(57)【要約】  ファンケーシング組立体、接続組立体およびファンケーシング冷却器を移動させる方法。タービンエンジン用のファンケーシング組立体は、ケーシングを貫通して画定された流路を有する周壁を有する環状ファンケーシングを含み得る。ファンケーシング冷却器は、ファンケーシング冷却器を通る流体を冷却するために、流路内で冷却流体の流れに対面するために、周壁に沿って取り付けられ得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向軸（１２）を画定する周壁（４３）と前記長手方向軸（１２）に沿って延びる流路（１４）とを有する環状ファンケーシング（４２）と、
前記周壁（４３）に対面する第１の面（５２）と、第２の端部（５８）から離間する第１の端部（５６）と、対向する前後方縁部（６０、６２）と、を有するファンケーシング冷却器（５０）と、
前記ファンケーシング冷却器（５０）を前記環状ファンケーシング（４２）に取り付けるように構成された接続組立体（７０）であって、前記接続組立体（７０）は、熱的状態の変化に応答して前記ファンケーシング冷却器（５０）を前記流路（１４）内に受動的に配置するように構成された少なくとも１つの感熱コネクタ（７２）を含む、接続組立体（７０）と、
を含む、ファンケーシング組立体（３８）。
【請求項２】
前記感熱コネクタ（７２）は、前記環状ファンケーシング（４２）および前記ファンケーシング冷却器（５０）に取り付けられたブラケット（７４）を含む、請求項１に記載のファンケーシング組立体（３８）。
【請求項３】
前記ブラケット（７４）は、前記熱的状態の前記変化に応答する一組の金属層（７８）から形成された本体（７６）を含む、請求項２に記載のファンケーシング組立体（３８）。
【請求項４】
前記一組の層（７８）は、アルミニウム炭化ケイ素を含む、請求項３に記載のファンケーシング組立体（３８）。
【請求項５】
前記ブラケット（７４）は、上側プレート（８２）および下側プレート（８０）を有する、請求項２に記載のファンケーシング組立体（３８）。
【請求項６】
前記下側プレート（８０）は、前記熱的状態の前記変化に応答して、前記ファンケーシング冷却器（５０）を前記環状ファンケーシング（４２）から垂直に離れるように移行させるように構成される、請求項５に記載のファンケーシング組立体（３８）。
【請求項７】
前記上側プレート（８２）は、前記熱的状態の前記変化に応答して、前記ファンケーシング冷却器（５０）の迎角（α）方向を増加させるように構成される、請求項６に記載のファンケーシング組立体（３８）。
【請求項８】
前記下側プレート（８０）および前記上側プレート（８２）は、熱伝導層（１００）および熱作動層（１０２）を含む、請求項６に記載のファンケーシング組立体（３８）。
【請求項９】
前記ブラケット（７４）は、前記上側プレート（８２）と前記下側プレート（８０）とを連結する中間部（８４）をさらに含む、請求項５に記載のファンケーシング組立体（３８）。
【請求項１０】
前記ブラケット（７４）は、少なくとも部分的に前記ファンケーシング冷却器（５０）に沿って前方から後方に延び、第１の後方点（１１０）および第２の前方点（１１２）で前記ファンケーシング冷却器（５０）に取り付けられる、請求項５に記載のファンケーシング組立体（３８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はタービンエンジンに関し、より具体的にはファンケーシング組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機で使用される現代のエンジンはかなりの量の熱を発生し、その熱は何らかの方法でエンジンから逃がさなければならない。熱交換器は、そのようなエンジンから熱を逃がす方法を提供する。例えば、熱交換器はエンジンの一部の周りにリング状に配置することができる。
【０００３】
オイルは、エンジンベアリング、発電機などのエンジン部品から熱を放散するために使用することができる。熱は、典型的には、空冷式オイル冷却器、より具体的には表面空冷式オイル冷却器システムによってオイルから空気に伝達され、オイル温度を約１００°Ｆから３００°Ｆの所望の範囲に維持する。多くの場合、環境は−６５°Ｆ程度に低くなり得る。
【０００４】
表面空冷式オイル冷却器などの熱交換器は、タービンジェットエンジンファンケース内に配置することができ、バイパス空気を使用して強制対流によって潤滑オイルエネルギを除去する。冷却器は、強制対流を達成するための複数のフィンを含み得る。空気流速度に対するフィンの幾何学的形状および高さは、エネルギ伝達のための重要なパラメータであり、最大エンジン負荷に対してサイズ設定されている。ピーク時以外の要求条件では、冷却器は熱的にオーバーサイズになり、空力抗力を最小限に抑えるように最適化されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許第３０２３７２４号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様では、本開示は、長手方向軸を画定する周壁と長手方向軸に沿って延びる流路とを有する環状ファンケーシングを含むファンケーシング組立体に関する。ファンケーシング冷却器は、周壁に対面する第１の面を含み、第２の端部から離間する第１の端部を有し、対向する前後方縁部と備える。接続組立体は、ファンケーシング冷却器を環状ファンケーシングに取り付ける。接続組立体は、熱的状態の変化に応答してファンケーシング冷却器を流路内に受動的に配置するように構成された少なくとも１つの感熱コネクタを含む。
【０００７】
他の態様では、本開示は、ファンケーシング冷却器を環状ケーシングに取り付けるための接続組立体に関する。接続組立体は、熱的状態の変化に応答して形状を変えるように構成された少なくとも１つの感熱コネクタを含む。
【０００８】
