(57)【要約】【課題】ガスタービンエンジンの流路面積の非線形制御を実現する装置およびこの装置を用いたガス流の制御方法を提供する。【解決手段】本発明によれば、バーニアダクト遮断装置３１は、それぞれが、あるベーン幅Ｙを有しかつ複数のガス経路を形成するように前方部分１５と後方部分１３とを備える複数のベーン２１であって、ある離間幅Ｗでもって離間された複数のベーン２１と、それぞれが、ある開口幅を有する複数の開口部１７を備えかつ前方部１５分と後方部分１３との間に配置された回転リングと、を備え、かつ、複数のベーン２１の１枚のベーン幅Ｙは、複数のベーン２１の他の１枚のベーン幅Ｙ’と異なることを特徴とする。【選択図】図３
2006105155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが、あるベーン幅を有しかつ複数のガス経路を形成するように前方部分と後方部分とを備える複数のベーンであって、ある離間幅でもって離間された複数のベーンと、
それぞれが、ある開口幅を有する複数の開口部を備えかつ前記前方部分と前記後方部分との間に配置された回転リングと、を備えるバーニアダクト遮断装置であって、
前記複数のベーンの１枚の前記ベーン幅は、前記複数のベーンの他の１枚の前記ベーン幅と異なることを特徴とするバーニアダクト遮断装置。
【請求項２】
前記複数の開口部の１つの前記開口幅は、前記複数の開口部の他の１つの前記開口幅と異なることを特徴とする請求項１に記載の遮断装置。
【請求項３】
前記回転リングは、回転方向距離を得るために、中心軸の回りに回転できることを特徴とする請求項１に記載の遮断装置。
【請求項４】
前記回転リングは、全開位置に位置決め可能であることを特徴とする請求項３に記載の遮断装置。
【請求項５】
前記回転リングは前記中心軸の回りに回転して、前記複数のベーンの１枚により遮断されない前記複数の前記開口部と前記回転方向距離との間にほぼ線形関係が得られることを特徴とする請求項３に記載の遮断装置。
【請求項６】
前記回転リングは前記中心軸の回りに回転して、前記複数のベーンの１枚により遮断されない前記複数の前記開口部と前記回転方向距離との間にほぼ非線形関係が得られることを特徴とする請求項３に記載の遮断装置。
【請求項７】
前記複数のベーンのそれぞれは、翼の形状を有することを特徴とする請求項１に記載の遮断装置。
【請求項８】
前記複数のベーンのそれぞれは、ガスタービンエンジンの流路内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の遮断装置。
【請求項９】
前記流路は、二次流路であることを特徴とする請求項８に記載の遮断装置。
【請求項１０】
ガス流路内のガス流を制御するガス流制御方法であって、
それぞれが、あるベーン幅を有しかつ複数のガス経路を形成するように前方部分と後方部分とを備える複数のベーンであって、ある離間幅でもって離間された複数のベーンを形成するステップと、
それぞれが、ある開口幅を有する複数の開口部を備えかつ前記前方部分と前記後方部分との間に配置された回転リングであって、前記複数のベーンの１枚の前記ベーン幅は、前記複数のベーンの他の１枚の前記ベーン幅と異なるリングを形成するステップと、
前記複数のガス経路を通るガスの流れを少なくとも部分的に遮断するために、前記回転リングを中心軸の回りに回転させるステップと、を含むガス流制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンにおける流路面積を制御する装置、およびこのような装置を使用する方法に関する。具体的には、本発明は、バーニアダクト遮断装置を用いて、ガスタービンエンジンの流路面積の非線形制御を実現する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、米国海軍により発注された契約Ｎ０００１９−０２−Ｃ−３００３に基づき米国政府の支援を受けて、なされた。米国政府は、本発明における所定の権利を有する。
【０００３】
