JPWO2010089880A1 - ターボファンエンジン - Google Patents

Abstract

本発明は、先端側のファンの内径側の領域を流れるエアーを有効利用できるターボファンエンジンを提供することを目的とする。本発明に係るターボファンエンジンは、先端側にファンを配置したターボファンエンジンであって、ファンの上流側であってその内径側に第一低圧圧縮機を備えて構成されている。これにより、ファンの回転中心部分を流れるエアーを有効に利用して第一低圧圧縮機を作動させることができる。このため、効率よくエアーを利用できエンジン出力を向上させることができる。

Description

本発明は、航空機などに用いられるターボファンエンジンに関するものである。

従来、ターボファンエンジンに関するものとして、特開２００３−２８６８５７号公報に示すように、エンジンの先端側にファンを設け、そのファンの下流側に圧縮機、エンジンコア部及びタービンを配置して構成されるものが知られている。このエンジンは、二重反転式の低圧タービンロータによって駆動される二重反転式ファンを備えて構成されている。

特開２００３−２８６８５７号公報

しかしながら、このようなエンジンにあっては、先端側のファンの内径側の領域を流れるエアーを有効利用することができないという問題点がある。すなわち、ファンの内径側にはスピンナが設置されており、圧縮機を配置することができない。このため、ファンの内径側のエアーの流れを用いてエアーの圧縮効率を高めることが困難である。

そこで本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、先端側のファンの内径側の領域を流れるエアーを有効利用できるターボファンエンジンを提供することを目的とする。

すなわち本発明に係るターボファンエンジンは、先端側にファンを配置したターボファンエンジンにおいて、前記ファンの上流側に配置された第一圧縮機を備えて構成されている。

この発明によれば、ファンの上流側に配置された第一圧縮機を備えることにより、ファンの回転中心部分を流れるエアーを有効に利用して第一圧縮機を作動させることができる。このため、効率よくエアーを利用できエンジン出力を向上させることができる。

また本発明に係るターボファンエンジンにおいて、前記第一圧縮機は、エンジンコア部に配置されるタービンと直結されていることが好ましい。

また本発明に係るターボファンエンジンにおいて、前記第一圧縮機は、前記ファンよりも高速に回転するように設けられていることが好ましい。

また本発明に係るターボファンエンジンにおいて、前記第一圧縮機は、前記ファンの内径側に配設されていることが好ましい。この場合、第一圧縮機がファンの内径側に配設されていることにより、この第一圧縮機がファンの上流側に配置されていても、ファンの回転に与える影響が少なく、ファンの内径側の回転中心部分を流れるエアーを有効利用して第一圧縮機を作動させることができる。このため、エンジンの出力向上が図れる。従って、推進効率の向上が図れ、燃費の低減が図れる。

また本発明に係るターボファンエンジンにおいて、前記第一圧縮機の下流側であって前記ファンの内径側に配設される第二圧縮機を備えることが好ましい。この発明によれば、第一圧縮機の下流側であってファンの内径側に配設される第二圧縮機を備えることにより、複数段の圧縮によるブースト圧縮機構を形成することができる。このため、一段あたりの負担軽減が図れる。また、ファンの内径側のエアーの流れを有効利用してエンジンの出力の向上が図れる。

また本発明に係るターボファンエンジンにおいて、前記第二圧縮機は、前記ファンの内径側にシュラウドによって分離される翼列を有していることが好ましい。

また本発明に係るターボファンエンジンにおいて、前記第二圧縮機は、前記第一圧縮機に対し反転して回転するように設けられていることが好ましい。この発明によれば、第二圧縮機が第一圧縮機に対し反転して回転するように設けられていることにより、複数段の圧縮による二重反転ブースト圧縮機構を形成することができる。このため、二重反転によって段あたりの負担軽減が図れる。また、ファンの内径側のエアーの流れを有効利用してエンジンの出力の向上が図れる。

