(57)【要約】【課題】球状撓み継手用のジンバル撓み部を提供する。【解決手段】航空機の実施態様におけるブリード空気などの流体の流れを実現するための、第１のダクト（８２）と第２のダクト（８４）との間の継手用の可撓性継手アセンブリ（８６）。可撓性継手（８６）は、ベローズ（１１２）の一部をそれぞれ取り囲む第１の支持体（１０２）および第２の支持体（１０４）を有する取り付けアセンブリによって支持されるベローズ（１１２）を含む。継手アセンブリ（８６）の継手リング（１１０）に設けられる１組の撓み部（１６４）は、第１の支持体（１０２）と第２の支持体（１０４）とを動作可能に結合することができる。【選択図】図１
2018115764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダクトアセンブリ（８０）であって、
第１のダクト（８２）と、
第２のダクト（８４）と、
前記第１のダクト（８２）と前記第２のダクト（８４）とを結合する可撓性継手アセンブリ（８６）と
を備え、前記可撓性継手アセンブリ（８６）が、
第１の端部（１２０）および第２の端部（１２２）ならびにこれらの間に配置された折り畳み部（１１４）を有するベローズ（１１２）と、
ジンバル継手アセンブリ（１００）と
を備え、前記ジンバル継手アセンブリ（１００）が、
前記ベローズ（１１２）の前記第１の端部（１２０）および前記折り畳み部（１１４）の一部を取り囲む第１の支持体（１０２）と、
前記ベローズ（１１２）の前記第２の端部（１２２）および前記折り畳み部（１１４）の一部を取り囲む第２の支持体（１０４）と、
リング本体（１１０）を介して相互接続された１組の撓みヒンジ（１０８）によって前記第１の支持体（１０２）および前記第２の支持体（１０４）に動作可能に結合されたジンバルリングアセンブリ（１０６）と
を備えるダクトアセンブリ（８０）。
【請求項２】
前記可撓性継手アセンブリ（８６）が、２つの回転自由度を有し、前記第１の支持体（１０２）および前記第２の支持体（１０４）が、前記ジンバルリングアセンブリ（１０６）に対して回転するように構成されている、請求項１に記載のダクトアセンブリ（８０）。
【請求項３】
前記１組の撓みヒンジ（１０８）が、４つの互いに離間された撓みヒンジ（１０８）を含む、請求項１に記載のダクトアセンブリ（８０）。
【請求項４】
前記４つの互いに離間された撓みヒンジ（１０８）が、前記リング本体（１１０）の周りで交互に離間された撓みヒンジ（１０８）として第１の対のヒンジ（１４６）および第２の対のヒンジ（１４８）を形作り、前記第１の対のヒンジ（１４６）が、第１の回転軸線（１５０）を定め、前記第２の対のヒンジ（１４８）が、第２の回転軸線（１５２）を定める、請求項３に記載のダクトアセンブリ（８０）。
【請求項５】
前記第１の支持体（１０２）が、前記第１の対のヒンジ（１４６）で前記ジンバルリングアセンブリ（１０６）に結合され、前記第１の回転軸線（１５０）の周りを回転する、請求項４に記載のダクトアセンブリ（８０）。
【請求項６】
前記第２の支持体（１０４）が、前記第２の対のヒンジ（１４８）で前記ジンバルリングアセンブリ（１０６）に結合され、前記第２の回転軸線（１５２）の周りを回転する、請求項５に記載のダクトアセンブリ（８０）。
【請求項７】
前記第１の支持体（１０２）および前記第２の支持体（１０４）が、同じ折り畳み部（１１４）の異なる半径方向位置を覆う、請求項１に記載のダクトアセンブリ（８０）。
【請求項８】
前記第１の支持体（１０２）および前記第２の支持体（１０４）が、相補的な延在部を有する第１のリング（１７０）および第２のリング（１７２）を備える、請求項７に記載のダクトアセンブリ（８０）。
【請求項９】
前記第１の支持体（１０２）および前記第２の支持体（１０４）が、前記撓みヒンジ（１０８）を収容するように構成されたマウント開口（２２２）を備える、請求項１に記載のダクトアセンブリ（８０）。
【請求項１０】
