(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状ケーシング（１４）と、可変ピッチ翼（１０）の環状列によって形成された少なくとも１つのノズル段とを備え、各翼が、少なくとも一端部で、略円形のプレート（１７）によって、ケーシング（１４）の対応するオリフィスで枢動する際に案内される半径方向に伸びる円筒状ピボット（１８）に接続されるエアフォイル（１６）を備え、各翼が、第１の位置と第２の位置との間で翼のピボットによって規定される軸を中心として枢動するターボ機械圧縮機であって、少なくともいくつかの翼のプレートが、ケーシング内に形成された各通路（４６）に空気を供給するための各ダクト（４０、５４）を含み、各通路が、圧縮機のアニュラスへと開口する一端部を有して翼から上流側の前記アニュラス内に空気を注入し、供給ダクトが、翼が第１の位置にあるときにケーシング内の対応する通路と連通し、翼が第２の位置にあるときにケーシングによって閉鎖される一端部（４４、５６）を有するプレート内に形成され、空気が注入される割合が翼のピッチ角に応じて決まるようにすることを特徴とする、圧縮機。
【請求項２】
翼（１０）が、開放位置と閉鎖位置との間で可動であり、翼の供給ダクトが、翼が閉鎖位置または中間位置にあるときにケーシング（１４）内の通路（４６）と連通し、翼が開放位置にあるときにケーシングによって閉鎖されるように設計されることを特徴とする、請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
供給ダクト（４０、５４）が、翼の半径方向外側プレート（１７）内に形成され、翼を取り囲む外側ケーシング（１４）内に形成される通路（４６）と連通するように設計されることを特徴とする、請求項１または２に記載の圧縮機。
【請求項４】
供給ダクト（４０、５４）が、翼の半径方向内側プレート（１９）内に形成され、翼によって取り囲まれ内側ケーシング（１２）内に形成される通路（４６）と連通するように設計されることを特徴とする、請求項１または２に記載の圧縮機。
【請求項５】
ケーシングによって閉鎖されるプレートの供給ダクトの端部（４４、５６）が、前記プレートの周囲縁部に位置することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の圧縮機。
【請求項６】
プレート（１７）の供給ダクト（５４）が、その他端部で、翼から下流側の圧縮機のアニュラスへと開口して、前記アニュラスから空気を抽気することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の圧縮機。
【請求項７】
プレート（１７）の供給ダクト（４０）が、翼のピボット（１８）内に形成され、その半径方向外側端部でノズル段から下流側の圧縮機アニュラスから空気を抽気するためのチャネルに接続される略半径方向に伸びるダクト（４２）に接続されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の圧縮機。
【請求項８】
プレート（１７）の供給ダクト（４０）の閉鎖可能な端部（４４、５６）が、略円形、三角形、楕円形、矩形、または台形であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の圧縮機。
【請求項９】
ケーシング内の通路（４６）が、前記ノズル段から上流側または圧縮機のロータホイールから上流側の圧縮機のアニュラスへと開口することを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の圧縮機。
【請求項１０】
ケーシング内の通路（４６）が、翼のプレート（１７）を収容する凹部から上流側に伸びることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の圧縮機。
【請求項１１】
ターボジェット、飛行機のターボプロップ、タービンエンジン、または工業用機械などのターボ機械であって、請求項１から１０のいずれか一項に記載の圧縮機を含むことを特徴とする、ターボ機械。
【請求項１２】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の圧縮機用の可変ピッチノズル翼であって、翼が、少なくとも一端部で、略円形のプレート（１７）によって、翼のピボット軸（２２）を規定する円筒状ピボット（１８）に接続されるエアフォイル（１６）を備え、プレートが、その周囲縁部へと開口する一端部を有するダクト（４０、５４）を含むことを特徴とする、翼。