さらに別の態様では、本開示は、航空機エンジンのファンケーシング組立体によって画定された環状通路内でファンケーシング冷却器を移動させる方法に関し、第１の基準温度に達するとファンケーシング冷却器を環状通路内に受動的に配置するステップを含む。受動的に配置するステップは、ファンケーシング冷却器に動作可能に結合され、熱的状態の変化に応答して形状を変化する感熱コネクタを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態による環状ファンケーシングに沿った代表的なフィン付き冷却器を有するタービンエンジン組立体の概略部分切欠図である。
【図２】本発明の一実施形態による図１の区分されたフィン付き冷却器の斜視図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による、第１の位置にある感熱コネクタを有する図１の冷却器の概略側面図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による、第２の位置にある図３Ａの冷却器の概略側面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による、半径方向に延びる感熱コネクタを有する第１の位置にある図１の冷却器の概略側面図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による、第２の位置にある図４Ａの冷却器の側面図である。
【図４Ｃ】円周方向に配置された２つの感熱コネクタを示す図４Ｂの冷却器の斜視図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による、第１の位置で接線方向に延びる感熱コネクタを有する図１の冷却器の側面図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態による、第２の位置にある図５Ａの冷却器の側面図である。
【図５Ｃ】第２の位置にある感熱コネクタの形状をより良く示す図５Ｂの冷却器の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書に開示される実施形態は、表面空冷式オイル冷却器などのファンケーシング冷却器に関し、より詳細には航空機エンジンなどのエンジン内の受動的に配置可能な表面冷却器に関する。例示的な表面冷却器は、効率的な冷却を提供するために使用することができる。さらに、本明細書で使用される「表面冷却器」という用語は、「熱交換器」という用語と互換的に使用することができる。本明細書で使用される表面冷却器は、それだけに限らないが、ターボジェット、ターボファン、ターボ推進エンジン、航空機エンジン、ガスタービン、蒸気タービン、風力タービン、および水力タービンなどの様々なタイプの用途に適用可能である。
【００１１】
現在の表面冷却器は静的構造であり、典型的には強制対流によって表面冷却器から熱を伝達するために空気流路内に延びる。表面冷却器は、空気流と対面するように空気流路内に延びる一組のフィンを含み得る。空気流速度に対するフィンの幾何学的形状は、エネルギ伝達を決定し最大化するために重要である。フィンは、ピーク要求条件の最大エンジン負荷状態に対してサイズ設定されている。オフピーク時には、表面冷却器とフィンはオーバーサイズになり、不必要な空力抗力が発生し、エンジンの燃料消費率が増加する。したがって、ピーク要求時の間に表面冷却器によるエネルギの十分な伝達を維持しながら、燃料消費率を改善するために、冷却性能と抗力との適応的バランスをとる必要がある。
【００１２】
本開示の態様は、抗力を低減しながら燃料消費率を改善する一方で、エンジン冷却を最適化するように設計を改良したものである。表面冷却器は航空機エンジンのオイル冷却システムで使用するように構成することができるので、図１は、使用され得る本発明の実施形態が述べられる環境の簡単な説明を提供する。より具体的には、図１は、長手方向軸１２を有する例示的なタービンエンジン組立体１０を示す。流路１４は、長手方向軸１２に沿って画定することができる。タービンエンジン１６、ファン組立体１８、およびナセル２０は、タービンエンジン組立体１０に含めることができる。タービンエンジン１６は、圧縮機２４、燃焼部２６、タービン２８、および排気管３０を有するエンジンコア２２を含み得る。内側カウル３２は、エンジンコア２２を半径方向に囲む。
【００１３】
明瞭にするために、ナセル２０の一部は切り取られている。ナセル２０は、内側カウル３２を含むタービンエンジン１６を囲む。このようにして、ナセル２０は、内側カウル３２を半径方向に囲む外側カウル３４を形成する。外側カウル３４は、内側カウル３２から離間して内側カウル３２と外側カウル３４との間に環状通路３６を形成する。環状通路３６は、ノズルおよび概して前後方向のバイパス空気流路を特徴付け、形成し、あるいは画定する。環状前方ケーシング４０と周壁４３を有する後方ケーシング４２とを有する環状ファンケーシング組立体３８は、ナセル２０によって形成された外側カウル３４の一部を形成することができ、または（図示していない）支柱を介してナセル２０の一部から吊り下げることができる。
【００１４】
動作中、空気は流路１４に沿ってファン組立体１８を通って流れ、空気流の第１の部分４４と空気流の第２の部分４６とに分離する。空気流の第１の部分４４は圧縮機２４を通って流れ、空気流はさらに圧縮されて燃焼部２６に送られる。燃焼部２６からの高温の燃焼生成物（図示せず）は、タービン２８を駆動してエンジン推力を発生させるために利用される。環状通路３６は、ファン組立体１８からエンジンコア２２の周りに排出される空気流のうちの空気流の第２の部分４６を迂回するために利用される。
【００１５】
タービンエンジン組立体１０は独自の熱管理の課題をもたらす可能性があり、熱放散を助けるためにファンケーシング冷却器５０のような熱交換器システムまたは表面空冷式オイル冷却器をタービンエンジン組立体１０に取り付けることができる。冷却器５０は、周壁４３に対面する第１の面５２（図２）と、環状通路３６に対面する第２の面５４とを含む。冷却器５０は、さらに、第２の端部５８から離間する第１の端部５６と、対向する前方縁部６０および後方縁部６２とを含む。例示的な実施形態では、冷却器５０は、外側カウル３４の内部を形成するファンケーシング組立体３８に動作可能に結合することができる。冷却器５０は、空冷式オイル冷却器を含む任意の適切な冷却器または熱交換器とすることができる。冷却器５０は後方ケーシング４２の近くに図示されているが、冷却器５０はファンケーシング組立体３８に沿ったどこにでも配置できることを理解されたい。さらに、冷却器５０は、外側カウル３４の内側または内側カウル３２の外側に沿った任意の場所に配置されて、環状通路３６を通過する空気流の第２の部分４８に対面できることが考えられる。したがって、冷却器５０は、カウル３２、３４によって画定された環状通路３６に沿った任意の位置でエンジン組立体１０に結合することができる。