前記リング本体（１１０）が、１組の空洞を画成する１組のリブ（１８２）を備える、請求項１に記載のダクトアセンブリ（８０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球状撓み継手用のジンバル撓み部に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジン、特にガスタービンエンジンまたは燃焼タービンエンジンは、エンジンを通過する、すなわち、複数の回転ブレードと固定ベーンの対を含む一連の圧縮機段を通過し、燃焼器を通過し、次に、やはり複数の回転ブレードと固定ベーンの対を含む多数のタービン段を通過する燃焼ガスの流れからエネルギーを取り出す回転式エンジンである。
【０００３】
ダクトアセンブリが、タービンエンジンの周りに設けられており、タービンエンジンの内外に様々な作動流体を流すための導管を提供する。作動流体の１つは、ブリード空気（ｂｌｅｅｄ  ａｉｒ）である。圧縮機段においてブリード空気が生成され、圧縮機からフィーダダクトを通して取り出される。ガスタービンエンジン内の圧縮機段からのブリード空気は、様々な方法で利用することができる。例えば、ブリード空気は、航空機キャビンに圧力をかけ、航空機の重要な部分を不凍に保つことができる、または残りのエンジンを始動するために使用することができる。圧縮機からブリード空気を取り出すために使用されるフィーダダクトアセンブリの構造は、動荷重下での剛性、および熱負荷下での可撓性を必要とする。現在のシステムは、可撓性に対する要求を満たすために、ダクトにおいて玉継手または軸継手を使用している。これにより、システムの動的性能が下がり、システムの重量が増加してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】中国特許出願公開第１０３６９７２６６号明細書
【発明の概要】
【０００５】
一態様では、本開示は、第１のダクトおよび第２のダクトを含む、ガスタービンエンジン用のダクトアセンブリに関する。可撓性継手アセンブリは、第１のダクトと第２のダクトとを結合する。可撓性継手アセンブリは、第１の端部と第２の端部とを有するベローズをさらに含み、端部間には、折り畳み部（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）が配置される。可撓性継手アセンブリは、ベローズの第１の端部および折り畳み部の一部を取り囲む第１の支持体と、ベローズの第２の端部および折り畳み部の一部を取り囲む第２の支持体とを含むジンバル継手アセンブリ（ｇｉｍｂａｌｅｄ  ｊｏｉｎｔ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）をさらに含む。ジンバル継手アセンブリは、リング本体を介して相互接続された１組の撓みヒンジによって第１の支持体および第２の支持体に動作可能に結合されたジンバルリングアセンブリをさらに含む。
【０００６】
別の態様では、本開示は、第１の端部および第２の端部を、これらの間に配置された折り畳み部と共に有するベローズを含む継手アセンブリに関する。ジンバル継手アセンブリは、ベローズの第１の端部および折り畳み部の一部を取り囲む第１の支持体と、ベローズの第２の端部および折り畳み部の一部を取り囲む第２の支持体とを含む。ジンバルリングアセンブリは、第１の支持体および第２の支持体に動作可能に結合され、第１の支持体または第２の支持体の少なくとも一方に取り付けられるように構成された半径方向内方延在部を有し、かつリング本体を介して相互接続された１組の撓みヒンジを有する。
【０００７】
さらに別の態様では、本開示は、第１の端部および第２の端部ならびにこれらの間に配置された折り畳み部を有するベローズを含む継手アセンブリに関する。継手アセンブリは、ベローズの第１の端部および折り畳み部の一部を取り囲む第１の支持体と、ベローズの第２の端部および折り畳み部の一部を取り囲む第２の支持体とを含むジンバル継手アセンブリをさらに含む。ジンバル継手アセンブリは、リング本体を介して相互接続された１組の撓みヒンジによって第１の支持体および第２の支持体に動作可能に結合されたジンバルリングアセンブリをさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本明細書に説明される様々な態様による、ブリード空気ダクトアセンブリを備えるガスタービンエンジンの概略断面図である。