【請求項１３】
ダクト（４０）の他端部が、円筒状ピボット（１８）内に形成される別のダクト（４２）に接続されることを特徴とする、請求項１２に記載の翼。
【請求項１４】
ダクト（５４）の他端部が、プレートの面へと開口し、エアフォイルの傍に位置することを特徴とする、請求項１２に記載の翼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛行機のターボプロップまたはターボジェットなどのターボ機械の圧縮機で、可変ピッチ翼を有する少なくとも１つのノズル段を含む圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノズルの可変ピッチ翼は、圧縮機の外側ケーシングによって担持され、翼の各々は、その半径方向外側端部で、略円形のプレートによって、翼のピボット軸を規定して外側ケーシングの対応するオリフィス内で枢動する際に略中心合わせされて案内される半径方向の円筒状ピボットに接続されるエアフォイルを備える。一般に、翼の半径方向内側端部は、翼のピボット軸に沿って伸びて圧縮機の内側ケーシングのオリフィス内で枢動する際に案内される第２の円筒状ピボットを有する。翼の外側ピボットは、クランクを介して、アクチュエータなどによって外側ケーシングの周囲を回転される制御リングに接続される。制御リングを回転させることで、クランクが翼軸を中心とした翼のピボットを形成する。
【０００３】
ターボ機械のステータ翼のピッチ角を変えるのは、圧縮機の構造を動作点に適合させるために、特に、ターボ機械の効率およびポンプマージンを最適化し、異なる飛行形態における燃費を低減するために行われる。
【０００４】
翼の各々は、各々の翼がターボ機械の長手方向軸に略平行に伸びる「開放」または「完全開放」位置と、翼がターボ機械の軸に対して傾斜して、翼段を通る空気の流れ断面を縮小する「閉鎖」または「半閉鎖（ｑｕａｓｉ−ｃｌｏｓｅｄ）」位置との間で、翼軸を中心として枢動するのに適している。翼が開放位置にあるとき、空気が圧縮機を流れる割合は最大値となり、翼が閉鎖位置にあるとき、空気が圧縮機を流れる割合は最小値となる（所定の動作速度で）。翼は、これらの２つの極端な位置の間の中間位置を取って、空気が圧縮機を流れる割合を変えることができる。
【０００５】
ターボ機械が低速で動作するとき、またはアイドリング状態のとき、可変ピッチ翼は閉鎖位置に移動され、ターボ機械がフルスロットルで動作するとき（例えば、離陸時）、翼は開放位置に移動される。
【０００６】
低速では、ステータ翼が閉鎖位置にあっても、圧縮機のアニュラス内の空気の流れ方向と翼の輪郭との間の入射角は大きくなり、翼から分離する空気流を引き起こし、それにより翼段を通る空気の流れ断面をさらに縮小する。この分離領域は、主に翼の半径方向内側および外側端部に位置し、翼に対する流体の入射角がより小さくなったときに消失する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
対応する領域に空気を注入する、または対応する領域から空気を吸気することによって、このような分離を制限することが知られている。しかし、このような注入または吸気の構造は略一定で、注入または吸気は圧縮機の所定の動作速度では有利であるが、必要でない場合の速度も含めて常に注入または吸気が行われると、（圧縮機の効率を下げ、ひいては燃費を悪くすることにより）エンジンの性能に影響を及ぼす可能性がある。さらに、注入または吸気の構造が一定であることで、圧縮機のポンプマージンを最適化する能力を制限する。
【０００８】
本発明の特定の目的は、簡単で効果的で費用のかからない方法で、上述の欠点を避けることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明は、環状ケーシングと、可変ピッチ翼の環状列によって形成された少なくとも１つのノズル段とを備え、各翼は、少なくとも一端部で、略円形のプレートによって、ケーシングの対応するオリフィスで枢動する際に案内される半径方向に伸びる円筒状ピボットに接続されるエアフォイルを備え、各翼は、第１の位置と第２の位置との間で、翼のピボットによって規定される軸を中心として枢動するターボ機械圧縮機であって、少なくともいくつかの翼のプレートは、ケーシング内に形成された各通路に空気を供給するための各ダクトを含み、各通路は圧縮機のアニュラスへと開口する一端部を有して翼から上流側の前記アニュラス内に空気を注入し、供給ダクトは、翼が第１の位置にあるときにケーシング内の対応する通路と連通し、翼が第２の位置にあるときにケーシングによって閉鎖される一端部を有するプレート内に形成され、空気が注入される割合が翼のピッチ角に応じて決まるようにすることを特徴とする圧縮機を提案する。