【００１６】
図２は、冷却器５０の例示の一的実施形態を示す図である。冷却器５０は、接続組立体７０を含む。接続組立体７０は、冷却器５０を環状ファンケーシング組立体３８（図１）に取り付けるように構成される。接続組立体７０は、少なくとも１つの感熱コネクタ７２を含む。感熱コネクタ７２は、例えば、環状ファンケーシング組立体３８を冷却器５０に結合するブラケット７４を含み得る。ブラケット７４は１つの例示的な感熱コネクタ７２であり、本発明は図示のようなブラケット７４に限定されるべきではなく、冷却器５０をファンケーシング組立体３８に結合する任意の感熱コネクタ７２に適用可能であることを理解されたい。
【００１７】
ブラケット７４は本体７６を含み得る。本体７６は、金属層７８のような１つまたは複数組の層を含み得る。金属層７８は別々の要素であることが図示されているが、金属層７８は一体であり得ることを理解されたい。非限定的な例では、金属層７８は、ニッケルチタン（Ｎｉ−Ｔｉ）形状記憶箔を含むか、またはアルミニウムもしくはアルミニウム炭化ケイ素（ＡｌＳｉＣ）の層、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。非限定的な例では、金属層７８は、超音波付加製造法（ＵＡＭ）または付加金属堆積などの付加製造法によって形成して、層を互いに接合させることができる。金属層７８を形成するためのモノリシック積層複合金属シートを製造するために、層を積層するために任意の十分な金属接合プロセスを使用することができる。
【００１８】
ブラケット７４は、非限定的な例として、下側プレート８０と上側プレート８２とを含むように示されている。一組のファスナ８３は、非限定的な例として、本体７６の端部５６、５８または下側プレート８０の端部において、冷却器５０を後方ケーシング組立体３８（図１）に取り付けることができる。中間部８４は、上側プレート８２を下側プレート８０に連結することができる。下側および上側プレート８０、８２は、中間部８４と一体的に形成することができ、または中間部８４で互いに連結することができる。下側および上側プレート８０、８２は、ブラケット７４のものと同様に、Ｎｉ−Ｔｉ、ＡｌＳｉＣ、または任意の他の形状記憶箔もしくは金属などの１つまたは複数の金属層７８も含み得る。
【００１９】
プレート８０、８２は、プレート８０、８２を形成するための複数の層状材料を有する複合金属シートを含む、プレート８０、８２を形成するために組み合わされた複数の別々のシートを有し得る。カスタム金属材料テープも利用することができる。プレート８０、８２は、プレート８０、８２が温度の上昇または下降などの熱的状態の変化に基づいて少なくとも部分的に変形することができるように、少なくとも部分的に感熱材料で作ることができる。一例では、プレートはバイメタルまたは形状記憶合金プレートであり得る。そのような例の下では、バイメタル（または形状記憶合金）プレートの熱活性化は、適切な熱膨張係数材料の選択、および、直接接合されたアルミニウム合金およびアルミニウム金属マトリックス複合材料（ＭＭＣ）、アルミニウム炭化ケイ素シート（ＡｌＳｉＣ）のサイジングによって調整することができる。例えば、下側プレート８０は、変形および再形成が可能な熱伝導性の可鍛性層１００と、温度変化に対して変形する可鍛性層１００の長さに沿って延びる熱的に作動可能なＭＭＣ層１０２とを含む。上側プレート８２は、第２のプレート８２の一部に対して延びる不連続ＭＭＣ層１０２を有する可鍛性層１００を含み得る。第２のプレートを形成する際に、第２のプレート８２の幾何学的変化を特に決定するために、不連続ＭＭＣ層１０２を第２のプレート８２の頂部または底部に積層することができる。個別のＭＭＣ層１０２を用いると、第２のプレート８２は、ＭＭＣ層１０２のない領域で第２のプレート８２の形状を維持しながら、温度変化に基づいて局所的に形状を変えることができる。
【００２０】
超音波付加製造法（ＵＡＭ）または他の代替金属接合／堆積プロセスを使用して、異種材料を積層してモノリシック積層複合金属シートを製造し、プレート８０、８２を形成することができる。異種材料は、第１および第２の材料からなる可鍛性層１００およびＭＭＣ層１０２を含み得る。第１および第２の材料は、可鍛性層１００としての高強度アルミニウム合金およびＭＭＣ層１０２としてのＡｌＳｉＣを含み得るが、これらに限定されない。任意の適切な材料を利用することができ、そのような材料選択は温度依存内部差ひずみを生み出す。上記の材料の例では、バイメタル層は、アルミニウム合金の層とＡｌＳｉＣの層とから形成されている。ＡｌＳｉＣ内の炭化ケイ素（ＳｉＣ）の体積分率は、熱膨張係数（ＣＴＥ）を調整するために変えることができる。ＳｉＣの割合に応じて、ＡｌＳｉＣのＣＴＥは７から２０ｐｐｍ／Ｃで変動し得るが、追加の割合および材料は５から３５ｐｐｍ／Ｃで考えられる。そのような設計は、局所的条件、より具体的には温度の変化に対してプレート８０、８２の作動または変形を引き起こす可能性がある。さらに、二元および三元Ｎｉ−Ｔｉ形状記憶箔を追加の熱作動材料として、またはＭＭＣ箔と共に組み込むことができる。これらの合金は、特定の調整可能な温度で活性化し形状を変えるように設計される。このような形状は、例えば、プレート８０、８２全体にわたるＳｉＣの局所的な割合の調整、または他の形状記憶合金材料に基づいて特に作成することができる。さらに、他の金属合金およびスマート金属材料テープを利用することができる。
【００２１】
使用される合金およびスマート金属は、ＵＡＭプロセスまたは付加電鋳を使用するなどして付加的に製造することができ、冷却器５０の最大冷却のための低質量ならびに最適化を提供する。さらに、その場での機械加工、層状超音波溶接、および二次レーザー溶接の組み合わせを使用して、複雑な３Ｄ印刷された運動学的特徴の追加が可能である。