ガスタービンエンジンを運転するときに、外側ダクトと内部サポート構造部材との間の二次流路を通過するガスの量を制御するのが望ましいことが多い。このような制御を達成する１つの通常の方法は、ガスが通過できる面積を調整する装置を設置することである。このような流れ遮断装置には、ガスが通過できる開口面積のサイズを制御するために回転できる複数の開口部を有する回転自在の部材が備え付けられることが多い。図１を参照すると、１つのこのような装置が図示される。複数のベーン２１が、リングまたは複数のリングの周りに円周方向に取り付けられ、それぞれのベーンは隣のベーンから均一な距離Ｗだけ離間されている。それぞれのベーンは前方部分１５と後方部分１３とから形成され、これらの部分が一体となって翼形ベーン２１を形成する。それぞれの前方部分１５と後方部分１３との間に、回転移動自在のリング（以下、回転リングと呼ぶ。）１１が設けられる。回転リング１１は、それぞれ幅Ｗの一連の開口部１７を有し、かつそれぞれ隣接した対となるベーン２１間の幅Ｗにほぼ対応するように離間される。
【０００４】
図４ａを参照すると、後方部分１３の前方縁部２３へ向けて後方に直接目で追うと、流れ遮断装置１０の一部分の図が図示される。容易に見えるようにするために、それぞれのベーン２１の前方部分１５は示されていない。回転リング１１の開口部１７が、隣接するベーン２１間の間隔と整合するとき、流れ遮断装置１０は全開位置にあるので、全ての未遮断開口部１７の総和から成る最大開口部が形成される。図４ｂを参照すると、回転自在のプレート１１が回転するとき、全ての開口部１７の未遮断部分の総和が大幅に減少することは明らかである。
【０００５】
流れ遮断装置１０が、必要に応じて僅かの遮断を生じさせ、又は必要に応じてガス流の完全なまたは殆ど完全な遮断を実現することが最も望ましい。加えて、ガスタービンエンジンの中心軸１９に沿って直列に構成されるように幾つかの流れ遮断装置１０が配置される場合も多い。エンジンが運転している飛行エンベロープに応じて、異なる流れ遮断装置が調整されて、ガスが通過できる異なる開口部面積が形成されることになる。残念ながら、回転リング１１の角回転と、ガスが通過可能な、この結果として生じた開口部のサイズと、の間に典型的には線形関係が存在する。これにより、ガスが通過できる小さな面積が形成されるように、開口部の面積を微調整したい場合に、回転リング１１の角度を微調整しても、ガスが通過できる開口部の面積に比較的大きい相違が生じてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、流れ遮断装置１０、およびこのような流れ遮断装置を使用する方法が必要とされており、これにより、ガスが通過できる開口部サイズを広範囲に調整できる一方、小さい開口部サイズが望ましい場合に開口部サイズの微調整ができる。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、ガスタービンエンジンにおける流路面積を制御する装置、およびこのような装置を使用する方法を提供することにある。具体的には、本発明は、バーニアダクト遮断装置を用いて、ガスタービンエンジンの流路面積の非線形制御を実現する装置に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、バーニアダクト遮断装置は、それぞれが、あるベーン幅を有しかつ複数のガス経路を形成するように前方部分と後方部分とを備える複数のベーンであって、ある離間幅でもって離間された複数のベーンと、それぞれが、ある開口幅を有する複数の開口部を備えかつ前方部分と後方部分との間に配置された回転リングと、を備え、かつ、複数のベーンの１枚のベーン幅は、複数のベーンの他の１枚のベーン幅と異なることを特徴とする。
【０００９】
さらに本発明によれば、ガス流路内のガス流を制御するガス流制御方法は、それぞれが、あるベーン幅を有しかつ複数のガス経路を形成するように前方部分と後方部分とを備える複数のベーンであって、ある離間幅でもって離間された複数のベーンを形成するステップと、それぞれが、ある開口幅を有する複数の開口部を備えかつ前方部分と後方部分との間に配置された回転リングであって、複数のベーンの１枚のベーン幅は、複数のベーンの他の１枚のベーン幅と異なるリングを形成するステップと、複数のガス経路を通るガスの流れを少なくとも部分的に遮断するために、回転リングを中心軸の回りに回転させるステップと、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の教示は、ダクト遮断の面積のサイズを制御するために、異なる幅を有するベーンおよび回転リングから成るバーニアダクト遮断装置を提供することにある。