【００１０】
有利には、翼は開放位置と閉鎖位置との間で可動であり、翼の供給ダクトは、翼が閉鎖位置または中間位置にあるときにケーシング内の通路と連通し、翼が開放位置にあるときにケーシングによって閉鎖されるように設計される。
【００１１】
このような状況で、翼が開放位置にある場合には、プレート内のダクトはケーシングによって閉鎖され、空気はアニュラス内に全く注入されない。したがって、ターボ機械の効率は、翼が開放位置にあるときには高速では不必要である空気の注入による影響がない。翼が閉鎖位置または中間位置にあるときには、プレート内のダクトはケーシング内に形成された通路と連通し、上述した空気の流れの分離（下流側に位置するステータ翼またはロータホイールのブレードで発生し得る分離）を低減するために、空気は上流側に向かって圧縮機のアニュラス内に注入され、それにより低速または中間速度におけるターボ機械の性能を向上させることができる。
【００１２】
すなわち、ステータ翼の環状位置を調節することにより、空気が圧縮機のアニュラス内に注入される割合を調節することができる。この割合は、高速ではエンジンの燃費が不利になるまたは悪くなるのを防ぐように０となり、低速または中間速度ではノズルの翼における空気流の分離を低減するように所定の値をとる。例えば、空気が注入される最大割合は、空気が圧縮機のアニュラスを流れる割合の５％未満である。この割合は、翼のピッチ角に応じて変化し、翼が中間位置にあるときには中間値をとることができる。空気が注入される割合は、プレート内またはケーシング内に形成されるダクトの断面を決定することによって正確に較正されることができる。
【００１３】
有利には、ケーシング内に形成された通路は、圧縮機のノズル段から上流側または前記ノズル段のロータホイールから上流側の圧縮機のアニュラスへと開口している。ケーシング内の通路の入口は、翼のプレートを受承するハウジングの円筒状壁内で開口するのが好ましい。本発明の別の特徴によれば、各プレートのダクトからの出口は、プレートの周囲縁部に位置することができる。
【００１４】
各プレートのダクトの出口は、略円形、三角形、楕円形、矩形、または台形とすることができる。
【００１５】
各プレートの供給ダクトの入口は、圧縮機のアニュラスへと開口し、例えば、前記翼のエアフォイルの吸気側の傍に開口して、前記アニュラスから空気を取り込むことができる。このことが、ノズルを通って下流側から上流側に空気を再循環させる。翼のエアフォイルの吸気側の傍から空気を抽気することは、上述した空気の分離を抑える働きをする。アニュラス内を流れる空気の流れが再圧縮現象を受けるのは、翼のエアフォイルの吸気側である。再圧縮現象は、エアフォイルの後縁に近い分離領域の発生を助長する。
【００１６】
変形例では、各プレートは、その入口で翼のピボット内で略半径方向に伸びるダクトに接続され、さらに、例えば、圧縮機のアニュラスの下流側の点から始まる抽気チャネルに接続される。
【００１７】
空気注入は、ノズルの翼の半径方向外側端部または半径方向内側端部またはその両方を通って発生することができる。翼の端部の１つによる空気注入は、翼における空気分離、特にケーシングに近い領域（半径方向内側端部および／または半径方向外側端部）における空気分離を防ぐ働きして、その半径方向の範囲全体にわたってプラスの影響をもたらすことができる。
【００１８】
本発明はさらに、ターボジェット、飛行機のターボプロップ、ヘリコプタのタービンエンジン、または工業用機械などのターボ機械であって、上述のタイプの圧縮機を含むことを特徴とするターボ機械を提供する。
【００１９】
最後に、本発明は、上述したような圧縮機用の可変ピッチノズル翼であって、一端部で、略円形のプレートによって、翼のピボット軸を規定する円筒状ピボットに接続されるエアフォイルを備え、プレートはその周囲縁部へと開口する一端部を有するダクトを含むことを特徴とする可変ピッチノズル翼を提供する。
【００２０】
ダクトの他端部は、円筒状ピボット内で略半径方向に伸びるダクトに接続されることができる。変形例では、ダクトの他端部は、プレートの面へと開口し、エアフォイルの傍に位置する。
【００２１】
非限定的な例として添付図面を参照して説明された以下の記述を読めば、本発明はより十分に理解され、本発明の他の詳細、特徴、および利点がより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ターボ機械の圧縮機のノズルの軸方向断面の部分半図である。