【００２２】
１つまたは複数のパッド８６を、中間部８４から離間して、下側プレート８０と上側プレート８２との間に配置することができる。パッド８６は、熱伝導性エラストマー材料で作ることができ、または編み金属、例えば、「ゴム製」メッシュで作ることができる。パッド８６は、プレート８０、８２の屈曲、膨張、または収縮を可能にしながら、同時に熱伝達を可能にする。変化する熱負荷条件に対するブラケットの熱応答を改善するために、高温熱伝導性エラストマーまたは編み金網パッド８６を追加することによって過渡遅れを改善することができる。これらのパッド８６は、それらが非ピーク負荷状態の間に圧縮されると振動減衰材料として作用する。
【００２３】
冷却器５０は、内部がチャネル化されたマニホールド８８をさらに含み得る。マニホールド８８は、下側プレート８０の反対側で上側プレート８２から離間しているように示されている。追加のパッド８６をマニホールド８８と上側プレート８２との間に配置して、マニホールド８８を上側プレート８２から離間させることができる。マニホールド８８には、マニホールド８８を通る油または他の流体の流れを可能にする複数のチャネル９０を含めることができる。環状通路３６（図１）内などに、上側プレート８２とは反対方向に延びる複数のフィン９２をマニホールド８８上に含めることができる。フィン９２は、隣接するフィン９２間に溝９４を画定し、ある量の空気または流体がフィン９２間を通過することを可能にする。一組の取り付けレール９６が、マニホールド８８を支持するために上側プレート８２の端部に配置される。マニホールド８８の端部における振動力を減衰させるために、追加の熱伝導性コンプライアントインターフェースパッド８６をレール９６とマニホールド８８との間に配置することができる。
【００２４】
ここで図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、典型的な冷却器５０の側面図がそれぞれ第１および第２の位置に示されている。図３Ａを参照すると、冷却器５０は、ブラケット７４を冷却器５０に取り付けるための２つの取り付け点を含み得る。第１の後方点１１０および第２の前方点１１２は、ブラケット７４と冷却器５０との間のインターフェース１１４を画定することができる。インターフェース１１４は、ヒンジ１１６を含み得る。ヒンジ１１６は、例えば、ブラケット７４とマニホールド８８との間のインターフェース１１４の枢動を提供することができる。
【００２５】
図３Ａおよび図３Ｂは、図２に示すものに代わるファスナ８３を含み得る。より具体的には、ファスナ８３は、固定ファスナ１１８および可動ファスナ１２０を含み得る。固定ファスナ１１８は、ブラケット７４をファンケーシング組立体３８（図１）に固定することができ、一方、可動ファスナ１２０は、ファンケーシング組立体３８に対するブラケット７４の移動を可能にすることができる。そのような移動は、例えば、１つまたは複数のベアリング１２２を利用したスライド移動であり得る。可動ファスナ１２０のスライド移動は、第１の位置と第２の位置との間の冷却器５０の作動を可能にする。
【００２６】
図３Ａに示す第１の位置では、空気流４６の一部としての冷却空気流１２４は、対流を通る冷却空気流１２４による除去のためにチャネル９０を通過しフィン９２に熱を伝達するオイルなどの流体の流れを冷却するために、フィン９２内を通過し得る。第１の位置では、フィン９２は軸方向に配置される。このような構成では、冷却空気流１２４は、最初に前方の組のフィン９２を通過し、次に任意の後方フィン９２を通過する冷却空気流１２４と干渉する。このように、後方フィン９２の冷却効果が低下する。
【００２７】
図３Ｂを参照すると、冷却器５０は第２の位置に移行している。第２の位置では、下側プレート８０および上側プレート８２は、熱的状態に基づいて移行および回転している。より具体的には、閾値温度が満たされて、温度の上昇に応答して感熱コネクタ７２が冷却器５０を受動的に流路内に配置させる。例えば、ピークエンジン運転中に、潤滑油は加熱され、冷却のために冷却器５０へ進む。上昇したオイルの温度はブラケット７４を通過して温度の上昇を引き起こし、ＭＭＣ積層層１０２を変形させる。
【００２８】
より具体的には、第２の位置では、プレート８０、８２は、熱的状態にさらされた後に、弧状または曲線状の形状または輪郭を有するなど、形状または輪郭が変化している。第１の位置（図３Ａ）と第２の位置（図３Ｂ）との間の差は、下側プレート８０についての最大撓みδおよび上側プレート８２についての迎角αによって表すことができる。最大撓みδは、下側プレート８０の最大半径方向移行としての半径方向高さ１３０を定義することができる。半径方向高さ１３０および最大の撓みδは、環状通路３６（図１）を通過する空気流４６内に冷却器５０およびフィン９２をさらに移行させることができ、環状通路３６で冷却器５０は空気流４６の大部分にさらされ得る。可動ファスナ１２０は、下側プレート８０の、それが取り付けられるファンケーシング組立体３８の表面に対する移行を可能にし得る。温度作動材料またはＭＭＣ１０２の不連続層は、変曲点１３２を有する曲率を形成する。このような曲率は、上側プレート８２を迎角αに向けることができる。１つの非限定的な例では、迎角αは、０度から１０度の間であってもよく、典型的な取り付けブラケットの場合は５度であり得る。迎角αは、配置されたフィン９２を冷却空気流１２４のより大きな面積および体積に対面するように異なる半径方向長さに向けるために上側プレート８２に対して角度のある向きを提供することができる。したがって、冷却器５０の冷却効果は増大する。
【００２９】