複数のベーンが、ガスタービンエンジンの中心軸の周りに円周方向に配設される。それぞれのベーンは、前方部分と後方部分とから形成される。前方部分と後方部分との間に、ガスが通過できる開口部を含む回転リングが位置決めされる。従来技術と同様に、回転リング内の開口部は、ガスがベーンの間をほぼ妨害されずに通過できるように、隣接するベーン間の間隔に整合できる。しかしながら、従来技術と異なり、本発明のバーニアダクト遮断装置は、幅が互いに異なるベーンから形成される。これにより、ベーン間の間隔は、従来技術のベーン間の一定間隔とは対照的に変化する。このように異なるベーンの幅とベーン間の間隔とにより、全開位置からの回転リングの回転とガスが通過できる回転リング内の開口部により形成される合計面積との間に非線形関係が実現できる。ベーンの幅およびベーン間の間隔は、ダクト遮断装置が限定的なモードで作動しているときに、開口部面積のわずかな微調整が達成されるような方法で、この非線形関係が得られるように選択される。限定的なモードとは、ベーン間の回転リングにおける露出開口部が、全開位置に位置決めされるときの回転リングにおける開口部の総和合計に比べて小さくなるように、回転リングが位置決めされていることを意味する。
【００１１】
図３を参照すると、本発明のバーニアダクト遮断装置３１が図示される。バーニアダクト遮断装置は、前方部分１５および後方部分１３からそれぞれ形成される多くのベーン２１から構成される。前方部分１５および後方部分１３はそれぞれ、前方リング３３および後方リング３５の周りに円周方向に配設される。前方リング３３と後方リング３５との双方とも、ほぼ同一の径のものであり、かつタービンエンジンの中心軸１９の回りに配設される。そのために、前方部分１５と後方部分１３とから成るそれぞれのベーン２１は、図２に示されるように、ガスタービンエンジンの外側ダクト２９と内部サポート構造部材２７との間の二次流路内に配設される。前方リング３３と後方リング３５との間には、回転リング１１が配設される。回転リング１１も同様に、ガスタービンエンジンの中心軸１９の回りに円周方向に配設される。バーニアダクト遮断装置３１のベーン２１は、異なる幅のものであることに留意されたい。たとえば、後方部分１３および後方部分１３’は、それぞれ幅ＹおよびＹ’のものであり、ＹおよびＹ’は等しくない。同様にベーン２１は、非均一な距離により分離される。後方部分１３”と後方部分１３’との間の距離は、Ｗ’の幅に等しい一方、後方部分１３’と後方部分１３との間の距離は、Ｗの距離だけ分離され、ＷはＷ’に等しくないことに特に留意されたい。
【００１２】
前方リング３３と後方リング３５との間には、回転リング１１が配設され、そのリング１１中に、複数の開口部１７が加工される。個々の開口部１７の幅、およびこのような開口部１７間の距離は、少なくとも１つの位置において、図３に図示されるように回転リング１１が全開位置で回転できるように選択される。「全開位置」とは、上記のような位置において、どの前方部分１５によっても遮断されない個々の開口部１７から成る面積の総和合計が最大であることを意味する。好ましくは、全開位置において、任意の２枚の隣接するベーン２１間に形成される空間は、ガスがベーン２１間で実質的に妨害されないで通過できるように、単一の開口部１７にほぼ対応している。
【００１３】
図５ａを参照すると、後方部分１３の前方縁部２３へ向けて後方に直接目で追うと、流れ遮断装置３１の一部分の図が図示される。容易に見えるようにするために、それぞれのベーン２１の前方部分１５は示されていない。回転リング１１の開口部１７が、隣接するベーン２１間の間隔と整合するとき、流れ遮断装置３１は全開位置にあるので、全ての未遮断開口部１７の総和から成る最大開口部が形成される。図５ｂを参照すると、回転自在のプレート１１が回転するとき、全ての開口部１７の未遮断部分の総和は、かなり減少することが明らかである。さらに、回転リング１１を全開位置以外の位置に動かすと、異なる幅の複数の開口部１７、１７’が形成されることが明らかである。これらの異なる開口部１７幅により、回転リング１１の回転度とガスが通過する個々の開口部１７から形成される開口面積の総和合計との間に非線形関係が生じる。
【００１４】
