KR19980087181A - 가스 터빈 엔진용 바이패스 공기 밸브 - Google Patents

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토마스 에이 옥시어
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헤이즈 크리스토퍼 티
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Abstract

가스 터빈 엔진용 바이패스 공기 밸브는 라이너, 스트랩(strap) 및 밸브를 선택적으로 작용하기 위한 수단을 포함하고 있다. 라이너는 방사상 표면, 외부 방사상 표면, 복수의 제 1 영역, 복수의 제 2 영역을 구비한다. 각각의 제 1 영역은 복수의 제 1 구멍을 구비한다. 각각의 제 2 영역은 복수의 제 2 구멍을 구비한다. 스트랩은 복수의 개구 및 복수의 제 3 영역을 구비한다. 각각의 제 3 영역은 복수의 제 3 구멍을 구비한다. 밸브는 개구 또는 폐쇄 위치에서 선택적으로 작용될 수 있다. 개구 위치에서, 제 1 영역은 실질적으로 개구와 정렬되며 제 3 영역은 실질적으로 제 2 영역과 정렬된다. 폐쇄위치에서, 제 1 영역은 실질적으로 제 3 영역과 정렬되며 제 2 영역은 실질적으로 개구와 정렬된다.

Description

가스 터빈 엔진용 바이패스 공기 밸브
본 발명은 일반적으로 가스 터빈 엔진에 관한 것으로, 특히 바이패스(bypass) 공기 밸브에 관한 것이다.
대부분의 증가된(augmented) 가스 터빈 엔진은 엔진내의 후미에서 전방에 배열된 팬, 압축기, 연소기, 터빈 오그멘터 및 노즐 섹션을 구비한다. 팬과 압축기 섹션내에 압축된 공기는 연료가 추가되고 연소되는 연소기 안으로 이동한다. 코어 가스 유동(즉, 공기와 연소의 생성물을 더한 것)은 연소기를 떠나 터빈 섹션으로 유입되며, 터빈을 구동하도록 동력을 제공한다. 터빈 섹션은 차례로 팬 및 압축기 섹션에 동력을 제공한다. 다음에 코어 가스 유동은 오그멘터 및 노즐을 통과해 이동하며, 항공기에 동력을 공급하도록 추진력을 제공한다. 증가된 상태에서, 연료는 코어 가스 유동에 선택적으로 추가되며 노즐을 나가는 추가의 추진력을 제공하도록 연소된다.
엔진을 통과해 이동하는 코어 가스의 물리적인 작동 상태(예컨데, 압력, 온도 및 속도)는 엔진의 동력 설정 및 엔진이 작동하는 외부의 환경에 의해 변할 것이다. 예를 들면, 지면 아이들(idle)에서 엔진을 통과해 이동하는 코어 가스 유동은 대부분의 장소에서 최대의 증가하에서의 엔진내에서 동일함보다 낮은 온도, 압력 및 속도에서 될 것이다. 코어 가스 유동 작동 상태에서의 변화는 작동 상태의 변화를 조정가능하게 하는 냉각 장치를 필요로 한다.
작동 상태의 스펙트럼을 조정하기 위해, 대부분의 증가된 가스 터빈 엔진은 팬 섹션 또는 압축기 센션의 떨어진 공기를 선택적으로 추출하는 능력을 가진다. 또한 바이패스 공기로 참조된 추출 공기는 연소기, 터빈 오그멘터 및 노즐과 같은 하류 구성요소를 냉각하기 위해, 특히 엔진이 높은 출력 및/또는 증가에서 작동될 경우에, 대부분 자주 사용된다. 코어 가스 유동 경로에 인접한 구조체에 의해 통과하거나 지나가서 선택적으로 추출되는 바이패스 공기는 이러한 구조체로부터 떨어져 열 에너지를 전달한다. 또한 오그멘터로 유입된 바이패스 공기는 연소를 위해 추가의 산소를 제공한다.
