JPH11303606A - 非線形静翼作動装置 - Google Patents

非線形静翼作動装置

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JPH11303606A
JPH11303606A JP10288585A JP28858598A JPH11303606A JP H11303606 A JPH11303606 A JP H11303606A JP 10288585 A JP10288585 A JP 10288585A JP 28858598 A JP28858598 A JP 28858598A JP H11303606 A JPH11303606 A JP H11303606A
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JP
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ring
lever
casing
levers
tip
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JP10288585A
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English (en)
Inventor
Jan Christopher Schilling
ジャン・クリストファー・シリング
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/162Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for axial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially perpendicular to the rotor centre line
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00Geometry
    • F05D2250/70Shape
    • F05D2250/71Shape curved
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/70Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
    • F05D2260/74Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades by turning around an axis perpendicular the rotor centre line
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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    • F05D2260/70Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
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  • Control Of Turbines (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 非線形静翼作動を達成する可変静翼作動シス
テムを提供する。 【解決手段】 それぞれの静翼28に固定された基端3
8aおよび反対側の先端38bを有する複数個のレバー
38であって、該レバーの回転につれて前記静翼28を
枢軸回転させるための複数個のレバーと、レバーに隣接
してケーシング30を同軸的に取り囲む作動リング40
と、円周方向に間隔を置いて配置され且つケーシングに
結合されていて、リングの円周方向の回転を案内する複
数個のリング案内装置48と、各々が対応する1つのレ
バーの先端をリングにそれぞれ結合して、リングの回転
につれてレバーの枢軸回転長さBを変化させる複数個の
すべり継手50とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はガスタービンエンジ
ンに関し、特にガスタービンエンジンの多段軸流圧縮機
における可変静翼の作動システムに関する。
【0002】
【従来の技術】ガスタービンエンジンでは、空気を圧縮
機で加圧して燃焼器に送り、そこで燃料と混合して点火
し、高温の燃焼ガスを発生する。燃焼ガスは燃焼器から
下流に1個または複数個のタービン段に流れ、タービン
段は燃焼ガスからエネルギを抽出して、圧縮機を駆動す
るとともに有用な仕事をなす。代表的な圧縮機は複数個
の軸流圧縮段を有し、これらの段で、空気が下流に流れ
るにつれて、空気を順次圧縮する。各圧縮機段は、圧縮
機スプールまたはディスクから半径方向外向きに延在す
る動翼列と、環状ケーシングから半径方向内向きに延在
する協動する静翼列とを有する。