冷却器５０が第２の位置にある間、冷却器５０によって生じる空力抗力は、第１の位置（図３Ａ）において冷却器５０によって生じる空力抗力と比較して増大することを理解されたい。熱的温度閾値のような熱的状態がもはや満たされなくなった後、図３Ｂに示すように第２の位置にある冷却器５０は、図３Ａに示すように第１の位置にある冷却器５０に戻る。したがって、熱的状態は、燃料効率を最大にするために必要な冷却が少ないときに抗力を最小にしながら、冷却器５０による冷却の必要性のバランスをとるために使用することができる。したがって、感熱コネクタ７２は、冷却の必要性と最小限の空力抗力とのバランスをとるために、熱的状態に基づいて受動的に移行および回転することができる。プレート８０、８２は、例えば、非限定的な例では、華氏１９０度未満などのより低い要求条件の間に初期位置に留まりながら、オイル冷却のために華氏２００度を超えるようなより高いまたは最高の要求温度などの特定の温度において冷却器５０を移行および回転させるように調整することができる。
【００３０】
感熱コネクタ７２の熱的状態および移行は、単純な可変または一様断面カンチレバープレート方程式および有限要素解析シミュレーションを使用しておおよそ決定することができる。バイメタルプレート用の閉形式の熱ひずみ解法は、最初は熱作動の撓みを近似するために使用されていた。非限定的な一例では、曲率半径は、式（１）のような可変断面カンチレバービーム方程式によって表すことができる。
【００３１】
【数１】
2019534967.tif 000003
【００３２】
また、回転角は、式（２）によって表すことができる。
【００３３】
【数２】
2019534967.tif 000004
ここで、ρは曲率半径、ｔは作動プレート８０、８２の全厚、ｍは第２の材料に対する第１の材料の厚さ比、ｎは２つの材料間の弾性率比、α２は第２の熱膨張係数、α１は第１の熱膨張係数、Ｔｈは高温、Ｔｃは低温、θは回転角、Ｌは作動部品の長さである。したがって、曲率半径ρおよび回転角θを決定する際に、プレート８０、８２についての回転角θの決定に基づいて、式（２）を使用して最大撓みδおよび迎角αを決定することができる。加えて、一例では、回転角θ、ならびに最大撓みδおよび迎角αは、ＡｌＳｉＣ層内のＳｉＣの量に基づいて調整することができる。
【００３４】
図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、別の例示的な非湾曲パネル冷却器１５０がそれぞれ第１の位置および第２の位置に示されている。図４Ａおよび図４Ｂの冷却器１５０は、図３Ａおよび図３Ｂの冷却器５０と実質的に同様であり得る。したがって、類似の要素を識別するために１００の値だけ増加した類似の数字が使用される。
【００３５】
図４Ａを参照すると、ブラケット１７４は、下側プレート１８０および上側プレート１８２を含み得る。マニホールド１８８は、マニホールド１８８と一体の一対のインターフェース２１４を含み得る。インターフェース２１４は、パネル冷却器１５０をブラケット１７４に結合するための領域を提供することができる。さらに、インターフェース２１４は、ブラケット１７４の作動中に冷却器１５０の回転的および移行的な変形を容易にするために可撓性材料で作ることができる。１つの非限定的な例では、上側プレート１８２は、溶接などによってインターフェース２１４に結合することができる。マニホールド１８８は、一組のフィン１９２の間に配置された溝２３４をさらに含み得る。一例では、溝２３４は、長手方向軸またはエンジン中心線に対して冷却器１５０の長さにわたって円周方向に延び得る。マニホールド１８８自体は、それが変形してその初期形状を取り戻すことができるように、局所的に可撓性の材料または曲げ形状から作ることができる。溝２３４は、マニホールド１８８のさらなる屈曲を可能にし得る。
【００３６】
非限定的な例として第１のより高い温度閾値を含む熱的状態が導入されると、冷却器１５０は、図４Ａに示される第１の位置から図４Ｂに示される第２の位置へ移行する。図４Ｂを参照すると、マニホールド１８８は、第１の位置から変形し、フィン１９２が冷却空気流２２４の大部分に対面するようにセグメント化された外形を含む。溝２３４は、溝２３４がない場合よりも大きなマニホールド１８８の屈曲を可能にする。このように、最大撓みδおよび迎角αをより小さくすることができ、一方、マニホールド１８８の屈曲は、フィン１９２の冷却空気流２２４内へのより大きな延長を可能にする。マニホールド１８８の屈曲は、空気流２２４の大部分に対面するように冷却器１５０の変形を増大させることができ、これは冷却器１５０を移行させて空気流２２４の同じ対面を達成するためにブラケット１７４によるより大きな移行を必要とするのとは対照的である。例えば、移行されたブラケット１７４の結果として生じる空気流２２４内の単に角度を付けられた配置とは対照的に、マニホールド１８８の屈曲または曲げは、空気流２２４に面するようにフィン１９２を角度付けすることができる。したがって、マニホールド１８８は空気流２２４に対面する冷却器１５０の領域または角度の付いた向きを増大させることができるので、ブラケット１７４は、熱的状態の変化に対してより敏感になるように適合することができる。したがって、冷却器１５０は、より離散的な温度変化などの熱的状態に対してより敏感であり得る。下側および上側プレート１８０、１８２の小さな変化は、ブラケット１７４によるより少ない移行で、より大量の冷却空気流２２４に対面するように、マニホールド１８８の複数のセグメント化によって増幅することができる。
【００３７】
図４Ｃを参照すると、図４Ａおよび図４Ｂの冷却器１５０の斜視図は、エンジンの中心線または長手方向軸１２（図１）に対して実質的に円周方向の配置で軸方向に延びるプレート１８０、１８２を有する複数のブラケット１７４を示している。各冷却器１５０は、冷却器１５０を２つ以上の位置の間で受動的に移行させるために、複数のブラケット１７４、感熱コネクタ１７２、またはプレート１８０、１８２を有し得ることを理解されたい。プレート１８０、１８２またはブラケット１７４は、ファンケーシング組立体３８（図１）に取り付けるためにファスナをブラケット１７４に結合するための複数の穴２３６を含み得る。穴２３６に使用されるファスナは、第１の位置と第２の位置との間のブラケット１７４の移行に適応するために可変長を含み得ると考えられる。さらに、複数のブラケット１７４、感熱コネクタ１７２、またはプレート１８０、１８２は、局所的条件に基づいて冷却器１５０を局所的にまたは別々に移行させることができることを理解されたい。例えば、冷却器１５０は、より高温の熱的状態に近い冷却空気流２２４にさらに移行することができる。別の例では、冷却器１５０が支柱（図示せず）に隣接して配置される場合、冷却器１５０は、空力抗力をさらに最小化するために、隣接する支柱によって生成される局所的空気流に基づいて移行するか、特に移行するように設計されて、局所的な空気流パターンを利用しながら対流熱伝達を最適化し得る。