통상적으로 엔진의 터빈 섹션은 최종적인 터빈 로터 스테이지의 후미에 배치된 복수의 스테이터 베인(출구 안내 베인)을 구비하며, 최종적인 터빈 로터 스테이지는 내부 방사상의 콘과 외부 방사상의 터빈 배기 케이스 사이로 연장된다. 출구 안내 베인은 오그멘터 및 노즐을 통과하는 통로를 위해 최적의 방향으로 터빈 로터 스테이지를 나가는 유동을 배향한다. 코어 가스 유동내에 배치된 출구 안내 베인은 각각의 출구 안내 베인의 바로 후미에 비교적 정적인 코어 가스의 포켓(이하, 정지한(quiescent) 포켓으로 참조됨)에 의해 보통 나타나는 유동 장애를 발생시킨다. 정지한 포켓의 기하학적 형상은 베인의 기하학적 형상, 코어 가스 유동에 대한 베인의 배향 및 베인을 지나 이동한 코어 가스 유동의 속도에 따른다. 어떤 엔진에 있어서, 출구 안내 베인은 오그멘터 연료 스프레이 바 및 코어 가스 유동 안으로 그것의 도입후에 연료를 점화하기 위한 점화 공급원을 수용한다. 그러한 경우에, 출구 안내 베인은 정지한 포켓의 형상을 조장하는 기하학적 형상을 제공한다. 화염은 정지한 포켓내에서 시작되고 유지되며, 코어 가스 유동은 원주방향으로 이격된 출구 안내 베인 사이를 통과한다. 다른 엔진에 있어서, 연료 스프레이 바, 화염 유지 절벽의(bluff) 본체 및 점화기가 터빈 출구 안내 베인의 코어 가스 유동 경로 후미내에 배치된다. 정지한 포켓을 형성하도록 절벽의 본체처럼 출구 안내 베인을 사용하는 것의 이점은 하류의 연료 스프레이 바, 화염 유지 절벽의 본체 및 점화기를 위한 필요가 제거되는 것이다. 그러나, 절벽의 포켓의 위치적 단점은 포켓내에 높은 정적의 압력 및 온도에 의해 발생되는 냉각 요구이다. 예를 들면, 터빈 출구 안내 베인의 엑스(x)를 가진 엔진은 비교적 높은 압력 및 온도 영역의 엑스 수를 갖는 코어 가스 유동 경로의 원주방향 둘레에 연장하는 압력 및 온도 구배를 가질 것이다.
요구되는 것은 엔진의 효율을 증가시키는 가스 터빈 엔진을 위한 바이패스 공기 밸브이며, 이것은 역의 결과없이 실질적인 압력 및 온도 구배를 가진 환경에서 작동할 것이다.
따라서 본 발명의 목적은 냉각 요구에 따라 손실된 일량을 감소시키는 것에 의해 엔진의 효율을 증가시키는 가스 터빈 엔진용 바이패스 공기 밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 열 손실에 대해 저항하는 바이패스 공기 밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 실질적인 압력 및 열 구배의 환경에서 효과적으로 작동할 수 있는 바이패스 공기 밸브를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 가스 터빈 엔진을 위한 바이패스 공기 밸브는 라이너, 스트랩 및 밸브를 선택적으로 작용하기 위한 수단을 포함한다. 라이너는 내부 방사상 표면, 외부 방사상 표면, 복수의 제 1 영역 및 복수의 제 2 영역을 포함한다. 각각의 제 1 영역은 복수의 제 1 구멍을 구비한다. 각각의 제 2 영역은 복수의 제 2 구멍을 구비한다. 스트랩은 복수의 개구 및 복수의 제 3 영역을 구비한다. 각각의 제 3 영역은 복수의 제 3 구멍을 구비한다. 밸브는 개방 또는 폐쇄된 위치에서 선택적으로 작용될 수 있다. 개방 위치에서, 제 1 영역은 개구과 실질적으로 정렬되며, 제 3 영역은 제 2 영역과 실질적으로 정렬된다. 폐쇄 위치에서, 제 1 영역은 제 3 영역과 실질적으로 정렬되며, 제 2 영역은 개구와 실질적으로 정렬된다.
본 발명의 이점은 엔진의 효율을 증가시키기 위한 수단이 제공되는 것이다. 최소의 바이패스 공기 냉각이나 최소의 압력 바이패스 공기 냉각이 요구되는 개방 상태하에서, 본 발명의 바이패스 공기 밸브는 개방으로 이동되므로써 바이패스 공기를 위한 최소의 압력 강하 경로를 제공하여 낮은 압력 코어 가스 유동을 연결한다. 덤핑(dumping) 바이패스 덕트의 외부와 코어 가스 유동 경로 안쪽의 바이패스 공기는 바이패스 공기 덕트내에 후방 압력을 감소시키는 것에 의해 효율을 증가시킨다. 바이패스 공기 덕트내에 높은 압력은 팬이 보다 많은 일을 수행하도록하여, 차례로 보다 많은 일을 수행하는 팬을 구동하는 터빈을 발생시킨다. 궁극적으로, 이 일은 터빈에 동력을 공급하는 코어 가스로부터 오게 되므로써, 추진력을 제공하기에 이용가능한 에너지를 보다 적게한다. 게다가, 낮은 임피던스 개방 위치에서 본 발명의 바이패스 공기 밸브를 통과하는 바이패스 공기는 팬이나 압축기 섹션내에서 나누어지는 보다 많은 에너지를 또한 보유한다. 본존된 에너지는 엔진의 효율을 증가시키도록 하류에 실질적으로 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 이점은 바이패스 공기 밸브가 열 손실에 대해 저항을 제공하게 된다. 바이패스 공기의 위치적 유동은 개방 및 폐쇄의 양쪽 위치에서 라이너의 전체적인 원주방향 둘레로 제공되므로써, 열 손실을 방지하도록 적합한 냉각을 제공한다. 게다가, 본 발명의 실시예는 오그멘터 라이너와 접속하기 위한 후미 화염을 제공한다. 후미 와염은 밸브와 오그멘터 라이너 사이의 인터페이스를 열적으로 보호하는 냉각을 위한 수단을 구비한다.