また本発明に係るターボファンエンジンにおいて、前記第一圧縮機は、前記第二圧縮機よりも高速に回転するように設けられていることが好ましい。

また本発明に係るターボファンエンジンにおいて、前記第一圧縮機は、周方向に沿って配列される第一動翼を有し、その第一動翼の半径が入口側から出口側に向けて大きく形成されていることが好ましい。この発明によれば、第一圧縮機の第一動翼が入口側から出口側に向けて大きく形成されていることにより、第一圧縮機により形成されるエアーが遠心力の方向に沿って流れることとなり、第一圧縮機の回転速度が上がるに連れて遠心力によってエアーの流れが強くなる。このため、回転速度に応じた適切な周速が得られる。

また本発明に係るターボファンエンジンにおいて、少なくとも前記第一圧縮機又は前記第二圧縮機の一方と一体となって回転する第三圧縮機を備えることが好ましい。この発明によれば、少なくとも前記第一圧縮機又は前記第二圧縮機の一方と一体となって回転する第三圧縮機を備えることにより、多段の反転圧縮機構を構成することができる。このため、圧力比を高めることができ、良好な燃費効率、重量あたりの推力を高めることができる。

本発明によれば、先端側のファンの内径側の領域を流れるエアーを有効利用してエンジン出力の向上を図ることができる。

本発明の第一実施形態に係るターボファンエンジンの構成概要図である。 比較例として従来技術を示した図である。 本発明の第二実施形態に係るターボファンエンジンの構成概要図である。

発明を実施するための形態

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第一実施形態）
図１は本発明の第一実施形態に係るターボファンエンジンの構成概要を表す断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係るターボファンエンジン１は、先端側にファン２を配置したフロントファン型のターボファンエンジンである。ターボファンエンジン１には、エンジンコア部３の周囲にバイパス路４が形成されている。ファン２により生成されるエアーＡ１がバイパス路４に流されて推進力の一部を担っている。

エンジンコア部３は、ターボジェットを構成するものであり、エアーＡ２を流すコア流路５が形成されている。エンジンコア部３には、第一低圧圧縮機６、第二低圧圧縮機７が設けられている。第一低圧圧縮機６は、ファン２の上流側に配置され、例えばファン２より先端側に配置されている。また、第一低圧圧縮機６は、ファン２の内径側に設けられている。すなわち、第一低圧圧縮機６は、ファン２が配置される内周側に配設されている。

第一低圧圧縮機６は、エンジン回転軸周りにおいて、周方向に沿って複数の第一動翼６ａを配列して構成されている。第一動翼６ａは、コア流路５内に配設されている。すなわち、コア流路５の入口部分に配設され、回転することによりコア流路５の後方へエアーＡ２を流通させている。

第一動翼６ａは、その半径が入口側から出口側に向けて大きくなるように形成されている。すなわち、第一動翼６ａが配置されるコア流路５が出口側に向けて拡径している。これにより、第一低圧圧縮機６により形成されるエアーＡ２が遠心力の方向に沿って流れることとなる。このため、第一低圧圧縮機６の回転速度が上がるに連れて遠心力によってエアーＡ２の流れが強くなり、圧縮機性能として有利になると共に、第二低圧圧縮機７に必要とされる適切な周速が得られる。

第一低圧圧縮機６は、その後方に設置される低圧タービン８と直結されている。例えば、第一低圧圧縮機６は、第一シャフト９を介して低圧タービン８と機械的に連結され、低圧タービン８と一体となって回転するように設けられている。

また、第一低圧圧縮機６は、ファン２より高速に回転するように設けることが好ましい。例えば、第一低圧圧縮機６に対し減速機１０を介してファン２が回転するように構成される。減速機１０としては、例えば遊星歯車機構が用いられる。減速機１０は、第一低圧圧縮機６と一緒に回転する第一シャフト９の回転入力を受け、減速して出力し、第二低圧圧縮機７及びシュラウド１１を介してファン２を回転させる。減速機１０の減速比は、１：１〜４：１に設定され、好ましくは２：１〜４：１に設定される。