【図２】本明細書に説明される様々な態様による、複数の撓み継手を有するブリード空気ダクトアセンブリの斜視図である。
【図３】本明細書に説明される様々な態様による、４つの撓みヒンジを含む、図２の撓み継手の斜視図である。
【図４】本明細書に説明される様々な態様による、図３の撓み継手の分解図である。
【図５】本明細書に説明される様々な態様による、図４の撓み継手の平面図である。
【図６】本明細書に説明される様々な態様による、４つの撓みヒンジを含む撓みリングの拡大図である。
【図７】本明細書に説明される様々な態様による、リング・スポーク構造を含む、図３および図６の撓みヒンジの分離図である。
【図８】本明細書に説明される様々な態様による、図６の撓みリングの、内部リブおよび空洞を示す断面図である。
【図９】本明細書に説明される様々な態様による、撓んだ位置にある図３の撓み継手の斜視図である。
【図１０】本明細書に説明される様々な態様による、さらなるリング・スポーク構造を有する代替の撓みヒンジの分離図である。
【図１１】本明細書に説明される様々な態様による、回転ヒンジを有する第２の撓み継手の斜視図である。
【図１２】本明細書に説明される様々な態様による、図１０の撓み継手の分解図である。
【図１３】本明細書に説明される様々な態様による図１０の撓み継手の回転ヒンジの斜視図である。
【図１４】本明細書に説明される様々な態様による、図１２の回転ヒンジの、撓み隙間を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の態様は、撓み継手を提供することに関する。このような撓み継手は、高温抽気ダクトシステムの組み立て、動作、および熱成長中のタービンエンジンのケースへの反応荷重を低減するための、回転コンプライアンスの向上のために利用することができる。したがって、例示のために、本発明は、ガスタービンエンジンに関して説明される。ガスタービンエンジンは、陸上および海上での移動ならびに発電に使用されているが、ヘリコプターを含む航空機などの航空用途に最も一般的に使用されている。航空機では、ガスタービンエンジンは、航空機の推進に使用されている。しかしながら、本発明が、これらに限定されず、非航空機用途（他の移動用途ならびに工業、商業、および住居での非移動用途など）に一般的な適用性を有し得ることが理解されよう。さらに、説明される実施形態は、要素を接続するために撓み継手を必要とする、高システム荷重または大きなスラスト荷重およびせん断荷重を受けるあらゆるダクトシステムにも等しく適用性を有する。
【００１０】
本明細書で使用される場合、「前方」または「上流」という用語は、エンジン入口に向かう方向への移動を意味するか、またはある構成要素が別の構成要素に比べて相対的にエンジン入口の近くにあることを意味する。「前方」または「上流」に関連して使用される「後方」または「下流」という用語は、エンジンの中心線からエンジンの後部または出口に向かう方向を意味する。さらに、本明細書で使用される場合、「半径方向の」または「半径方向に」という用語は、エンジンの中心長手方向軸線とエンジンの外周との間に延びる次元を意味する。
【００１１】
方向へのあらゆる言及（例えば、半径方向の、軸方向の、近くの、遠くの、上方の、下方の、上方への、下方への、左の、右の、横の、前の、後ろの、最も上の、底の、より上方の、より下方の、垂直な、水平な、時計回りの、反時計回りの、上流の、下流の、後方のなど）は、本発明の読者の理解を助けるために識別の目的で使用されているに過ぎず、特に本発明の位置、向き、または使用に関して制限を設けるものではない。接続への言及（例えば、取り付けられる、結合される、接続される、および接合される）は、広く解釈されるべきであり、別段の指示がない限り、１群の要素間の中間部材および要素間の相対運動を含むことができる。したがって、接続への言及は、２つの要素が直接接続され、互いに固定された関係にあることを必ずしも意味しない。例示的な図面は、例示のためのものに過ぎず、本明細書に添付されている図面に反映されている寸法、位置、順序、および相対サイズは変更され得る。