본 발명의 다른 이점은 실질적인 압력과 열 구배를 갖는 환경이 조정될 수 있는 것이다. 터빈의 바로 후미의 코어 가스 유동은 자주 코어 가스 유동내에 터빈 출구 안내 베인의 배치에 의해 원주방향 및 방사상의 압력과 온도 구배에 의한 특징이 있다. 이것은 엔진이 높은 출력 설정에서 작동되거나 증가에 있을 경우에 특히 진실되다. 라이너의 제 1 및 제 2 영역과 스트랩의 개구 및 제 3 영역은 압력 및 온도에서 상이함이 조절되는 밸브를 통하여 바이패스 공기 유동 경로를 제공한다.
본 발명의 다른 이점은 팬 섹션의 작용 상태가 선택적으로 조정될 수 있는 것이다. 어떤 경우에, 팬에 의해 받게되는 저항의 양을 변경시키는 것이 바람직하다. 예를 들면, 엔진의 팬의 스톨 마진(stall margin)이 비행 봉입물(flight envelope)의 어떤 부분내에 최대로 된다면, 본 발명의 공기 밸브는 팬상의 후방 압력을 감소시키고 그것의 스톨 마진을 증가시키기 위해 개방될 것이다. 개방된 본 발명의 바이패스 공기 밸브는 바이패스 공기 덕트내에 후방 압력을 감소시키며, 폐쇄된 본 발명의 바이패스 공기 밸브를 하는 것보다 팬 저항을 감소시킨다.
본 발명의 상기 및 기타 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면에서 도시된 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로부터 보다 명료하게 될 것이다.
도 1은 가스 터빈 엔진의 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 바이패스 공기 밸브의 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 바이패스 공기 밸브의 일부 확대도,
도 4는 본 발명에 따른 바이패스 공기 밸브의 라이너의 개략적인 일부 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 바이패스 공기 밸브의 스트랩을 방사상의 안쪽에서 도시한 일부 개략도,
도 6은 본 발명에 따른 패쇄된 상태에서 바이패스 공기 밸브를 방사상의 안쪽에서 도시한 일부 개략도,
도 7은 본 발명에 따른 개방된 상태에서 바이패스 공기 밸브를 방사상의 안쪽에서 도시한 일부 개략도,
도 8은 본 발명에 따른 도 6의 선 8-8을 따라 절취한 오그멘터(augmentor) 라이너의 전방 섹션을 구비하는 바이패스 공기 밸브의 개략 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 도 6의 선 9-9를 따라 절취한 오그멘터 라이너의 전방 섹션을 구비하는 바이패스 공기 밸브의 개략 단면도,
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 바이패스 공기 밸브 26 : 코어 가스 유동
28 : 바이패스 공기 34 : 스트랩
36 : 라이너 72 : 제 1 플랜지
74 : 제 2 플랜지 90 : 스프링 조립체
도 1을 참조하면, 가스 터빈 엔진(10)은 팬(12), 압축기(14), 터빈(18), 바이패스 공기 밸브(20), 오그멘터(augmentor)(22) 및 노즐(24)을 구비하는 것으로 설명될 수 있다. 팬(12)을 빠져나가는 공기는 코어 가스 유동(26)과 바이패스 공기 유동(28)으로 나누어진다. 코어 가스 유동(26)은 압축기(14), 연소기(16), 터빈(18), 오그멘터(22) 및 노즐(24)을 차례대로 거쳐간다. 따라서, 코어 가스 유동(26)은 엔진(10)의 축(30)에 실질적으로 평행한 경로를 따르는 것으로 설명될 수 있다. 또한 바이패스 공기(28)는 엔진(10)의 축(30)에 평행한 경로를 따라가며, 엔진(10)의 주변을 따라 연장하는 환형통로(annulus)(32)를 통과한다. 압축기(14)의 후미에서, 바이패스 공기 유동(28)은 코어 가스 유동(26)보다 압력이 높다.