第二低圧圧縮機７は、コア流路５内に設けられ、第一低圧圧縮機６の下流側に配置されている。第二低圧圧縮機７は、シュラウド１１を介してファン２の内径側に配設されており、ファン２と一体に回転する。

第二低圧圧縮機７は、エンジン回転軸周りにおいて、周方向に沿って複数の第二動翼７ａを配列して構成されている。第二動翼７ａは、コア流路５内に配設され、第一動翼６ａの下流側に配置されている。

第二動翼７ａは、その半径が入口側から出口側に向けて大きくなるように形成されている。すなわち、第二動翼７ａが配置されるコア流路５が出口側に向けて拡径している。これにより、第二低圧圧縮機７により形成されるエアーＡ２が遠心力の方向に沿って流れることとなる。このため、第二低圧圧縮機７の回転速度が上がるに連れて遠心力によってエアーＡ２の流れが強くなり、回転速度に応じた適切な周速が得られる。

この第二低圧圧縮機７が設けられることにより、第一低圧圧縮機６と第二低圧圧縮機７により複数段の圧縮によるブースト圧縮機構を形成することができる。このため、一段あたりの圧縮負担を軽減することができ、耐久性に優れたものとなる。また、ファン２の内径側のエアーＡ２を有効に利用して、エンジン１の出力向上が図れる。

第二低圧圧縮機７は、減速機１０の回転出力を受けて回転するが、第一低圧圧縮機６に対し反転するように設けられている。例えば、減速機１０の回転出力を第一低圧圧縮機６と反対回転とすることにより、第二低圧圧縮機７を第一低圧圧縮機６に対し反転させることができる。

第二低圧圧縮機７を第一低圧圧縮機６に対し反転させることにより、複数段の圧縮による二重反転ブースト圧縮機構を形成することができる。このため、二重反転によって段あたりの負担軽減が図れる。また、二重反転とすることにより、静翼を設ける必要がなくなり、小型化及び低コスト化が図れる。さらに、ファン２の内径側のエアーＡ２の流れを有効利用してエンジン１の出力の向上が図れる。

コア流路５内の第二低圧圧縮機７の下流側には、高圧圧縮機１５、燃焼器１６、高圧タービン１７が設けられている。高圧圧縮機１５は、第二シャフト１８を介して高圧タービン１７と連結されており、高圧タービン１７と一体に回転する。高圧タービン１７の下流側には、低圧タービン８が配置されている。

高圧圧縮機１５と第二低圧圧縮機７の間には、オイルサンプ室２０が設けられている。オイルサンプ室２０は、シャフト軸受け、減速機、歯車機構などを内蔵したものである。ターボファンエンジン１にあっては、第一低圧圧縮機６及び第二低圧圧縮機７をエンジンコア部３の先端側へ配置することにより、低圧圧縮機６、７と高圧圧縮機の間に一つのオイルサンプ室２０を設けることができ、ターボファンエンジン１の小型化（全長の短縮化）及び軽量化が図れる。

例えば、図２に示すように、高圧圧縮機１０１の前側に低圧圧縮機１０２を設け、その低圧圧縮機１０２の前側に減速機１０３を配置してファン１０４を駆動させるタイプのエンジン１００の場合、高圧圧縮機１０１の軸受けのためのオイルサンプ室１１０とファン駆動のためのオイルサンプ室１１１を複数設ける必要があり、エンジン１００の大型化、重量増加となってしまう。

次に、本実施形態に係るターボファンエンジン１の動作について説明する。

図１において、燃焼器１６から燃焼により生じた高熱排気が噴出すると、その排気によって高圧タービン１７が回転し、低圧タービン８が回転する。高圧タービン１７の回転に伴って高圧圧縮機１５が回転し、エアーＡ２が圧縮されてコア流路５を流通する。