【００１２】
図１は、航空機用のガスタービンエンジン１０の概略断面図である。エンジン１０は、前方１４から後方１６にかけて延びる、概ね長手方向に延びる軸線または中心線１２を有する。エンジン１０は、下流直列流れ関係で、ファン２０を含むファンセクション１８と、ブースタもしくは低圧（ＬＰ）圧縮機２４および高圧（ＨＰ）圧縮機２６を含む圧縮機セクション２２と、燃焼器３０を含む燃焼セクション２８と、ＨＰタービン３４およびＬＰタービン３６を含むタービンセクション３２と、排気セクション３８とを含む。
【００１３】
ファンセクション１８は、ファン２０を取り囲むファンケーシング４０を含む。ファン２０は、中心線１２の周りに半径方向に配置された１組のファンブレード４２を含む。ＨＰ圧縮機２６、燃焼器３０、およびＨＰタービン３４は、燃焼ガスを生成するエンジン１０のコア４４を形成している。コア４４は、コアケーシング４６によって取り囲まれており、コアケーシング４６は、ファンケーシング４０に結合することができる。
【００１４】
エンジン１０の中心線１２の周りに同軸に配置されたＨＰシャフトまたはスプール４８は、ＨＰタービン３４とＨＰ圧縮機２６とを駆動接続している。ＬＰシャフトまたはスプール５０（エンジン１０の中心線１２に関してより大きな直径の環状のＨＰスプール４８内に同軸に配置されている）は、ＬＰタービン３６とＬＰ圧縮機２４およびファン２０とを駆動接続している。スプール４８、５０のいずれかまたは両方に取り付けられ、これと共に回転する、エンジン１０の部分は、個々にまたは集合的にロータ５１とも呼ばれる。
【００１５】
ＬＰ圧縮機２４およびＨＰ圧縮機２６はそれぞれ、１組の圧縮機段５２、５４を含み、そこでは、１組の圧縮機ブレード５６、５８が、これらの段を通過する流体の流れを圧縮または加圧するために、対応する１組の圧縮機固定ベーン６０、６２（ノズルとも呼ばれる）に対して回転する。単一の圧縮機段５２、５４において、複数の圧縮機ブレード５６、５８は、リング状に設けられてもよく、ブレードプラットフォームからブレード先端まで中心線１２から半径方向外方に延在してもよい。一方、対応する圧縮機固定ベーン６０、６２は、回転ブレード５６、５８の下流にこれらに隣接して配置されている。図１に示されているブレード、ベーン、および圧縮機段の数が、例示のために選択されているに過ぎず、他の数も可能であることに留意されたい。圧縮機の段用のブレード５６、５８は、ディスク５３に取り付けることができ、ディスク５３は、ＨＰスプール４８およびＬＰスプール５０の対応するスプールにそれぞれ取り付けられ、各段は、それ自体のディスクを有している。ベーン６０、６２は、ロータ５１の周りに周方向に配置してコアケーシング４６に取り付けられている。
【００１６】
ＨＰタービン３４およびＬＰタービン３６はそれぞれ、１組のタービン段６４、６６を含み、そこでは、１組のタービンブレード６８、７０が、これらの段を通過する流体の流れからエネルギーを取り出すために、対応する１組のタービン固定ベーン７２、７４（ノズルとも呼ばれる）に対して回転される。単一のタービン段６４、６６において、複数のタービンブレード６８、７０は、リング状に設けられてもよく、ブレードプラットフォームからブレード先端まで中心線１２から半径方向外方に延在してもよい。一方、対応するタービン固定ベーン７２、７４は、回転ブレード６８、７０の上流にこれらに隣接して配置されている。図１に示されているブレード、ベーン、およびタービン段の数が、例示のために選択されているに過ぎず、他の数も可能であることに留意されたい。
【００１７】