Ⅰ. 바이패스 공기 밸브의 요소
도 2 내지 도 5는 바이패스 공기 밸브(20)의 개략도를 나타낸 것이다. 바이패스 공기 밸브(20)는 환형통로(32)(도 2)를 통과하는 바이패스 공기(28)를 수용하도록 배치된다. 바이패스 공기 밸브(20)는 스트랩(34), 라이너(36), 라이너(36)와 접촉하는 스트랩(34)을 편향시키기 위한 수단(38) 및 라이너(36)에 대해 스트랩(34)을 선택적으로 작용시키기 위한 액츄에이터(40)를 구비한다. 도 4를 참조하면, 라이너(36)는 내부 방사상의 표면(42), 외부 방사상의 표면(44), 제 1 영역(46), 제 2 영역(48) 및 후미 플랜지(50)를 구비하는 링과 같은 구조체이다. 제 1 영역(46)은 복수의 제 1 구멍(52)을 구비한다. 바람직한 실시예에 있어서, 복수의 제 1 공동(54)은 각각의 제 1 영역(46)의 외부 방사상의 표면(44)내에 배치된다. 제 2 영역(48)은 복수의 제 2 구멍(56)을 구비한다. 바람직한 실시예에 있어서, 제 2 영역(48)은 또한 라이너(36)의 외부 방사상의 표면(44)내에 배치되고 리브(60)에 의해 분리된 복수의 제 2 공동(58)을 구비한다. 제 2 공동(58)은 외부 방사상 표면(44)에서 베이스 표면(64)까지 연장하는 깊이(62)를 가진다. 리브(60)의 두께(66)는 제 2 공동(58)의 깊이(62)보다 작다. 라이너(36)내의 제 1 영역(46) 및 제 2 영역(48)은 체커판(checkerboard) 형식으로 배열되며, 제 1 영역(46) 및 제 2 영역(48)은 축방향 및 원주방향으로 모두 다르다. 바람직한 실시예에 있어서, 후미 플랜지(50)는 복수의 냉각 슬롯(68) 및 냉각 구멍(70)을 구비한다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 스트랩(34)은 링내에 형성되며, 라이너(36)에 대해 작용하기 위해 라이너(36)의 방사상의 외부에 배치된다. 스트랩(34)은 하나의 길이방향 단부에 부착된 제 1 플랜지(72), 다른 길이방향 단부에 부착된 제 2 플랜지(74), 및 상기 두 길이방향 단부 사이에 배치된 복수의 제 3 영역(76) 및 개구(78)(도 5)를 구비한다. 제 3 영역(76)은 라이너 제 1 영역(46)내의 제 1 구멍(52)의 패턴과 상보적인 패턴으로 배열된 복수의 제 3 구멍(80)을 구비한다. 각각의 제 3 구멍(80)의 직경은 각각의 제 1 구멍(52)에 비해 작다. 제 1 구멍(52) 및 제 3 구멍(80) 사이의 관계는 하기에 보다 상세히 설명될 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 스트랩(34)내의 개구(78)는 3개의 섹션(82)을 구비하지만, 대안적으로 그 이상 또는 이하의 섹션이 사용될 수도 있다. 원주방향의 폭(84)과 축방향 길이(86)에 의해 규정된 섹션(82)의 집학적 영역은 라이너(36)의 제 2 영역(48)처럼 실질적으로 동일한 양의 영역을 차지하게 된다. 그러나, 개구 섹션(82)의 원주방향 폭(84)은 제 1 영역(46)의 원주방향 폭(88)(도 7)보다 크다. 바람직한 실시예에 있어서, 스트랩(34)내의 제 3 영역(34)과 개구(78)는 체커판 형식내에 배열되며, 제 3 영역(76)과 개구(78)는 축방향 및 원주방향으로 다르다. 도 3을 참조하면, 라이너(36)와 접촉하는 스트랩(34)을 편향시키기 위한 수단(38)은 한쌍의 스프링 조립체(90)를 구비한다. 각각의 스프링 조립체(90)는 스프링(92), 볼트(94) 및 너트(96)를 구비한다. 볼트(94)는 스프링(92)을 통과하고 제 1 플랜지(72) 및 제 2 플랜지(74)내의 헐거운 구멍을 통과하여 연장한다. 스프링(92)은 볼트/너트 조립체(94, 96)와 일측 플랜지(72, 74)의 외부 표면 사이에 작용한다. 바람직한 실시예에 있어서, 스트랩(34)은 라이너(36)로부터 떨어져 향하는 스트랩(34)의 측면에 부착되어 스트랩(34)의 강성을 증가시키는 구조적 부재(98)를 구비한다.
도 3을 참조하면, 액츄에이터(40)는 아암(100) 및 드라이버(102)를 구비한다. 아암(100)은 제 1 외부 바(104), 제 2 외부 바(106), 및 외부 바 사이에 배치된 중앙 바(108)를 구비한다.
