必要なときだけ行うの
が有利である。従つて、このような羽根のハブ領
域への冷却空気の量を自動的に変える装置が望ま
しい。

発明の目的 本発明の目的は、新しい改良された空気制御装
置を提供することにある。

本発明の別の目的は、プロパルサ羽根のハブ構
造を冷却する新しい改良された装置を提供するこ
とにある。

本発明の他の目的は、プロパルサ羽根のハブ領
域への冷却空気の量を自動的に変える装置を提供
することにある。

発明の要約 本発明は、可変ピツチの回転可能なエアーホイ
ールおよびエアーホイルのピツチを変える手段を
有するガスタービンエンジンに用いるのに適当な
空気制御装置を提供する。空気制御装置は、エア
ーホイルの半径方向内側端部に固定されたプラツ
トホームを備える。プラツトホームは、外側空間
と内側空間とを隔てる回転可能な環状の表面内に
ほゞ配置されている。第１位置では、プラツトホ
ームの端縁部分が表面に実質的に合致する。第２
位置では、プラツトホームの端縁部分が表面から
半径方向外向きにずれて、上記外側空間と内側空
間との間を流体連通させる。

具体的実施例の説明 本発明は、エアーホイルが配置されている回転
可能な環状表面を通る空気流を制御することが望
ましいような、可変ピツチの回転可能なエアーホ
イルを有するあらゆるガスタービンエンジンに適
用できる。具体的に例示するために、本発明を回
転ナセル上のプロペラ羽根に適用した場合につい
て説明する。

第１図にプツシヤ形式のターボプロツプエンジ
ン１０を示す。図示の実施例では、互いに逆回転
するプロペラ羽根１２および１４が、それぞれ互
いに逆回転する表面またはナセル１６および１８
に対して配置され、互いに逆回転するタービン２
２および２４に連結されている。以下の説明から
明らかになるように、本発明は単一段のプロパル
サ羽根のみを有するガスタービンエンジンについ
ても等しく成り立つ。上記の二重反転（counter
rotating）形構造は一例として示しただけであ
る。

エンジン１０はガス発生器２０を含み、このガ
ス発生器２０は互いに逆回転するタービン２２お
よび２４を駆動するための燃焼ガスを発生する作
用をなす。各タービン２２および２４はそれぞれ
回転可能な環状の表面１６および１８に連結され
ている。

各羽根１２および１４は、すべての運転段階で
エンジン性能を向上するように羽根のピツチを変
える手段を有する。第２図および第３図は空気制
御装置の詳細を示し、これらの図では羽根１２が
エンジン１０の巡航状態に合つたピツチに設定さ
れている。大体デイスク形状のプラツトホーム２
６が羽根シヤンク２８により羽根１２に固定され
て、表面１６の一部分または一領域を形成する。
従つて、羽根１２を半径方向軸線５０のまわりに
回転することによりそのピツチを変えると、それ
につれてプラツトホーム２６も動く。回転可能な
エアーホイル（すなち羽根）のピツチを変える手
段３０は当業界でよく知られている。羽根１２の
ハブ構造３２にトルクを与えて必要な作動力を得
るのに、例えば機械的、油圧式、空圧式または電
気的手段を利用できる。

第２図および第３図では、プラツトホーム２６
が大体、回転可能な環状の表面１６内に位置する
として図示してある。表面１６はプラツトホーム
２６と共に外側空間３４と内側空間３６とを隔て
る。内側空間３６内の温度は通常タービン２２に
近いので高い。外側空間３４内の温度はエンジン
１０の運転状態に応じて変わる。例えば、タービ
ン２２の運転温度は離陸時の状態の方が定常状態
巡航運転中よりも高い。空間３６の温度が相対的
に高いのとは対照的に、外側空間３４は一般にそ
れよりはるかに低い周囲温度にある。

本発明の空気制御装置は、羽根１２のピツチ設
定値に応じてハブ構造３２に送る冷却空気の量を
変える。第２図および第３図に示すように、プラ
ツトホーム２６は半径方向に見るとほゞ円形の断
面をもち、回転可能な環状表面１６に対して配置
されている。図示のこの第１位置では、プラツト
ホーム２６は表面１６とほゞ合致している。従つ
て、円周方向において、プラツトホーム２６の外
周の表面は表面１６の輪郭にほゞ追従する。第２
図に示す実施例では表面１６がほゞ円筒状であ
る。しかし、本発明は円錐面にもまた非直線的に
傾斜した面にも等しく適用できる。