【0003】圧縮機の性能および失速余裕を制御するた
めに、静翼列の多くは可変であって、圧縮される空気に
対して静翼の角度を選択的に調節できる。このような可
変静翼は、半径方向外向きにケーシングを貫通するスピ
ンドルを有し、このスピンドルにレバーが取り付けられ
ている。レバーは、圧縮機ケーシングを同軸的に包囲す
るユニゾン(unison)リングに枢軸回転可能に
(すなわち、枢軸を中心として回転可能に)結合されて
いる。数個の異なる可変静翼段用のユニゾン・リングが
共通ビームに結合されており、共通ビームは一端がケー
シングに枢軸回転可能に結合され且つ他端が適当なアク
チュエータに結合されている。アクチュエータによりビ
ームを枢軸回転させると、ビームがそれに結合されたユ
ニゾン・リングを回転させ、次にユニゾン・リングがそ
れに取り付けられたそれぞれのレバーを回転させて、対
応する静翼を枢軸回転させる。
【0004】個々のレバーはユニゾン・リングに枢軸回
転可能に結合されているので、ユニゾン・リングは円周
方向に回転するとともに軸線方向に並進して、レバーの
進路に追従することができる。ユニゾン・リングの回転
は、それに取り付けられたレバーおよび静翼を実質的に
線形な協動関係で直接回転させる。そして、数個のユニ
ゾン・リングが、ビームの枢軸回転端からそれぞれの異
なる枢軸回転長さで共通ビームに結合されているので、
静翼の枢軸回転量が段ごとに異なる。
【0005】ガスタービンエンジンは通常広い出力範囲
にわたって運転されるので、圧縮機の運転もこれに対応
して、望ましくない空気力学的失速を被ることなく、作
動効率を最大にするようにスケジュールが設定されてい
る。静翼のスケジュール設定は、レバー、ユニゾン・リ
ングおよび作動ビームの運動により制御される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、静翼位置のス
ケジュールにさらに可変性をもたせて、有効失速余裕を
維持しながら、エンジン性能および効率をさらに向上さ
せることが望まれている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、ケーシングに
枢軸回転可能に装着された複数個の可変静翼用の作動シ
ステムを提供する。該システムは、それぞれの静翼に結
合されている複数個のレバー、レバーに隣接してケーシ
ングを同軸的に包囲する作動リング、ケーシングに結合
されていて、リングの円周方向の回転を案内するための
複数の円周方向に間隔を置いて配置されたリング案内装
置、並びに各レバーと作動リングとの間に設けられてい
て、リングの回転につれてレバーの枢軸回転長さを変え
て、これにより非線形静翼作動を達成するすべり継手を
含む。
【0008】
【発明の実施の形態】以下に本発明の好適な実施例を、
添付の図面にしたがって説明し、本発明の目的および効
果をさらに明らかにする。図1は、中心軸線12を有す
る代表的な航空機用ターボファン・ガスタービンエンジ
ン10を示す。このエンジン10は、直流連通関係で、
ファン14、多段軸流圧縮機16、環状燃焼器18、高
圧タービン(HPT)20および低圧タービン(LP
T)22を含み、これらは中心軸線12のまわりに軸対
称である。外気24がファン14に流入し、その一部が
圧縮機16に入り、そこで適当に加圧されて燃焼器18
に導かれる。燃焼器18で圧縮空気は燃料と混合されて
点火され、これにより高温の燃焼ガス26を発生する。
燃焼ガスは下流へ、圧縮機16を駆動するためのHPT
20に流れ、ついでファン14を駆動するためのLPT
22に流れて、スラスト(推力)を生成する。圧縮機1
6は、内部の空気24をさらに加圧する複数の段を備
え、これらの段のうちいくつかは本発明による構造で可
変となっている。
【0009】具体的に述べると、図2に示すように、圧
縮機16は、環状ケーシング30に対応する列を成して
適切に枢軸回転可能に結合された複数の可変静翼28を
含む。静翼28は、列を成して配列され且つ図1に示す
ようにHPT20に適当なロータ・シャフトにより結合
されている圧縮機スプールまたはディスク34から半径
方向外向きに延在する対応する圧縮機動翼32と協動す
る。空気24が複数の軸線方向段のそれぞれにおいて軸
線方向下流へ静翼28から動翼32へ流れるにつれて、
空気の圧力が順次増加する。
【0010】圧縮機16の効率を最大にし、適当な失速
余裕(ストール・マージン)を維持するために、1つ以
上の段の静翼28が、スケジュール設定された枢軸回転
角度範囲Aにわたって選択的に枢軸回転可能であり、こ
れに対応して個別の静翼28の空気24の流れに対する
配置方向を変えることが出来るのが好ましい。本発明に
よれば、複数段のうちの少なくとも1つの段における静
翼28を、他の段における実質的に線形の枢軸回転スケ
ジュールに対して非線形の枢軸回転スケジュールが得ら
れるように枢軸回転させる改良した作動システム36が
提供される。図2に示すように、複数の第1レバー38
が、必要な時に静翼を回転させるために1段の静翼28
のスピンドルにそれぞれ固定されている。例示の段のレ