【図２】閉鎖または半閉鎖位置における可変ピッチ翼の部分平面図である。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩ’における断面図である。
【図４】図２に対応する図であり、開放または完全開放位置における可変ピッチ翼を示す図である。
【図５】図４の線Ｖ−Ｖ’における断面図である。
【図６】閉鎖位置における可変ピッチ翼の変形例の部分平面図である。
【図７】図６の線ＶＩＩ−ＶＩＩ’における断面図である。
【図８】図６に対応する図であり、開放位置における可変ピッチ翼を示す図である。
【図９】図８の線ＩＸ−ＩＸ’における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
最初に、図１を参照する。図１は、ターボ機械の高圧圧縮機用の可変ピッチ翼１０を有するノズル段を示し、これらの翼１０は、ターボ機械の長手方向軸Ａを中心として一定間隔で分布し、圧縮機の内側ケーシング１２と外側ケーシング１４との間で略半径方向に伸びる。
【００２４】
各翼１０は、半径方向外側端部で、第１のプレート１７によって半径方向に伸びる円筒状ピボット１８に接続され、半径方向内側端部で、第２のプレート１９によって半径方向に伸びる垂直ピボット２０に接続されたエアフォイル１６を備え、これらの内側ピボット２０および外側ピボット１８は翼のピボット軸２２を規定する。
【００２５】
外側円筒状ピボット１８は、外側ケーシング１４の円筒状チムニー２４内に嵌合され、円筒状リング２６によって前記チムニー内で枢動可能に案内される。内側円筒状ピボット２０は、内側ケーシング１２の円筒状ハウジング内に嵌合され、円筒状ブッシュ２８によって前記ハウジング内で中心合わせされ枢動可能に案内される。
【００２６】
各翼１０のエアフォイル１６は、圧力側３０と吸気側３２とを有し、これらは上流側端部で前縁３４によって、下流側端部で後縁３６によって相互接続される。この場合、「前」および「後」は圧縮機のアニュラス内を流れるガス３８に対する向きである（図１、図２参照）。内側プレート１９および外側プレート１７は、共に略円形で、内側ケーシング１２および外側ケーシング１４内の相補的形状の各凹部で受承される。
【００２７】
翼１０は、図２に示された閉鎖または半閉鎖位置と、図４に示された開放または完全開放位置との間で、軸２２を中心として枢動可能である。
【００２８】
図２の閉鎖位置では、翼のエアフォイル１６は、ターボ機械の長手方向軸Ａに対して傾斜しており、エアフォイル１６間にアニュラスの空気を通過させるための最小断面を画定する。ターボ機械がゆっくりと動作している、またはアイドリング状態のときに、翼１０はこの位置に設定され、このときに、圧縮機を流れる空気の流量は最小値をとる。
【００２９】
図４の開放位置では、翼のエアフォイル１６は、ターボ機械の軸Ａに略平行に伸びて、エアフォイル間の空気の流れ断面が最大になるようにする。ターボ機械がフルスロットルで動作しているときに、翼１０はこの位置に設定され、このときに、圧縮機を流れる空気の流量は最大値をとる。
【００３０】
閉鎖位置では、エアフォイル１６を通る空気流は大きな入射角で流れ、これにより空気流がエアフォイル１６から分離して、翼１０が所定の動作状態に近づくとこのような空気の分離は消失する。
【００３１】
本発明は、翼１０から上流側の空気を翼のエアフォイルの半径方向内側および／または外側端部に注入することによって、上述の欠点をなくす、または少なくとも低減するのに役立つ。注入される空気の流量は、上述の分離の発生を防ぐために、翼が閉鎖位置にあるときに最大値であり、高速でのターボ機械の性能にマイナス影響をもたらすのを防ぐように、翼が完全開放位置にあるときに０である。このためには、注入される空気の流量は、翼１０のピッチ角によって決まる。
【００３２】
本発明では、アニュラス内に注入される空気は、圧縮機段の少なくともいくつかの翼の内側プレートおよび／または外側プレートを通って形成されるダクトを通って運ばれ、これらのダクトは、空気をアニュラスに運ぶために圧縮機の対応するケーシングの通路と連通している。
【００３３】
内側プレート１９がこのような空気ダクトを含む場合、空気通路は内側ケーシング１２内に形成され、外側プレート１７がこのような空気ダクトを含む場合、空気通路は外側ケーシング１４内に形成される。
【００３４】
明確にするために、後述する本発明の実施形態は、外側ケーシング１４内の対応する通路と連通するために翼の外側プレート１７内に形成された空気ダクトにのみ関する。しかし、これらの実施形態は、翼の内側プレート１９および内側ケーシング１２にも適用可能である。