一方、低圧タービン８の回転に伴い第一シャフト９が回転し、第一低圧圧縮機６が回転する。第一低圧圧縮機６が回転することによって、コア流路５にエアーＡ２が流通する。このとき、第一低圧圧縮機６がファン２の上流側であってファン２の内径側に配置されている。このため、通常のターボファンエンジンではスピンナが配置されている場所のエアーの流れが有効に利用でき、圧縮効率を高めてエンジン出力の向上を図ることができる。また、第一低圧圧縮機６はファン２より高速で回転しており、通常のターボファンエンジンのスピンナより高速回転となっているため、有効なエアー圧縮を行うことができる。

また、第一シャフト９が回転することにより、減速機１０を通じて減速された回転力が第二低圧圧縮機７に伝達される。第二低圧圧縮機７が回転駆動することにより、二重反転ブーストとなり、無理なくエアーＡ２の高圧縮を行うことができる。また、圧縮機の一段あたりの圧縮負担を軽減することができる。また、第一低圧圧縮機６と第二低圧圧縮機７の回転方向を反転させることにより、静翼を設ける必要がなくなり、エンジンの小型化、軽量化が図れる。

第一低圧圧縮機６及び第二低圧圧縮機７はコア流路５が拡径する位置に設けられているため、第一低圧圧縮機６及び第二低圧圧縮機７の遠心力の方向へエアーＡ２が流れることとなり、回転速度が上がった場合にエアーＡ２の流れがスムーズとなり、圧縮効率が高いものとなる。

さらに、第一シャフト９が回転することにより、減速機１０を通じて減速された回転力がファン２に伝達される。ファン２が回転することにより、バイパス流路４にエアーＡ１が流通し、推進力を生じさせる。

以上のように、本実施形態に係るターボファンエンジン１によれば、先端側にファン２を配置した上流側に配置された第一低圧圧縮機６を備えることにより、ファン２の回転中心部分を流れるエアーを有効に利用して第一低圧圧縮機６を作動させることができる。このため、効率よくエアーを利用できエンジン出力を向上させることができる。従って、推進効率の向上が図れ、燃費の低減が図れる。

また、ファン２の内径側に配置される第一低圧圧縮機６がファン２よりも高速で回転することにより、内径側でありながら第一低圧圧縮機６によって所望の周速を得ることができ、有効なエアーの圧縮が行える。

また、第一低圧圧縮機６がファン２の内径側に配設されていることにより、この第一低圧圧縮機６がファン２の上流側に配置されていても、ファン２の回転に与える影響が少なく、ファン２の内径側の回転中心部分を流れるエアーを有効利用して第一圧縮機を作動させることができる。

また、第一低圧圧縮機６の下流側に第二低圧圧縮機７を備えることにより、一段あたりの負担軽減が図れる。また、ファン２の内径側のエアーの流れを有効利用してエンジンの出力の向上が図れる。

また、第二圧縮機が第一圧縮機に対し反転して回転するように設けられていることにより、複数段の圧縮による二重反転ブースト圧縮機構を形成することができる。このため、二重反転によって段あたりの負担軽減が図れる。

さらに、第一低圧圧縮機６の第一動翼６ａが入口側から出口側に向けて大きく形成されていることにより、第一低圧圧縮機６により形成されるエアーＡ２が遠心力の方向に沿って流れることとなり、第一低圧圧縮機６の回転速度が上がるに連れて遠心力によってエアーＡ２の流れが強くなる。このため、回転速度に応じた適切な周速が得られる。

（第二実施形態）
次に本発明の第二実施形態に係るターボファンエンジンについて説明する。

図３は、本実施形態に係るターボファンエンジンの構成概要を表す断面図である。本実施形態に係るターボファンエンジンは、第一実施形態に係るターボファンエンジン１とほぼ同様に構成されるものであるが、ファン２の位置からその上流側において低圧圧縮機が三つ以上備えられている点で第一実施形態に係るターボファンエンジン１と異なっている。