バー38の各々は、軸線方向にレバー38に隣接してケ
ーシング30を同軸的に包囲する第1作動リングまたは
ユニゾン・リング40に結合されている。
【0011】リング40を回転させることにより、レバ
ー38を回転させて、適当な量の失速余裕を維持しなが
ら圧縮機効率を増大する所定の位置スケジュールにした
がって静翼28を枢軸回転させる適当なリング回転手段
42が設けられる。リング回転手段42は通常の形態の
ものでよく、図2に示した実施例では、ケーシング30
に沿って軸線方向に延在する中央ビーム42aを含む。
ビーム42aの基端がケーシング30に枢軸回転可能に
結合されている。クロスリンク42bがリング40とビ
ーム42aとの間に円周方向に延在し、両端でこれらの
部材に枢軸回転可能に結合されている。油圧、空気圧ま
たは電動式のいずれでもよい適当なアクチュエータ42
cが、ビーム42aの先端に作動結合されている。アク
チュエータ42cは、ビーム42aをその基端のまわり
に選択的に回転させて、これによりリンク42bを介し
てリング40を回転させる。
【0012】他の段の静翼は、通常の第2レバー44に
より通常の態様でスケジュール設定または変化させれば
よい。第2レバー44は、基端で静翼スピンドルに固定
され、反対側の先端で通常の第2作動リングまたはユニ
ゾン・リング46に枢軸回転可能に結合されている。第
2リング46は共通のビーム42aに別のリンク42b
により上記と同様に結合されている。図2に示した実施
例では、第2リング46が第1リング40とビーム42
aの枢軸点との間に位置する。作動時には、アクチュエ
ータ42cがビーム42aの先端を移動させて、ビーム
をその基端のまわりに枢軸回転させる。これにより、リ
ンク42bが作動リング40および46をそれぞれケー
シング30のまわりに円周方向に回転させ、従って対応
するレバー38および44を回転させ、これによりレバ
ーに結合された圧縮機静翼28をそれぞれ回転させる。
第2リング46は第1リング40より枢軸点に近い位置
でビーム42aに結合されているので、通常第2レバー
44の回転範囲は第1レバー38の回転範囲より小さ
い。
【0013】さらに、第2レバー44の作動システムは
従来通りであり、第2レバー44の先端が第2リング4
6に枢軸回転可能に結合されている。したがって、第2
リング46が軸線方向に拘束されていない、つまり図2
に仮想線で示すように、第2レバー44が回転するにつ
れて、第2リング46が自由に軸線方向に並進して第2
レバー44の進路に追従することが必要である。このよ
うに、第2リング46の移動または回転と第2レバー4
4およびそれに付設の圧縮機静翼の回転との間に実質的
に線形の対応関係が得られる。
【0014】本発明によれば、第1リング40と対応す
るレバー38との間に非線形のスケジュールを設定する
ことにより、第2リング46により作動される段のよう
な他の段における従来の線形スケジュール設定と比較し
て、選択した段の圧縮機16の性能に追加の可変性を与
えるのが望ましい。図3は、第1リング40の回転に応
じて圧縮機静翼28の非線形スケジュールを設定するよ
うに適切に改変された作動システム36の一部分を詳細
に示す。
【0015】各レバー38の基端38aは、通常の態様
でそれぞれの圧縮機静翼28に取外可能に固定されてい
る。たとえば、各静翼28は半径方向外向きにケーシン
グ30を貫通するスピンドルを有し、このスピンドルが
レバー38の対応する穴を貫通する。適当な保持ナット
によりスピンドルがレバー38に取り付けられる。各レ
バー38は、基端38aとは反対側に先端38bを有
し、また中心軸線38cが基端38aと先端38bとの
間に延在する。レバー38を動かし又は回転させること
により、それに取り付けられた静翼28は枢軸回転角度
範囲Aにわたって枢軸回転する。枢軸回転角度範囲A
は、適当な失速余裕を保ちながら圧縮機の空気力学的効
率を増大するように従来通りに決定する。
【0016】複数の円周方向に間隔を置いて配置された
リング案内装置48がケーシング30に固定されてい
て、第1リング40の円周方向の移動または回転を案内
する。各々のレバー先端38bをリング40に結合する
手段がすべり継手50の形態で設けられ、これにより、
ビーム42aの作動によってリング40が回転するのに
つれて、レバー38の枢軸回転長さBが変わる。
【0017】図3は、最小の枢軸回転長さBを有するレ
バー38の第1位置を実線で示し、最大の枢軸回転長さ
Cを有する第2位置にあるレバー38を鎖線で示してい
る。図3に示す実施例では、リング案内装置48をリン
グ40の軸線方向両側でケーシング30に結合して、リ
ングの軸線方向移動を拘束または制限する一方、主とし
て円周方向の回転のみを許す。リング案内装置48は、
リング40の両側に配置された適当なローラを有し、こ
れによりリング40を比較的低い摩擦で回転できるよう
にすると共に、その軸線方向の移動を阻止する。
【0018】図2に示しているように従来の通常の第2
リング46が第2レバー44の移動に追従するために軸