【００３８】
ここで図５Ａ〜図５Ｃを参照すると、別の例示的な冷却器２５０が示されている。図５Ａ〜図５Ｃの冷却器２５０は、図４Ａ〜図４Ｃの冷却器１５０と実質的に同様であり得る。したがって、類似の要素は１００の値だけ増加した類似の数字で識別される。
【００３９】
第１の位置にある冷却器２５０を示す図５Ａを参照すると、ブラケット２７４として示される感熱コネクタ２７２は、長手方向軸１２（図１）に対して軸方向に、接線方向または円周方向に延び得る。各ブラケット２７４は、下側プレート２８０および上側プレート２８２を含み得る。ブラケット２７４は、前方ブラケット２７４ａおよび後方ブラケット２７４ｂとして配置することができる。
【００４０】
図５Ｂを参照すると、冷却器２５０は第２の位置に移行し、フィン２９２を冷却空気流３２４の大部分に対面する位置に移動させる。前方ブラケット２７４ａは、最小に湾曲して最前方のフィン２９２をある角度に配置することができる一方、後方ブラケット２７４ｂは、より大きな最大撓みδおよびより大きい迎角αで移行して、最後方のフィン２９２をより大きな体積の冷却空気流３２４にさらすことができる。より多くの数のフィン２９２または複数列のフィン２９２がある場合、冷却器２５０のより広い領域およびより多くの数のフィン２９２を得て冷却空気流３２４に対面させるために、ブラケット２７４は、冷却器２５０が後方に延びるにつれてさらに延びるように適合させることができる。
【００４１】
図５Ｃを参照すると、斜視図は、第２の位置にある冷却器２５０を示している。図５Ｃは、図５Ｂの冷却器２５０をより良く示し、後方ブラケット２７４ｂは前方ブラケット２７４ａよりもさらに移行している。下側および上側プレート２８０、２８２は等しく移行することが示されているが、個々のプレート２８０、２８２は、温度の範囲など熱的状態のある範囲にわたって冷却器２５０を特に移行させるために別々に移行することができることを理解されたい。温度範囲にわたって、冷却器２５０は、空力抗力を最小限に抑えながら冷却の必要性のバランスをよりとるために、熱的状態の変化に対してより敏感になるように調整することができる。
【００４２】
４組のフィンが図３Ａ〜図３Ｂに示され、２組のフィンが図４Ａ〜図５Ｃに示されているが、任意の数のフィンまたはフィンの組を冷却器に含めることができることを理解されたい。この説明の範囲は、フィンの数、種類、または構成、あるいはフィンの他の特徴によって制限されるべきではない。
【００４３】
航空機エンジンのバイパスファンダクト内でファンケーシング冷却器を移動させる方法は、第１の基準温度に達したときにファンケーシング冷却器を環状通路内に受動的に配置することを含み得る。一例では、第１の基準温度は、航空機の離陸中の加速中または最大推力のような、ピークまたは増加するエンジン要求条件の結果として生じる高められた温度であり得る。そのようなピークまたは増加する条件は、オイル熱交換器システムからの熱伝達に対するより大きな必要性を生み出し得る。配置することは、熱的状態の変化に応答して形状を変えるためにファンケーシング冷却器に動作可能に結合された感熱コネクタを含む。ファンケーシング冷却器は、例えば図２の冷却器５０のような、本明細書に記載されるようなファンケーシング冷却器のいずれかを含み得る。ファンケーシング冷却器は、環状通路内に受動的に配置することができる。受動的に配置することは、エンジンによる意図的な機械的または電子的な開始なしに、しかし冷却器を通過するオイルの温度変化のような感熱コネクタへの局所的な熱的状態の変化によって冷却器を環状に配置することを含み得る。加えて、冷却器を受動的に配置することは、例えば図３Ａから図３Ｂ、図４Ａから図４Ｂ、および図５Ａから図５Ｂに示される第１の位置と第２の位置との間を移行することなど、冷却器を環状通路に移行させることを含み得る。さらに、環状ケーシング冷却器を受動的に配置することは、一例では、図３Ｂの迎角αの値を大きくすることのように、冷却器の向き付けを大きくすることを含み得る。迎角を増加させると、フィンにおける対流熱伝達を増加させるために環状通路を通過するより大きな体積の空気に対面するように冷却器またはフィンを受動的に配置する。
【００４４】
本方法は、第２の基準温度に達したときにファンケーシング冷却器を環状通路から受動的に後退させることをさらに含み得る。第２の基準温度は、例えば、第１の基準温度に対して低下した温度であり得る。低下した温度は、ピーク要求未満におけるエンジン温度、またはエンジンの巡航状態などの増加した要求状態を含み得る。
【００４５】
上記の開示は、タービンエンジンから移送された多量の流体を対流冷却するための表面冷却器または熱交換器のための改良された設計を提供する。冷却器は、冷却器での対流を改善するために冷却器を受動的に配置し、移行させ、または作動させるためのブラケットを含む。冷却器は、熱に敏感で受動的に作動して、ピークエンジン状態の間に強制空冷式熱交換器をエンジンの空気流路内に展開し最適に配置する。さらに、そのような展開、受動的配置、移行、または作動は、空力抗力を最小限に抑えてエンジン効率を改善するために、求められる要求の減少に基づいて冷却器を空気流路外に移動させることによって対流冷却を減らすことができる。このように、冷却器は、要求に基づいて冷却器における冷却を増大させるため、または抗力を最小にするために冷却器を選択的に配置するための要求ベースの受動システムであることを理解されたい。したがって、冷却器は、冷却器における冷却の必要性とエンジン効率とを受動的にバランスさせる。
【００４６】