Ⅱ. 폐쇄된 위치에서의 바이패스 공기 밸브
도 6, 도 8 및 도 9를 참조하면, 바이패스 공기 밸브(20)는, 바이패스 공기 밸브(20)의 후미에서 높은 레벨의 냉각이 요구되는 조건(높은 동력 설정, 증가 등)하에서 통상적으로 폐쇄된다. 폐쇄된 위치에서, 스트랩(34)은, 스트랩(34)내의 개구(78)가 라이너(36)의 제 2 영역(48)과 실질적으로 정렬되는 위치와, 스트랩(34)의 제 3 영역(76)이 라이너(36)의 제 1 영역(46)과 실질적으로 정렬되는 위치로 가동된다. 제 1 구멍(52) 및 제 3 구멍(80)의 패턴은, 제 3 구멍(80)의 일부를 통과해 이동하는 바이패스 공기(28)가 제 1 구멍(52) 사이의 라이너(36)에 부딪히도록 정렬한다. 나머지 제 3 구멍(80)을 통과하는 바이패스 공기(28)는 정렬된 제 1 구멍(52)(도 8)을 향하도록 지향된다.
바이패스 공기 밸브(20)를 가로지르는 압력 강하(즉, 바이패스 공기와 코어 가스 사이의 압력 차이)는 밸브(20)에 걸쳐 불연속적으로 단계적으로 발생된다. 단계의 수와 각각의 단계의 크기는 바이패스 공기 밸브(20)를 통과하는 경로에 의해 규정된다. 예를 들면, 폐쇄된 위치에서의 제 1 영역(46)과 제 3 영역(76) 사이의 정렬은 바이패스 공기 밸브(20)에 걸친 2개의 별개의 단계를 발생시키며, 이 단계는 스트랩(34)을 가로지르는 단계와, 라이너(36)를 가로지르는 단계로 바이패스 공기 밸브(20)에 걸친 압력 강하와 동일하다. 보다 작은 제 3 구멍(80)은 비교적 큰 제 1 구멍(52)보다 보다 큰 압력 강하를 지탱한다. 결론적으로, 바이패스 공기 유동(28)은 제 1 구멍(52) 사이의 라이너(36)에 대해 충돌하거나 또는 정렬된 제 1 구멍(52)을 통과한다. 바이패스 공기(28)는, 라이너(36)와 충돌한 후에, 제 1 구멍(52)을 통과해 이동하며, 코어 가스 유동(26) 안으로 유입(bleed)된다. 구멍(52)으로부터의 바이패스 공기(28)의 낮은 압력 유입은 라이너의 내부 방사상 표면(42)을 따라 경계 층(도시되지 않음)의 형성을 촉진한다. 비교적 차거운 바이패스 공기(28)의 경계 층은 라이너(36)를 고온 코어 가스 유동(26)으로부터 열적으로 보호하도록 돕는다. 제 1 구멍(52)과 제 3 구멍(80) 사이의 직경(또는 원형이 아닌 경우 단면적)의 차이는 스트랩(34) 및 라이너(36)를 가로지르는 압력 단계의 크기를 변화시키도록 증가되거나 감소될 수 있다.
도 6을 참조하면, 라이너(36)의 외부 방사상의 표면(44)내에 배치된 제 1 공동(54)을 구비한 실시예에 있어서, 제 1 공동(54)은 스트랩(34)과 라이너(36) 사이로 이동하는 바이패스 공기(28)를 구획한다. 하나 또는 그 이상의 제 3 구멍(80)을 통과해 제 1 공동(54)으로 유입된 바이패스 공기(28)는 이러한 특정 제 1 공동(54)과 정렬된 제 1 구멍(52)을 빠져나가야 한다. 결론적으로, 제 1 구멍(52)은 제 1 구멍을 가로지르는 미세한 압력차를 가짐에도 불구하고, 바이패스 공기(28)의 유동이 제 1 구멍(52)을 빠져나간다. 제 1 구멍(52)을 통과하는 실재적인 공기 유동은 실질적인 압력 구배가 존재하는 영역내에서 특히 중요하며, 특정 시점에서 국부적 코어 가스 압력이 제 1 공동(54)의 압력을 초과할 수도 있다. 이러한 경우에, 바이패스 공기(28)는 스트랩(34)을 가로지르는 비교적 큰 압력 차이에 의해 제 1 공동(54)으로 계속적으로 유입될 것이며, 결국은 제 1 공동(54)내의 압력이 코어 가스 유동(28)내의 국부적 압력을 초과할 때까지 압력이 증가될 것이다. 따라서, 고온 가스 유입(influx) 및 잠재적 열적 손실이 방지된다.