線方向に並進可能になっているのと対照的に、図3に示
しているように第1リング40は第1レバー38に対し
て軸線方向に移動するのが阻止されており、このため枢
軸回転長さが変化して、第1リング40の移動または回
転に対して第1レバー38およびそれに付設した静翼2
8が非線形に応動するようになる。
【0019】図3に示した実施例では、各々のすべり継
手50は、レバー先端38bとリング40間に設けた、
ピン50aと細長いスロット50bとが係合する構成で
ある。このようにすれば、リング40がレバー38を回
転させるにつれて、枢軸回転長さが可変(B、C)とな
るように、レバー38とリング40とが互いに結合され
る。
【0020】1構成例では、ピン50aがリング40の
外面に固着されて、半径方向外向きに延在する。これに
対応して、スロット50bがレバーの先端38bに配置
され、スロットに半径方向に貫通するピン50aに摺動
自在に係合する。リング40が回転してレバー38の位
置を変えるにつれて、ピンがスロット内を摺動する。ス
ロット50bの長さDは、レバー38の所望の最大回転
範囲にわたる回転でピン50aがスロット50bの両端
間を移動できるようにする長さが適当である。リング4
0はリング案内装置48により軸線方向に拘束されてい
るので、リング40が回転しても、ピン50aは同じ軸
線方向平面内に留まる。レバー38がその基端38aで
静翼スピンドルに対して回転するので、スロット50b
はレバー38とリング40との間のかみつきを防止し且
つレバー38がその所定の枢軸回転範囲全域にわたって
回転するのを許容し、この際ピン50aはスロット50
bの長さに沿って摺動する。
【0021】すべり継手50は、他の手段でも実現で
き、たとえば上記の代わりに、ピンを個々のレバー38
に装着し、適当なスロットをリング40自体に設ける。
あるいはまた、レバーの先端38bをリング40の端部
スロットに装着して、すべり継手を形成するとともに、
枢軸回転長さを可変とすることができる。さらに、リン
グ案内装置48を別の形状にして、リングが回転するに
つれて、リング40の制御された軸線方向移動を許容
し、静翼スケジュールに非線形を導入してもよい(図示
せず)。
【0022】図3に示した実施例では、レバー軸線38
cがその基端38aと先端38bとの間に長さ方向に延
在し、また装着スピンドルの中心およびピン50aの中
心を通る。したがって、レバー38をその基端のまわり
に回転するので、レバー軸線38cの回転は枢軸回転角
度Aに直接対応する。したがって、レバー軸線38cに
関するレバー38の枢軸回転角度範囲Aは、それに取り
付けられた静翼28の対応する枢軸回転角度範囲Aに等
しい。この実施例では、各々のスロット50bがレバー
先端38bに少なくとも部分的にレバー軸線38cに沿
って設けられているので、ピン50aがレバー軸線38
cに沿って対応するスロット50b内を移動または摺動
することができる。
【0023】図3に示した実施例では、スロット50b
はまっすぐで、レバー軸線38cと同軸に揃っている。
図4に示す別の実施例では、レバー38Bに設けたスロ
ット50bがまっすぐであるが、レバー軸線38cに対
して約45°の傾斜角度Eで円周方向に傾斜している。
このようにして、追加の非線形性を所望通りに導入する
ことができる。傾斜角度Eは図示のように正の角度で
も、スロット50bを反対向きに傾斜させて負の角度で
あってもよい。さらに他の実施例(図示せず)では、個
々のスロット50bを湾曲させ、つまり円弧状とし、静
翼スケジュールに追加の非線形性を導入することができ
る。
【0024】上述した本発明の作動システム36は基本
的には、構造が簡単であり、効果が実証されている通常
の要素を使用し、本発明にしたがってこれらの要素に適
当な変更を施し、圧縮機静翼28のスケジュール設定を
行う際に種々の非線形度を導入する。実際の静翼スケジ
ュール設定は、それぞれのエンジン用途およぼ所望のエ
ンジンサイクルごとに、適当な失速余裕を維持しながら
圧縮機効率を最高にするように決定する。レバー38と
ユニゾン・リング40との協動関係の改良によりこのス
ケジュールに非線形性を導入することで、静翼スケジュ
ールを所望通りに改変し最適化することが可能になる。
【0025】さらに、可変静翼段の1つ以上を本発明に
したがって改変して、改良された非線形静翼スケジュー
ルを実現することができ、一方残りの静翼は、共通作動
ビーム42aに結合された固着第2レバー44で従来通
りにスケジュール設定すればよい。このようにして、実
質的に線形に従来通りにスケジュール設定された隣接す
る可変静翼列の1つ以上に対して、1つ以上の可変静翼
列の更なる最適化を達成することができる。
【0026】以上、本発明を例示する好適な実施例とみ
なされるものについて説明したが、本発明の他の変更例
も当業者には明らかであり、これらの変更例もすべて本
発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例による可変静翼作動システム
を有する多段軸流圧縮機を含む代表的なターボファン・