本発明は、連続的な共形の幾何学的変化および作動を、熱交換器または冷却器の取り付けブラケットの積層複合金属構造に直接に独自に組み込む。超音波接合中の温度のような安定した基準温度からの正または負の差のある冷却器温度を使用してブラケットの形状を連続的に変えることができる。安定した基準温度より上または下の温度は、冷却器の曲率を正または負に変える。温度に依存する形状変化は、積層形状と、アルミニウムＭＭＣ、ＡｌＳｉＣを有するアルミニウム合金による接合とによって制御され調整される。アルミニウムおよびＡｌＳｉＣは密度比に対する高い強度と高い熱伝導性のために選択される。超音波付加製造は、高強度アルミニウム合金板とＭＭＣ  ＡｌＳｉＣとの間にバイメタル効果を生み出すために異種材料を積層するのに使用される。ＳｉＣのＡｌＳｉＣ体積分率の組成は、ブラケットの熱膨張係数を調整することができる。一例では、ＳｉＣの割合に応じて、熱膨張係数は２０から７ｐｐｍ／Ｃまで変化し得る。作動設計を取り付けブラケットに統合することで、ほとんどのバイパス空気熱交換器での使用が可能になる。
【００４７】
以上、冷却器を冷却空気流の内外に受動的に配置するための取り付けブラケットを有する空冷オイル冷却器を含む熱交換器装置について説明した。本開示は限られた数の実施形態に関して記載されているが、本開示の利益を享受する当業者は、本明細書に記載される開示の範囲から逸脱しない他の実施形態が考え出され得ることを認識する。本開示を例示的な実施形態を参照して説明したが、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な変更を加えることができ、その要素を等価物で置き換えることができることが当業者には理解されよう。さらに、本開示の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本開示の教示に適合させるために多くの修正を加えることができる。例えば、本明細書に記載の冷却器は、限定はしないがマルチスプール設計（追加の圧縮機およびタービンセクション）、ギア付きターボファン型アーキテクチャ、ダクトなしファンを含むエンジン、単軸エンジン設計（単一の圧縮機およびタービンセクション）などの本明細書に記載の例示的なエンジンに加えて、多くの異なる種類の航空機エンジンアーキテクチャで使用するように構成することができる。さらに、本明細書に開示されるバイパス弁は、他の種類の空冷式オイル冷却器と同様にうまく機能し、それ自体は表面冷却器に限定されることを意図せず、プレートおよびフィン、チューブフィンタイプなどの他の冷却器タイプで使用するように構成することができ、同様に利益が得られるであろう。さらになお、弁の内部通路の幾何学的形状ならびに入口ポートおよび出口ポートの向きに応じて、弁を通る流れは面内（すなわち横断）または面外（すなわち軸方向）であり得ることが理解されよう。したがって、本開示は、本開示を実施するために考えられる最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されないことが意図されている。したがって、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の精神の範囲内に入るようなすべてのそのような修正形態および変更形態を網羅することを意図していることを理解されたい。
【００４８】
まだ説明していない範囲で、様々な実施形態の異なる特徴および構造は、必要に応じて互いに組み合わせて使用することができる。１つの特徴がすべての実施形態において示されていないということは、そうであることができないと解釈されることを意味するのではなく、説明を簡潔にするためになされる。したがって、異なる実施形態の様々な特徴は、新しい実施形態が明示的に説明されているかどうかにかかわらず、新しい実施形態を形成するために必要に応じて混合および適合させることができる。本明細書に記載されている特徴のすべての組み合わせまたは順列は、本開示によって網羅されている。
【００４９】
本明細書は、最良の形態を含む本発明を開示するために、また任意の装置またはシステムを製造および使用すること、ならびに任意の組み込まれた方法を実行することを含めて本発明を当業者が実施することを可能にするために例を使用する。本発明の特許性のある範囲は特許請求の範囲によって定義され、当業者が思い付く他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが請求項の文字通りの言語と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが請求項の文字通りの言語とは非実質的に異なる同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあると意図される。
【００５０】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
周壁（４３）に対面する第１の面（５２）と、第２の端部（５８）から離間する第１の端部（５６）と、環状ファンケーシング（４２）の周壁（４３）に取り付けられて前記ファンケーシングの長手方向軸（１２）に沿って流路（１４）を画定する対向する前後方縁部（６０、６２）と、を有するファンケーシング冷却器（５０）と、
前記ファンケーシング冷却器（５０）を前記環状ファンケーシング（４２）に取り付けるように構成された接続組立体（７０）であって、前記接続組立体（７０）は、熱的状態の変化に応答して前記ファンケーシング冷却器（５０）を前記流路（１４）内に受動的に配置するように構成された少なくとも１つの感熱コネクタ（７２）を含む、接続組立体（７０）と、
を含む、ファンケーシング組立体（３８）。
［実施態様２］
前記感熱コネクタ（７２）は、前記環状ファンケーシング（４２）および前記ファンケーシング冷却器（５０）に取り付けられたブラケット（７４）を含む、
実施態様１に記載のファンケーシング組立体（３８）。
［実施態様３］
前記ブラケット（７４）は、前記熱的状態の前記変化に応答する一組の金属層（７８）から形成された本体（７６）を含む、
実施態様２に記載のファンケーシング組立体（３８）。
［実施態様４］
前記一組の層は、アルミニウム炭化ケイ素を含む、
実施態様３に記載のファンケーシング組立体（３８）。
［実施態様５］
前記ファンケーシング冷却器（５０）は、セグメント化された本体（７６）を含み、前記接続組立体（７０）は、前記セグメント化された本体（７６）に取り付けられる、
実施態様２に記載のファンケーシング組立体（３８）。