도 6을 참조하면, 스트랩(34)내의 개구(78)와 제 2 영역(48)내의 제 2 구멍(56)을 경유하여 폐쇄된(closed) 바이패스 공기 밸브(20)를 통과하여 이동하는 바이패스 공기는 단일의 구별된 압력 강하를 받게 된다. 개구(78)는 무시해도 좋은 압력 강하를 제공하므로써, 제 2 구멍(56)을 가로지르는 압력 강하가 바이패스 공기 밸브(20)를 가로지르는 압력 강하와 실질적으로 동일하게 된다. 제 2 구멍(56)은 바이패스 공기(28)를 코어 가스 유동(26) 안으로 분출(jet)할 수 있도록 하는 크기이다. 바람직한 실시예에 있어서, 각각의 제 2 영역(48)은 터빈 출구 안내 베인(110)(도 8 및 도 9에 가상선으로 도시됨)의 후미에 배치되므로써, 제 2 영역(48)으로부터 외부로 분출하는(jetting) 바이패스 공기(28)가 터빈 출구 안내 베인(110)의 후미에서 바이패스 공기(28)내에 발생되는 고압, 고온의 정지 포켓(quiescent pocket) 안으로 유입된다. 정지 포켓 안으로 분출하는 바이패스 공기(28)는 라이너(36)로부터 떨어진 고온 코어 가스(26)를 송풍하는 것에 의해 그리고 바람직하지 않은 고온 코어 가스 유입(influs)을 방지하는 것에 의해 라이너(36)를 보호한다. 오그멘터 연료가 터빈 출구 안내 베인(110)에 인접하게 분포되는 경우에 있어서, 라이너(36)로부터 멀어지도록 바이패스 공기(28)와 연료 혼합체를 송풍하는 것은, 라이너(36)에 인접한 연소가 열적 손상에 대한 기회를 증가시키기 때문에 특히 중요하다.
Ⅲ. 개방 위치 또는 폐쇄 위치로의 밸브의 작동
도 3을 참조하면, 바이패스 공기 밸브(20)가 개방 위치로 작동될 경우에, 액츄에이터 드라이버(102)는 라이너(36)의 원주방향에 실질적으로 접선방향으로 아암(100)을 구동시킨다. 결론적으로, 중앙 바(108)는 제 1 플랜지(72)와 접촉하며 스트랩(34)의 세그먼트(segment)를 라이너(36)와의 접촉에서 벗어나도록 구동한다. 스트랩 세그먼트가 라이너(36)로부터 해제된 후에, 스트랩(34)은, 동일한 방향으로 제 2 플랜지(74)를 당기는 스프링 조립체(90)에 의해, 또는 제 2 플랜지(74)와 접촉하는 제 1 외부 바(104)에 의해 이동될 것이다. 스트랩(34)이 개방 위치로 바뀐 후에, 스프링 조립체(90)와 스트랩(34)에 대한 압력은 라이너(36)에 대해 스트랩(34)을 편향시킬 것이다.
바이패스 공기밸브(20)가 폐쇄 위치로 작동될 경우에, 드라이버(102)는 밸브(20)를 개방하도록 취해진 방향과 반대되는 방향으로 아암(100)을 구동한다. 이럴 경우에, 중앙 바(108)는 제 2 플랜지(74)와 접촉하며 스트랩(34)의 세그먼트를 라이너(36)와의 접촉에서 벗어나도록 구동한다. 스트랩(34)은 그 뒤 동일한 방향으로 제 1 플랜지(72)를 당기는 스프링 조립체(90)에 의해, 또는 제 1 플랜지(72)와 접촉하는 제 2 외부 바(106)에 의해 이동된다. 스트랩(34)이 개방 위치로 바뀐 후에, 스프링 조립체(90)와 스트랩(34)에 대한 압력은 라이너(36)에 대해 스트랩(34)을 편향시킨다.