運転中、回転するファン２０は、ＬＰ圧縮機２４に周囲空気を供給し、次に、ＬＰ圧縮機２４は、加圧された周囲空気をＨＰ圧縮機２６に供給し、ＨＰ圧縮機２６は、この周囲空気をさらに加圧する。ＨＰ圧縮機２６からの加圧空気は、燃焼器３０内で燃料と混合および点火され、これにより燃焼ガスを生成する。いくらかの仕事が、ＨＰタービン３４によってこれらのガスから取り出され、これにより、ＨＰ圧縮機２６が駆動される。燃焼ガスは、ＬＰタービン３６内に放出され、ＬＰタービン３６は、さらなる仕事を取り出してＬＰ圧縮機２４を駆動し、また、排気ガスは、最終的に排気セクション３８を通ってエンジン１０から放出される。ＬＰタービン３６の駆動により、ＬＰスプール５０が駆動されて、ファン２０およびＬＰ圧縮機２４が回転される。
【００１８】
圧縮機セクション２２からの空気の一部は、１つ以上のブリード空気ダクトアセンブリ８０を通して抜き取られ、部分、特に、ＨＰタービン３４などの高温部分の冷却に使用することもできるし、発電を行うために、またはキャビン冷暖房システムもしくは除氷システムなどの、航空機の環境システムを動かすために使用することもできる。タービンエンジンとの関連では、エンジンの高温部分は、通常は燃焼器３０の下流、特にタービンセクション３２であり、ＨＰタービン３４は、燃焼セクション２８のすぐ下流側にあるので、最も高温の部分である。これらの目的のために圧縮機から抜き取られて使用される空気は、ブリード空気として知られている。
【００１９】
図２を参照すると、例示的なブリード空気ダクトアセンブリ８０は、半径方向内側の第１のダクト８２および半径方向外側の第２のダクト８４を含む。第１のダクト８２および第２のダクト８４は、それぞれの適切な位置に固定され得る。玉継手、軸継手などを含むことができるが、これらに限定されない継手アセンブリ８６は、第１のダクト８２と第２のダクト８４とを結合している。エンジン１０または航空機の様々な他の部分で使用するために、ブリード空気８８の流れを、圧縮機セクション２２から抜き取って、第１のダクト８２内に流し入れ、第２のダクト８４を通過させ、排出ダクト９０に供給することができる。ブリード空気の流れ８８は、ブリード空気ダクトアセンブリ８０の一部を加熱して膨張させるように働くことができる。継手アセンブリ８６は、第１のダクト８２と第２のダクト８４とを結合し、ブリード空気ダクトアセンブリ８０の動作撓みを可能にしながら、ブリード空気ダクトアセンブリ８０に作用する、振動または熱膨張などの力の低減または緩和を可能にする。例えば、撓み継手は、第１のダクト８２と第２のダクト８４との境界における大きなスラスト荷重およびせん断荷重の伝達を可能にする。
【００２０】
図３は、例示的な継手アセンブリ８６を示す。継手アセンブリ８６は、第１の支持体１０２と第２の支持体１０４とを含むジンバル継手アセンブリ１００である。第１の支持体１０２と第２の支持体１０４との間には、ベローズ１１２が設けられる。ベローズ１１２の第１の端部１２０（図４）は、第１の支持体１０２に結合され、ベローズ１１２の第２の端部１２２は、第２の支持体１０４に結合される。ベローズ１１２は、ベローズ１１２の膨張および収縮を可能にするように構成された１組の折り畳み部１１４を含む。ベローズ１１２は、単一層、ライナを有する二重層あるいはそれ以外であってもよい。ベローズ１１２は、延性材料とベローズ１１２の膨張および収縮を可能にするその中の折り畳み部１１４とから形成され得る。図示の例における第１の支持体１０２および第２の支持体１０４は、折り畳み部１１４の一部を取り囲む。
【００２１】
ジンバル継手アセンブリ１００は、ジンバルリングアセンブリ１０６を含む。ジンバルリングアセンブリ１０６は、リング本体１１０によって相互接続された１組のヒンジ１０８（４つのヒンジ１０８として示されている）を含む。ジンバルリングアセンブリ１０６は、ヒンジ１０８で第１の支持体１０２と第２の支持体１０４とを結合する。ヒンジ１０８は、リング本体１１０に動作可能に結合されてもよいし、例えば直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）を含む付加製造などによってリング本体１１０と一体に形成されてもよい。
【００２２】