［実施態様６］
前記ブラケット（７４）は、上側プレート（８２）および下側プレート（８０）を有する、
実施態様２に記載のファンケーシング組立体（３８）。
［実施態様７］
前記下側プレート（８０）は、前記熱的状態の前記変化に応答して、前記ファンケーシング冷却器（５０）を前記環状ファンケーシング（４２）から垂直に離れるように移行させるように構成される、
実施態様６に記載のファンケーシング組立体（３８）。
［実施態様８］
前記上側プレート（８２）は、前記熱的状態の前記変化に応答して、前記ファンケーシング冷却器（５０）の迎角（α）方向を増加させるように構成される、
実施態様７に記載のファンケーシング組立体（３８）。
［実施態様９］
前記下側プレート（８０）および前記上側プレート（８２）は、熱伝導層（１００）および熱作動層（１０２）を含む、
実施態様７に記載のファンケーシング組立体（３８）。
［実施態様１０］
前記ブラケット（７４）は、前記上側プレート（８２）と前記下側プレート（８０）とを連結する中間部（８４）をさらに含む、
実施態様６に記載のファンケーシング組立体（３８）。
［実施態様１１］
前記ブラケット（７４）は、少なくとも部分的に前記ファンケーシング冷却器（５０）に沿って前方から後方に延び、第１の後方点（１１０）および第２の前方点（１１２）で前記ファンケーシング冷却器（５０）に取り付けられる、
実施態様６に記載のファンケーシング組立体（３８）。
［実施態様１２］
前記ファンケーシング冷却器（５０）は、前記ブラケット（７４）とのインターフェースに位置するヒンジを含む、
実施態様２に記載のファンケーシング組立体（３８）。
［実施態様１３］
熱的状態の変化に応答して形状を変化させるように構成された少なくとも１つの感熱コネクタ（７２）を含む、
ファンケーシング冷却器（５０）を環状ファンケーシング（４２）に取り付けるための接続組立体（７０）。
［実施態様１４］
前記少なくとも１つの感熱コネクタ（７２）は、前記熱的状態の前記変化に応答する一組の金属層（７８）から形成された本体（７６）を有するブラケット（７４）を含む、
実施態様１３に記載の接続組立体（７０）。
［実施態様１５］
前記ブラケット（７４）は、不連続のアルミニウム炭化ケイ素層を有する上側プレート（８２）を含む、
実施態様１４に記載の接続組立体（７０）。
［実施態様１６］
前記ブラケット（７４）は、アルミニウム炭化ケイ素層を有する下側プレート（８０）をさらに含む、
実施態様１５に記載の接続組立体（７０）。
［実施態様１７］
航空機エンジンのファンケーシング組立体（３８）によって画定された環状通路（３６）内でファンケーシング冷却器（５０）を移動させる方法であって、
第１の基準温度に達すると前記ファンケーシング冷却器（５０）を前記環状通路（３６）内に受動的に配置するステップと、
前記ファンケーシング冷却器（５０）に動作可能に結合された感熱コネクタ（７２）を作動させて、熱的状態の変化に応答して形状を変化させるステップと、
を含む、方法。
［実施態様１８］
第２の基準温度に達すると前記ファンケーシング冷却器（５０）を前記環状通路（３６）から受動的に後退させるステップをさらに含む、
実施態様１７に記載の方法。
［実施態様１９］
前記ファンケーシング冷却器（５０）を前記環状通路（３６）内に受動的に配置するステップは、前記ファンケーシング冷却器（５０）を前記環状通路（３６）内に移行させるステップを含む、
実施態様１７に記載の方法。
［実施態様２０］
前記ファンケーシング冷却器（５０）を前記環状通路（３６）内に受動的に配置するステップは、前記ファンケーシング冷却器（５０）の迎角（α）方向を増加させるステップを含む、
実施態様１７に記載の方法。
【符号の説明】
【００５１】
１０  タービンエンジン組立体
１２  長手方向軸
１４  流路
１６  タービンエンジン
１８  ファン組立体
２０  ナセル
２２  エンジンコア
２４  圧縮機
２６  燃焼部
２８  タービン
３０  排気管
３２  内側カウル
３４  外側カウル
３６  環状通路
３８  環状ファンケーシング組立体
４０  前方ケーシング
４２  後方ケーシング
４３  周壁
４４  空気流の第１の部分
４６  空気流の第２の部分
５０  ファンケーシング冷却器
５２  第１の面
５４  第２の面
５６  第１の端部
５８  第２の端部
６０  前方縁部
６２  後方縁部
７０  接続組立体
７２  感熱コネクタ
７４  ブラケット
７６  本体
７８  金属層
８０  下側プレート
８２  上側プレート
８３  ファスナ
８４  中間部
８６  パッド
８８  マニホールド
９０  チャネル
９２  フィン
９４  溝
９６  取り付けレール
１００  可鍛性層
１０２  ＭＭＣ層
１１０  第１の後方点
１１２  第２の前方点
１１４  インターフェース
１１６  ヒンジ
１１８  固定ファスナ
１２０  可動ファスナ
１２２  ベアリング
１２４  冷却空気流
１５０  冷却器
１７２  感熱コネクタ
１７４  ブラケット
１８０  下側プレート
１８２  上側プレート
１８８  マニホールド
１９２  フィン
２１４  インターフェース
２２４  冷却空気流
２３４  溝
２３６  穴
２５０  冷却器
２７２  感熱コネクタ
２７４  ブラケット
２８０  下側プレート
２８２  上側プレート
２９２  フィン
３２４  冷却空気流
【図１】
2019534967.tif 000005
【図２】
2019534967.tif 000006
【図３Ａ】
2019534967.tif 000007
【図３Ｂ】
2019534967.tif 000008
【図４Ａ】
2019534967.tif 000009
【図４Ｂ】
2019534967.tif 000010
【図４Ｃ】
2019534967.tif 000011
【図５Ａ】
2019534967.tif 000012
【図５Ｂ】
2019534967.tif 000013
【図５Ｃ】
2019534967.tif 000014
【国際調査報告】
2019534967.tif 000015
2019534967.tif 000016
2019534967.tif 000017