第４図および第５図は、第２図および第３図に
示した空気制御装置の別の状態を示すもので、羽
根１２のピツチの変更に伴つてプラツトホーム２
６が回転してその端縁部分３８が露出した状態を
示す。図から明らかなように、プラツトホーム２
６の端縁部分３８が表面１６から半径方向外向き
にずれて、両者間に開口４０が形成される。この
ため開口４０を通して外側空間３４と内側空間３
６との間の流体連通が可能になる。これにより冷
却空気４１が内側空間３６に入り、ハブ構造３２
を冷却する。

巡航中のようなエンジン１０の定常状態運転下
では、羽根１２のピツチを、プラツトホーム２６
およびその端縁部分３８が表面１６にほゞ合致す
るように設定する。エンジン１０の高出力運転中
には、羽根１２を第４図に示すように比較的平た
くなるようなピツチに設定し、これにより端縁部
分３８を露出させて開口４０を形成する。このよ
うに、開口４０は巡航状態ではほゞ閉じられてい
るが、エンジン運転温度がもつとも高い期間には
十分な量の冷却空気を通す。

ナセルすなわち表面１６は矢印４２で示した方
向に回転する。従つて、ナセル１６の回転による
ナセルに対する相対的な空気流の方向は矢印４４
で表わすことができる。エンジン１０が前方へ進
むことによりナセル１６上を流れる空気の方向
は、矢印４３で示す通りほゞ軸線方向後方であ
る。プラツトホーム２６に対する空気の相対的な
移動方向は、矢印４３と４４のベクトル和として
矢印４６で示される。上述したところから、開口
４０が空気の方向４６に対してほゞ正面向きであ
ることが明らかである。このように配向すること
により、利用できる供給空気圧力を増加して、ハ
ブ構造冷却用の空気流量を増加する。

当業者に明らかなように、本発明はこゝで説明
し図示した特定の実施例に限定されない。本発明
はまたプロペラ羽根またはフアン羽根のようなプ
ロパルサ羽根に用いる空気制御装置に限定されな
い。本発明は、あらゆる可変ピツチの回転可能な
エアーホイル用の空気制御装置に等しく適用でき
る。

図面に示した寸法および比例構造関係は例示と
してのみ示してあり、これらの図示例を本発明の
空気制御装置に用いる実際の寸法もしくは比例構
造関係として受けとるべきではない。

本発明は特許請求の範囲によつて限定され、そ
の範囲から逸脱しない限りでさまざまな変更、改
変が可能であり、全面的または部分的均等物を採
用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用するプツシヤ形式のター
ボプロツプエンジンの１例を一部破断して示す側
面図、第２図は羽根を大きいピツチに設定した状
態を示す第１図に示した回転ナセルおよび羽根の
斜視図、第３図は第２図に示した羽根のハブ領域
の側面図、第４図は羽根を小さいピツチに設定し
た状態を示す第２図と同様の斜視図、そして第５
図は第４図に示した羽根のハブ領域の側面図であ
る。 １２，１４…羽根、１６，１８…表面（ナセ
ル）、２２，２４…タービン、２６…プラツトホ
ーム、３０…ピツチを変える手段、３２…ハブ構
造、３４…外側空間、３６…内側空間、３８…端
縁部分、４０…開口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可変ピツチの回転可能なプロパルサ羽根およ
   びこのプロパルサ羽根のピツチを変える手段を有
   するプツシヤ形式のガスタービンエンジンにおい
   て、 上記プロパルサ羽根の半径方向内端に固定され
   たプラツトホームを有し、 このプラツトホームが外側空間と内側空間とを
   隔てる回転可能な環状の表面内にほゞ配置されて
   いて、第１位置ではプラツトホームの端縁部分が
   上記表面に実質的に合致し、第２位置ではプラツ
   トホームの端縁部分が上記表面から半径方向外向
   きにずれて上記外側空間と内側空間との間を流体
   連通させるようにした空気制御装置。 ２ 上記第１位置がエンジンの定常状態運転での
   羽根ピツチに実質的に対応する特許請求の範囲第
   １項記載の空気制御装置。 ３ 上記端縁部分と環状の表面が両者間に開口を
   形成し、この開口が上記第１位置で実質的に閉じ
   られ、上記第２位置で開く特許請求の範囲第１項
   記載の空気制御装置。 ４ 上記第２位置がエンジンの高出力運転での羽
   根ピツチに実質的に対応する特許請求の範囲第３
   項記載の空気制御装置。 ５ 上記開口が、上記第２位置で、空気の相対的
   な移動方向に対して実質的に正面向きである特許
   請求の範囲第３項記載の空気制御装置。