ベローズ１１２と第１の支持体１０２および第２の支持体１０４とを接続するために、第１の支持体１０２および第２の支持体１０４に、１つ以上の継手取付具またはシールリング１１６を設けることができる。さらに、シールリング１１６は、第１のダクト８２および第２のダクト８４（図２）に対して第１の支持体１０２および第２の支持体１０４、もしくはベローズ１１２、またはその両方をシールするために使用することができる。シールリング１１６の代わりに、継手は、ベローズ１１２に抵抗溶接され得るシールリング１１６と同様の、シュラウド支持体１０２、１０４の一体的な特徴を有することができると考えられる。さらに別の例では、シールリング１１６は、ベローズ１１２のための流れライナになるように延ばすことができる。
【００２３】
第１の支持体１０２および第２の支持体１０４と、ジンバルリングアセンブリ１０６と、ベローズ１１２との組み合わせは、集合的に継手内部１１８を形成する。継手アセンブリ８６は、継手アセンブリ８６で大きなスラスト荷重および回転運動に耐えながら、継手内部１１８を介して第１のダクト８２と第２のダクト８４（図２）を流体的に相互接続する。
【００２４】
図示していないが、継手アセンブリ８６は、外部ハウジングまたはケーシング内に収容することができると考えられる。例えば、このようなケーシングは、ベローズ１１２の折り畳み部１１４を環境に露出させることが望ましくない場合に利用することができる。このようなケーシングは、非限定的な例として、第１のダクト８２および第２のダクト８４、または第１の支持体１０２および第２の支持体１０４に取り付けることができる。
【００２５】
図４は、継手アセンブリ８６の分解図を示す。組み立てられるとき、第１の支持体１０２および第２の支持体１０４は、ジンバルリングアセンブリ１０６に結合される。折り畳み部１１４の両側に第１の端部１２０および第２の端部１２２を含むベローズ１１２は、ジンバルリングアセンブリ１０６内、および第１の支持体１０２と第２の支持体１０４との間に嵌合される。第１の支持体１０２および第２の支持体１０４の各々のシールリング１１６は、ベローズ１１２と第１の支持体１０２および第２の支持体１０４とを結合する。ベローズ１１２の第１の端部１２０は、第１のダクト８２の端部１２１の外面を取り囲むことができ、ベローズ１１２の第２の端部１２２は、第２のダクト８４の端部１２３の外面を取り囲むことができる。このような構成は、ベローズとダクト８２、８４とを結合するために隅肉溶接を必要とすることがあり、その場合、ベローズ１１２は、ダクト８２、８４を取り囲む。ベローズ１１２がダクト８２、８４と向かい合う別の例では、ベローズとダクト８２、８４および支持体１０２、１０４とを結合するために突き合わせ溶接を使用することができる。ベローズ１１２の第１の端部１２０も、第１の支持体１０２に結合され、ベローズ１１２の第２の端部１２２は、第２の支持体１０４に結合される。第１の支持体１０２および第２の支持体１０４とジンバルリングアセンブリ１０６とを結合すると、ベローズ１１２は、ジンバル継手アセンブリ１００内に部分的に収容される。結合されると、第１の支持体１０２は、ベローズ１１２の第１の端部１２０および折り畳み部１１４の少なくとも一部を取り囲み、第２の支持体１０４は、ベローズ１１２の第２の端部１２２および折り畳み部１１４の少なくとも一部を取り囲む。第１の支持体１０２および第２の支持体１０４は、同じ折り畳み部１１４の異なる半径方向位置を覆うことができる。互いに結合されたダクト８２、８４と、ベローズ１１２と、第１の支持体１０２および第２の支持体１０４との特定の配置は、説明したものに限定されないことを理解されたい。シールされた流体流路が継手アセンブリ８６の中を通って第１のダクト８２と第２のダクト８４との間に画成されるように、何らかの１つの要素が、別の要素を取り囲むことができる。
【００２６】
図５は、ジンバル継手アセンブリ１００を形成するための、第１の支持体１０２および第２の支持体１０４とジンバルリングアセンブリ１０６との相互接続を示す。より具体的には、４つのリングマウントプレート１３２を含む内側リングマウント１３０がジンバルリングアセンブリに含まれることがより明確に分かる。リングマウントプレート１３２は、環状の第１の支持体１０２および第２の支持体１０４に結合されるように適合される。図示のように、３つのリングマウントプレート１３２のみが見える。