図３に示すように、本実施形態に係るターボファンエンジン１ａは、第一低圧圧縮機６、第二低圧圧縮機７のほかに、第三低圧圧縮機２１、第四低圧圧縮機２２を備えている。第三低圧圧縮機２１は、第二低圧圧縮機７と連結され一体となって回転するものであり、第一低圧圧縮機６の下流側であって第二低圧圧縮機７の上流側に配設されている。この第三低圧圧縮機２１は、複数の動翼を備えている点は、第二低圧圧縮機７と同様に構成されている。

第四低圧圧縮機２２は、第一低圧圧縮機６と連結され一体となって回転するものであり、第三低圧圧縮機２１の下流側であって第二低圧圧縮機７の上流側に配設されている。この第四低圧圧縮機２２は、複数の動翼を備えている点は、第一低圧圧縮機６と同様に構成されている。

このような本実施形態に係るターボファンエンジン１ａによれば、第一低圧圧縮機６、第二低圧圧縮機７、第三低圧圧縮機２１、第四低圧圧縮機２２によって多段二重反転圧縮機構が構成される。このため、これらの低圧圧縮機６、７、２１、２２によって圧縮比を高めることができ、燃費の向上、重量あたりの推進力の向上が図れる。

また、圧縮比の段数を増やすと、エンジンの全長が長くなりエンジン重量が増加することとなるが、本実施形態に係るターボファンエンジン１ａでは、スペース効率がよく部材の増加量も少ないため、多段多重反転圧縮機構としながらエンジンの大型化、重量増加を抑えることができる。

以上のように、本実施形態に係るターボファンエンジン１ａによれば、多段の反転圧縮機構を構成することにより、圧力比を高めることができ、良好な燃費効率、重量あたりの推力を高めることができる。

なお、本実施形態では、二段二重反転の圧縮機構とした場合について説明したが、第三低圧圧縮機２１、第四低圧圧縮機２２の一方の設置を省略して構成してもよい。また、三段以上の二重反転圧縮機構としてもよい。

上述した各実施形態は本発明に係るターボファンエンジン一例を示すものである。本発明に係るターボファンエンジンは、この実施形態に係るターボファンエンジンに限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、実施形態に係るターボファンエンジンを変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

本発明によれば、先端側のファンの内径側の領域を流れるエアーを有効利用してエンジン出力の向上を図ることができる。

符号の説明

１…ターボファンエンジン、２…ファン、３…エンジンコア部、４…バイパス流路、５…コア流路、６…第一低圧圧縮機、７…第二低圧圧縮機、８…低圧タービン。

Claims (10)

1. 先端側にファンを配置したターボファンエンジンにおいて、
   前記ファンの上流側に配置された第一圧縮機を備えること、
   を特徴とするターボファンエンジン。
2. 前記第一圧縮機は、エンジンコア部に配置されるタービンと直結されている、
   請求項１に記載のターボファンエンジン。
3. 前記第一圧縮機は、前記ファンよりも高速に回転するように設けられている、
   請求項１に記載のターボファンエンジン。
4. 前記第一圧縮機は、前記ファンの内径側に配設されている、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のターボファンエンジン。
5. 前記第一圧縮機の下流側であって前記ファンの内径側に配設される第二圧縮機を備える、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のターボファンエンジン。
6. 前記第二圧縮機は、前記ファンの内径側にシュラウドによって分離される翼列を有している、
   請求項５に記載のターボファンエンジン。
7. 前記第二圧縮機は、前記第一圧縮機に対し反転して回転するように設けられている、
   請求項５又は６に記載のターボファンエンジン。
8. 前記第一圧縮機は、前記第二圧縮機よりも高速に回転するように設けられている、
   請求項５〜７のいずれか一項に記載のターボファンエンジン。
9. 前記第一圧縮機は、周方向に沿って配列される第一動翼を有し、その第一動翼の半径が入口側から出口側に向けて大きく形成されている、
   請求項１〜８のいずれか一項に記載のターボファンエンジン。
10. 少なくとも前記第一圧縮機又は前記第二圧縮機の一方と一体となって回転する第三圧縮機を備える、
    請求項１〜９のいずれかに記載のターボファンエンジン。

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