Ⅳ. 개방 위치에서의 바이패스 공기 밸브
도 7을 참조하면, 바이패스 공기 밸브(20)는 바이패스 공기 밸브(20)의 후미에서 오그멘터(22) 및 노즐(24)(도 1)내에서 낮은 레벨의 냉각이 요구되는 조건(낮은 동력 설정, 무증가 등) 하에서 통상적으로 개방된다. 다른 실시예로서, 팬의 작동 상태를 선택적으로 조정하는 목적을 위해 현재의 바이패스 공기 밸브(20) 개방을 가지는 것이 바람직할 수도 있다. 개방 위치에서, 스트랩(34)내의 개구(78)는 라이너(36)내에 제 1 영역(46)과 실질적으로 정렬되며, 스트랩(34)내에 제 3 영역(76)은 라이너(36)내에 제 2 영역(48)과 정렬된다. 개구(78)는 바이패스 공기(28)의 큰 체적을 허용하므로써 제 1 구멍(52)을 직접적으로 통하고 최소의 압력 강하를 갖는 코어 가스 유동(26) 안으로 이동한다. 또한 바이패스 공기(28)는 제 2 구멍(56)을 경유하여 코어 가스 유동(26) 안으로 이동한다. 바이패스 공기(28)는 제 3 구멍(80) 또는 개구(78)를 통과하여 이동하는 것에 의해 제 2 구멍(56)에 들어간다. 개구(78)의 원주방향 폭(84)은 각각의 제 1 영역(46)과 중첩되며, 각각의 인접한 제 2 영역(48) 안으로 소정 거리 만큼 연장한다. 제 2 영역(48) 안으로의 개구(78)의 중첩은 제 2 구멍(56)으로 최소의 압력 강하 경로를 제공한다. 각각의 제 2 영역(48)이 리브(60)에 의해 분리되는 복수의 제 2 공동(58)을 구비하는 실시예에 있어서, 각각의 리브(60)와 스트랩(34) 사이의 갭은 바이패스 공기(28)를 인접한 제 2 공동(58) 사이로 이동하도록 허용한다. 각각의 리브(60)와 스트랩(36) 사이의 갭은 각각의 리브(60)의 두께(66)가 제 2 공동(58)의 깊이(62)보다 작기 때문에 존재한다.
바이패스 공기 밸브(20)는 개방되거나 폐쇄되는 것에 관계없이, 밸브(20)를 통과해 이동하는 바이패스 공기(28)는 바이패스 공기 밸브(20)의 전체의 원주방향 둘레에 코어 가스 유동(28)을 유입할 것이다. 오그멘터(22)로 유입되는 바이패스 공기(28)의 원주방향 일치는 오그멘터(22)의 효율을 증가시키며, 존재할 수 있는 어떤 압력 및 열적 구배의 영향을 감소시킨다. 게다가, 후미 플랜지(50)내의 슬롯(68)과 냉각 구멍(70)은 바이패스 공기(28)가 바이패스 공기 밸브(20)가 개방되거나 폐쇄된 상태에서 후미 플랜지(50)를 통과하거나 그에 인접하게 이동하도록 허용한다. 후미 플랜지(50)내의 슬롯(68)의 숫자 및 위치는 상이한 냉각 요구를 수용하도록 변경될 수 있을 것이다.
본 발명은 본 명세서의 상세한 실시예에 대해 도시하고 설명했지만, 본 발명의 정신 및 범위내에서 본 발명의 형상 및 세부사항이 다양하게 변형될 수 있다는 것을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다. 라이너(36)내의 제 1 영역(46) 및 제 2 영역(48)의 바람직한 배열과, 스트랩(34)내의 제 3 영역(76) 및 개구(78)는 체커판 형식과 같이 제공된다. 다른 형식도 다른 실시예로서 사용될 수 있다. 게다가, 액츄에이터(40)는 아암(100) 및 드라이버(102)를 구비한 것으로 설명된다. 라이너(36)에 대해 스트랩(34)을 작용하기 위한 다른 수단이 다른 실시예로서 사용될 수도 있다.
본 발명은 냉각 요구에 따라 손실된 일량을 감소시키는 것에 의해 엔진의 효율을 증가시키고, 열 손실에 대해 저항하며, 실질적인 압력 및 열 구배의 환경에서 효과적으로 작동할 수 있다.

Claims (19)

  1. 터보팬(turbofan) 가스 터빈 엔진용 바이패스 공기 밸브에 있어서, 내부 방사상 표면, 외부 방사상 표면, 각각 복수의 제 1 구멍을 구비하는 복수의 제 1 영역, 각각 복수의 제 2 구멍을 구비하는 복수의 제 2 영역을 갖는 라이너와, 상기 라이너를 둘러싸는 스트랩으로서, 상기 스트랩은 복수의 개구 및 복수의 제 3 영역을 구비하며, 상기 제 3 영역은 복수의 제 3 구멍을 구비하는, 상기 스트랩과, 상기 라이너에 대해 상기 스트랩을 선택적으로 작동시키기 위한 액츄에이터를 포함하며, 상기 밸브는 개방 위치로 선택적으로 작동되며, 이 경우 상기 제 1 영역이 상기 개구에 실질적으로 정렬되므로써, 상기 개구 및 상기 제 1 구멍을 경유하여 상기 밸브를 통과하는 바이패스 공기에 대한 제 1 유동 경로를 제공하며, 상기 제 3 영역은 상기 제 2 영역과 실질적으로 정렬되므로써 상기 제 3 구멍 및 상기 제 2 구멍을 경유하여 상기 밸브를 통과하는 바이패스 공기에 대한 제 2 유동 경로를 제공하며, 또한 상기 밸브는 폐쇄 위치로 선택적으로 작동되며, 이 경우 상기 제 1 영역이 상기 제 3 영역과 실질적으로 정렬되므로써 상기 제 3 구멍 및 상기 제 1 구멍을 경유하여 상기 밸브를 통과하는 제 3 유동 경로를 제공하며, 상기 제 2 영역은 상기 제 2 영역과 실질적으로 정렬되므로써 상기 개구 및 상기 제 2 구멍을 경유하여 상기 밸브를 통과하는 제 4 유동 경로를 제공하는 가스 터빈 엔진용 바이패스 공기 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 구멍 및 제 1 구멍을 통과하는 상기 제 3 유동 경로는 상기 개구 및 상기 제 1 구멍을 통과하는 상기 제 1 유동 경로보다 실질적으로 큰 바이패스 공기 유동을 방해하는 크기를 갖는 가스 터빈 엔진용 바이패스 공기 밸브.