【００２７】
さらに、第１の支持体１０２および第２の支持体１０４はそれぞれ、２つの支持体マウントプレート１３４と、２つの支持体マウントプレート１３４間に周方向に配置された２つの凹部１３６とを含む。支持体マウントプレート１３４は、リングマウントプレート１３２と相補的な段差部またはマウントエッジ１４０を含む。プレート１３４は、第１の支持体１０２および第２の支持体１０４をジンバルリングアセンブリ１０６に取り付けるための相補的な延在部である。支持体マウントプレート１３４は、支持体１０２、１０４の互いに反対側の半径方向側部に配置される。
【００２８】
リングマウントプレート１３２および支持体マウントプレート１３４は、支持体１０２、１０４とジンバルリングアセンブリ１０６とを結合するための相補的な延在部として示されているが、代わりに、延在部は織り合わされてもよい。延在部またはリングマウントプレート１３２または支持体マウントプレート１３４はまた、支持体１０２、１０４とジンバルリングアセンブリ１０６とを結合するように適合された任意のヨークまたはクレビスであってもよい。
【００２９】
支持体１０２、１０４の端部１３８は、隣接するダクト８２、８４に結合される寸法に形成されている。端部１３８の直径は、マウントプレート１３４および凹部１３６を含む支持体１０２、１０４の残りの部分の直径よりも小さい。継手アセンブリ内にベローズを適切に取り付けるために、支持体１０２、１０４をジンバルリングアセンブリ１０６に取り付ける前に、ベローズをジンバルリングアセンブリ内に挿入する必要がある。代わりに、支持体１０２、１０４の一方を、ジンバルリングアセンブリ１０６と一体化して、取り外し可能な支持体１０２、１０４の一方のみを通してベローズの取り付けまたは取り外しを可能にすることが考えられる。
【００３０】
第１の支持体１０２および第２の支持体１０４は、支持体マウントプレート１３４がジンバルリングアセンブリ１０６のリングマウントプレート１３２と位置合わせされるように配置することができる。マウントエッジ１４０は、リング本体１１０の互いに反対側の側部でジンバルリングアセンブリ１０６と支持体１０２、１０４とを結合するためにリングマウントプレート１３２を収容するサイズおよび形状に形成される。マウントエッジ１４０とリングマウントプレート１３２の取り付け部は、連続溶接部を形成する溶接（非限定的な一例では、レーザ溶接など）によって固定することができる。リングマウントプレート１３２は、ジンバルリングアセンブリ１０６の周りに等間隔に配置され、第１の支持体１０２および第２の支持体１０４に交互に対向することができる。したがって、第１の支持体１０２および第２の支持体１０４は、同じであることが可能であるが、互いに対して９０度回転される。この位置において、第１の支持体１０２および第２の支持体１０４の一方のプレート１３４は、第１の支持体１０２および第２の支持体１０４の他方の凹部１３６と軸方向に並べられる。
【００３１】
図６は、ジンバルリング本体１１０の周りに等間隔に配置された４つのヒンジ１０８として構成されたヒンジ１０８を示す。同様の互い対向するリングマウントプレート１３２に隣接して、ジンバルリングアセンブリ１０６の互いに反対側の側部に配置された交互のヒンジ１０８は、リング本体１１０の周りに間隔を置いて配置された交互のヒンジ１０８である第１の対のヒンジ１４６および第２の対のヒンジ１４８として形作ることができる。第１の対のヒンジ１４６および第２の対のヒンジ１４８は、それぞれ第１の回転軸線１５０および第２の回転軸線１５２を定めることができる。対のヒンジ１４６、１４８は、第１の回転軸線１５０および第２の回転軸線１５２の周りの回転を可能にする。対のヒンジ１４６、１４８は、２つの同様の互いに対向するリングマウントプレート１３２に対応する。したがって、対のヒンジ１４６、１４８は、第１の支持体１０２および第２の支持体１０４（図５）に対応することができる。