図６を参照すると、本発明のバーニアダクト遮断装置の開口部１７から形成される開口面積と、回転リング１１の角回転と、の間の関係を示す代表的なグラフが図示される。ｘ軸は、全開位置からの回転リング１１の線形的な変位を表す。回転リング１１が全開位置にあるときは、変位はない。図示された例において、バーニアダクト遮断装置が全開位置にあるとき、ガスが通過できる開口部は１８０単位面積（所定の面積の大きさを１単位面積とする。）を提供する。回転リング１１の変位が回転方向距離を通して増加するにつれて、開口部１７により形成される開口面積が減少する。この減少は、非線形領域６１に達するまでほぼ線形であることに留意されたい。非線形領域６１は、回転リング１１が全開位置からさらに変位すると、開口部１７により形成される開口面積の緩やかな減少を生じる領域である。これにより、開口部１７により形成される合計開口面積が小さくなるので、回転リング１１の比較的大きい回転移動によって、ガスが通過できる開口面積の減少は抑えられる。これにより、開口面積の微調整が実現できる。図示される実施態様において、バーニアダクト遮断装置３１のベーン２１間の間隔および開口部１７は、その最小の開口位置において、未遮断開口部１７により形成されかつガスが通過できる開口面積が、ゼロにまで達しないが、最小の開口面積領域６１内で観察される最小開口面積値６５へ向かっていくように選択される。
【００１５】
本明細書において予め記載された目的、手段および利点を完全に満足する、ガスタービンエンジンの流路面積の非線形制御を実現する装置が、本発明に従って提供されたことは明らかである。本発明を、その特定の実施態様の内容において説明してきたが、他の代替態様、変更態様および変形態様は、上述の説明を読んだ当業者には明らかとなろう。したがって、添付の特許請求の範囲に入るこれらの代替態様、変更態様および変形態様を包含することが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】当該分野で公知の分割ベーンの流れ遮断装置の透視図である。
【図２】本発明のバーニアダクト遮断装置の側面図である。
【図３】本発明のバーニアダクト遮断装置の透視図である。
【図４ａ】全開位置を示す当該分野で公知の流れ遮断装置の図である。
【図４ｂ】部分的に閉じた位置を示す当該分野で公知の流れ遮断装置の図である。
【図５ａ】全開位置を示す本発明のバーニアダクト遮断装置の図である。
【図５ｂ】部分的に閉じた位置を示す本発明のバーニアダクト遮断装置の図である。
【図６】ガスが通過できる本発明のバーニアダクト遮断装置の開口面積と回転リングの半径方向変位との間の非線形関係を図示するグラフである。
【符号の説明】
【００１７】
１３，１３’，１３”…後方部分
１５…前方部分
１７，１７’，１７”…開口部
１９…中心軸
２１…ベーン
３１…バーニアダクト遮断装置
３３…前方リング
３５…後方リング
Ｙ，Ｙ’…ベーン幅
Ｗ，Ｗ’…離間幅
【図１】
2006105155.tif 000003
【図２】
2006105155.tif 000004
【図３】
2006105155.tif 000005
【図４ａ】
2006105155.tif 000006
【図４ｂ】
2006105155.tif 000007
【図５ａ】
2006105155.tif 000008
【図５ｂ】
2006105155.tif 000009
【図６】
2006105155.tif 000010
【外国語明細書】
2006105155.tif 000011
2006105155.tif 000012
2006105155.tif 000013
2006105155.tif 000014
2006105155.tif 000015
2006105155.tif 000016
2006105155.tif 000017
2006105155.tif 000018
2006105155.tif 000019
2006105155.tif 000020
2006105155.tif 000021
【図１】
2006105155.tif 000022
【図２】
2006105155.tif 000023
【図３】
2006105155.tif 000024
【図４ａ】
2006105155.tif 000025
【図４ｂ】
2006105155.tif 000026
【図５ａ】
2006105155.tif 000027
【図５ｂ】
2006105155.tif 000028
【図６】
2006105155.tif 000029