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 영역은 상기 외부 표면내에 배치된 복수의 제 1 공동을 더 포함하며, 상기 제 1 구멍중 적어도 하나는 각각의 상기 제 1 공동을 통과하여 연장하는 가스 터빈 엔진용 바이패스 공기 밸브.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 라이너는 후미 플랜지를 더 포함하는 가스 터빈 엔진용 바이패스 공기 밸브.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 후미 플랜지는 냉각 수단을 포함하는 가스 터빈 엔진용 바이패스 공기 밸브.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 냉각 수단은 상기 후미 플랜지의 외부 방사상의 표면내에 배치된 복수이 슬롯을 포함하며, 상기 라이너는 상기 후미 플랜지에 인접한 복수의 제 4 구멍을 더 포함하는 가스 터빈 엔진용 바이패스 공기 밸브.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 영역은 상기 라이너의 상기 외부 방사상의 표면내에 배치된 복수의 제 2 공동을 더 포함하며, 상기 제 2 공동은 리브에 의해 서로 분리된 가스 터빈 엔진용 바이패스 공기 밸브.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 개방 위치에서, 상기 제 1 영역중 하나와 실질적으로 정렬되는 상기 스트랩내의 상기 개구는 상기 인접한 제 2 영역과 중첩됨으로써, 바이패스 공기가 상기 개구를 통해 상기 제 2 공동내로 유입하도록 허용하는 가스 터빈 엔진용 바이패스 공기 밸브.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 영역은 상기 라이너의 상기 외부 방사상의 표면내에 배치되는 복수의 제 2 공동을 더 포함하며, 상기 제 2 공동은 리브에 의해 서로 분리된 가스 터빈 엔진용 바이패스 공기 밸브.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 개방 위치에서, 상기 개구는 상기 인접한 제 2 영역과 중첩됨으로써, 바이패스 공기가 상기 개구를 통해 상기 제 2 공동내로 유입하도록 허용하는 가스 터빈 엔진용 바이패스 공기 밸브.
  11. 제 3 항에 있어서, 상기 제 3 구멍은 평행한 열로 배열되고, 상기 제 1 구멍은 평행한 열로 배열되며, 상기 제 1 구멍 및 제 3 구멍의 열은, 상기 폐쇄 위치에서 상기 제 3 구멍의 열중 하나가 상기 제 1 구멍의 열중 하나와 정렬되며, 상기 제 3 구멍의 열중 하나는 상기 제 1 구멍의 인접한 열 사이에 배치되는 가스 터빈 엔진용 바이패스 공기 밸브.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 영역 및 제 2 영역은 상기 라이너의 원주방향에 대해 교호적으로 배치되는 가스 터빈 엔진용 바이패스 공기 밸브.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 개구 및 상기 제 3 영역은 상기 스트랩의 상기 원주방향에 대해 교호적으로 배치되는 가스 터빈 엔진용 바이패스 공기 밸브.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 구멍의 직경은 상기 제 2 구멍의 직경보다 큰 가스 터빈 엔진용 바이패스 공기 밸브.
  15. 제 2 항에 있어서, 상기 1 영역 및 제 2 영역은 상기 라이너의 원주방향에 대해 교호적으로 배치되는 가스 터빈 엔진용 바이패스 공기 밸브.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 개구 및 상기 제 3 영역은 상기 스트랩의 상기 원주방향에 대해 교호적으로 배치되는 가스 터빈 엔진용 바이패스 공기 밸브.
  17. 제 2 항에 있어서, 상기 라이너는 후미 플랜지를 더 포함하는 가스 터빈 엔진용 바이패스 공기 밸브.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 후미 플랜지는 냉각 수단을 포함하는 가스 터빈 엔진용 바이패스 공기 밸브.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 냉각 수단은 상기 후미 플랜지의 외부 방사상의 표면내에 배치된 복수의 슬롯을 포함하며, 상기 라이너는 상기 후미 플랜지에 인접한 복수의 제 4 구멍을 포함하는 가스 터빈 엔진용 바이패스 공기 밸브.
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