【００３５】
図２から図５の実施形態では、空気供給ダクト４０は、各翼１０のプレート１７を通って形成される。ダクト４０は、略直線的であり、翼のピボット軸２２に対して略半径方向に伸びる。ダクト４０は、一端部でプレート１７の周囲縁部に開口し、その反対端部は、翼のピボット１８の軸に沿って略半径方向に伸びる別のダクト４２の半径方向内側端部に接続される。このダクト４２の半径方向内側端部は、適切な手段によって、さらに下流側の圧縮機から空気を抽気するための手段に接続される。ダクト４０の開口部４４は、プレートの周囲に位置し、翼が閉鎖位置にあるときに（図２、図３参照）、ケーシング１４内に形成された通路４６と連通し、翼が開放位置にあるときに（図４、図５参照）、ケーシングによって閉鎖されるように、略円形、三角形、楕円形、長方形、または台形である。
【００３６】
ケーシング内の通路４６は、略Ｌ字型で、一端部がプレート１７を受承するケーシングの凹部の円筒状壁４８へと開口するが、他端部は空気をアニュラス内に注入させるために（矢印５０）、圧縮機の前記アニュラスへと開口する。壁４８内の通路４６の開口部５２は、任意の形状の開口部とすることができる。ダクト４０の開口部４４の特定の幾何学的形状は、翼の軸を中心とした枢動運動に応じて、線形的または非線形的に前記ダクトを通る空気の流量を変える働きをする。
【００３７】
翼１０が閉鎖位置にあるとき（図２、図３を参照）、プレート内のダクト４０は、ケーシング内の通路４６に位置合わせされる。このとき、空気はピボット内のダクト４２に沿って、プレート内のダクト４０に沿って、そしてケーシング内の通路４６に沿って流れ、その後、翼１０のエアフォイル１６から分離する空気流に対抗するように、空気は圧縮機のアニュラス内に注入される（矢印５０）。このとき、空気がアニュラス内に注入される割合は、最大値となる。
【００３８】
翼１０が開放位置にあるとき（図４、図５参照）、プレート内のダクト４０は、ケーシング内の通路４６と連通しないので、空気は圧縮機のアニュラス内に注入されない。この位置では、プレート内のダクトの開口部４４は、ケーシング１４の凹部の壁４８によって閉鎖され、ケーシング１４内の通路４６の入口はプレート１７の周囲縁部によって閉鎖される。
【００３９】
プレート内およびケーシング内に形成されるダクトと通路との断面を決定することにより、空気がアニュラス内に注入される割合をかなり正確に較正することができる。
【００４０】
翼１０は、図２に示された位置と図４に示された位置との間の１つまたは複数の中間位置をとる場合もある。このとき、空気が注入される割合は、プレート内のダクト４０およびケーシング内の通路４６の空気流断面の関数となる。
【００４１】
図６から図９に示された変形例では、ケーシング内の通路４６は図２から図５に示された通路４６と同じである。
【００４２】
プレート１７内のダクト５４は、プレートの横寸法の一部まで伸び、略Ｌ字型である。ダクト５４は、プレート１７の周囲縁部に開口する各出口５６と、プレートの面に開口する入口とを有し、この入口は翼の対応するエアフォイル１６の傍に位置する。各ダクト５４の入口は、翼のエアフォイル１６の吸気側の傍に開口し、そこで空気はわずかに減圧される。プレートの周囲縁部に位置するダクト５４の出口５６は、図示された例では、略卵形または楕円形である。
【００４３】
図６、図７は、閉鎖位置における翼１０を示す。この場合、プレート内のダクト５４はケーシング１４内の通路と連通している。このとき、圧縮機のアニュラス内を流れる空気の一部は、プレート内のダクト５４を通って抽気され（矢印５８）、ダクトに沿って下流側から上流側に流れ、その後、ケーシング内の通路４６に沿って流れて、翼から上流側に再注入されるようにする。
【００４４】
翼１０が図８、図９で示される開放位置にあるとき、通路４６とダクト５４は互いに連通しなくなる。
【００４５】
ケーシング１４内に形成された通路４６は、翼１０の段からすぐ上流側にある圧縮機のアニュラスへと開口することができる。変形例では、これらの通路は、ケーシング内で所与の長さおよび所定の方向に伸びて、圧縮機のロータホイールから上流側または圧縮機のいくつかの他のノズル段から上流側のアニュラスへと開口するようにする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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