ガスタービンエンジンを示す概略平面図である。
【図2】本発明の1実施例による作動システムを含む、
図1に示した圧縮機の一部を示す断面図および平面図で
ある。
【図3】本発明にしたがって非線形作動を行うように作
動リングに結合された、図2の中の1つの静翼レバーの
拡大平面図である。
【図4】本発明の別の実施例による静翼レバーの平面図
である。
【符号の説明】
16 圧縮機 28 可変静翼 30 ケーシング 36 作動システム 38 レバー 38a レバー基端 38b レバー先端 38c レバー軸線 40 作動リング 42 リング回転手段 48 リング案内装置 50 すべり継手 50a ピン 50b スロット

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガスタービンエンジン圧縮機(16)の
    ケーシング(30)に枢軸回転可能に結合された可変静
    翼(28)用の作動システム(36)において、 各々が対応する1つの前記静翼(28)に固定された基
    端(38a)および反対側の先端(38b)を有する複
    数個のレバー(38)であって、当該レバーの回転につ
    れて前記静翼(28)を枢軸回転させるための複数個の
    レバー(38)と、 前記レバー(38)に隣接して前記ケーシング(30)
    を同軸的に取り囲む作動リング(40)と、 円周方向に間隔を置いて配置され且つ前記ケーシング
    (30)に結合されていて、前記リング(40)の円周
    方向の回転を案内する複数個のリング案内装置(48)
    と、 各々が対応する1つの前記レバーの先端(38b)を前
    記リング(40)にそれぞれ結合して、前記リング(4
    0)の回転につれて前記レバー(38)の枢軸回転長さ
    を変化させる複数個のすべり継手(50)とを備える作
    動システム。
  2. 【請求項2】 前記すべり継手(50)が、前記レバー
    の先端(38b)および前記リング(40)間に設けた
    互いに係合するピン(50a)とスロット(50b)と
    からなり、これにより前記レバー(38)と前記リング
    (40)とが結合されて、前記リング(40)がレバー
    (38)を回転させるにつれて前記枢軸回転長さが変化
    する、請求項1に記載のシステム。
  3. 【請求項3】 前記ピン(50a)が前記リング(4
    0)に固定され且つそれから半径方向に延在しており、
    前記スロット(50b)が前記レバーの先端(38b)
    に設けられて前記ピン(50a)と摺動自在に係合す
    る、請求項2に記載のシステム。
  4. 【請求項4】 各々の前記レバー(38)がその基端
    (38a)と先端(38b)との間に延在する長さ方向
    軸線(38c)を有し、前記レバー(38)の回転につ
    れて対応する前記静翼が枢軸回転し、各々の前記スロッ
    ト(50b)が前記レバー先端に少なくとも部分的に前
    記レバー軸線(38c)に沿って設けられ、前記ピン
    (50a)が前記スロット(50b)内を前記レバー軸
    線(38c)に沿って移動する、請求項3に記載のシス
    テム。
  5. 【請求項5】 前記スロット(50b)が対応する1つ
    の前記レバー軸線(38c)と同軸的に揃っている、請
    求項4に記載のシステム。
  6. 【請求項6】 前記スロット(50b)が対応する1つ
    の前記レバー軸線(38c)に対して傾斜している、請
    求項4に記載のシステム。
  7. 【請求項7】 前記スロット(50b)がまっすぐであ
    る、請求項4に記載のシステム。
  8. 【請求項8】 前記リング案内装置(48)が前記ケー
    シング(30)に前記リング(40)の軸線方向両側で
    結合されていて、前記リングの軸線方向移動を拘束する
    一方、前記リングの円周方向の回転を許容する、請求項
    4に記載のシステム。
  9. 【請求項9】 さらに、前記リング(40)を回転さ
    せ、これにより前記レバー(38)を回転させて前記静
    翼(28)を枢軸回転させる回転手段(42)を備え
    る、請求項4に記載のシステム
  10. 【請求項10】 前記回転手段(42)が、 基端が前記ケーシング(30)に枢軸回転可能に結合さ
    れていて、前記ケーシング(30)に沿って軸線方向に
    延在するビーム(42a)と、 前記リング(40)と前記ビーム(42a)との間に円
    周方向に延在し、これらに枢軸回転可能に結合されたリ
    ンク(42b)と、 前記ビーム(42a)の先端に結合されたアクチュエー
    タ(42c)であって、前記ビーム(42a)を選択的
    に回転させることにより、前記リンク(42b)を介し
    て前記リング(40)を回転させるアクチュエータ(4
    2c)とを備える、請求項9に記載のシステム。
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