第１の対のヒンジ１４６は、第１の支持体１０２とジンバルリングアセンブリ１０６とを結合することができ、第２の対のヒンジ１４８は、第２の支持体１０４とジンバルリングアセンブリ１０６とを結合することができる。したがって、ジンバルリングアセンブリ１０６は、取り付けられた第１の支持体１０２および第２の支持体１０４（図５）に対して、対のヒンジ１４６、１４８によって定められる各回転軸線１５０、１５２の周りを回転または揺動することができる。２つの回転軸線１５０、１５２に沿って、ジンバルリングアセンブリ１０６は、２つの自由度の継手アセンブリ８６の撓みを可能にする。
【００３２】
ヒンジ１０８は４つの等間隔のヒンジ１０８として示されているが、ジンバルリング１０６はこれに限定されないことを理解されたい。任意の数のヒンジを使用することができると考えられる。さらに、ヒンジ１０８を等間隔に配置する必要はなく、したがって、回転軸線が互いに直交する必要はないこのような向きは、特定の継手アセンブリの特定の予想される曲げモーメントに調整することができる。
【００３３】
図７は、１つのヒンジ１０８の分離拡大図を示す。ヒンジ１０８は、図６の第１の回転軸線１５０または第２の回転軸線１５２とすることができる回転軸線として機能する半径方向内方延在部１６０を含む。ヒンジ１０８は、ヒンジ１０８のリング・スポーク構造を形作るリング１６２および１組のスポーク１６４をさらに含む。スポーク１６４は、リング１６２と半径方向内方延在部１６０とを結合する。リング１６２は、長円形または楕円形とすることができるが、他の形状が考えられることが理解されよう。このようなさらなる形状としては、非限定的な例において、円形、正方形、矩形、または八角形を挙げることができる。スポーク１６４は、２組の４つのスポーク１６４にグループ化される８つのスポーク１６４として示されている。スポーク１６４のグループは例示であり、スポーク１６４は、リング１６２と半径方向内方延在部１６０とを結合する任意の構成の、任意の数のスポーク１６４を含むことができることを理解されたい。代わりに、半径方向内方延在部を含まなくてもよく、スポークが、リング１６２の一部から別の部分に延在することができる。
【００３４】
スポーク１６４、リング１６２、または半径方向内方延在部１６０は、可撓性材料で作ることができる。例えば、このような材料として、付加製造に典型的な材料または直接金属レーザ溶融材料（ニッケル合金粉末またはチタン合金など）を挙げることができる。スポーク１６４は、リング本体１１０が、半径方向内方延在部１６０を通って延びる軸線１５０、１５２の周りを回転できるように、ヒンジ１０８の撓みを可能にする。スポーク１６４は、半径方向内方延在部１６０に向かって幅が増加するように示されているが、リング１６２または半径方向内方延在部１６０のより近くまたはこれらからより遠くでのスポーク１６４の撓みに適合するために一定のまたは可変の断面を有することができる。さらに、スポーク１６４の材料、数、密度、断面積、厚さ、または他のパラメータは、ジンバル継手アセンブリ１００における予想される荷重に基づいてヒンジ１０８の撓みを特に調整するように適合され得る。したがって、ヒンジ１０８に取り付けられた第１の支持体１０２および第２の支持体１０４は、ジンバルリングアセンブリ１０６に対して回転して、軸方向荷重またはせん断力などの予想される荷重力下で適切に撓むことができる。内部システムの圧力荷重は、継手の加熱および振動運動による軸方向のスラスト荷重および熱成長をもたらし、継手をジンバルリングアセンブリ１０６のヒンジ１０８の周りで曲げる。
【００３５】
図８は、図６のリング本体１１０の断面図を示す。リング本体１１０は、内部１８０を複数のチャンバ１８４に分離する複数の内部リブ１８２を有する内部１８０を含む。中央帯１８５は、リング本体１１０の中を通って周方向に延在する中央空洞１８６を形成するように内部リブ１８２の交差部に形成される。リブ１８２のサイズ、形状、または断面積は、チャンバ１８４の可変の形状および断面を画定するために異なっていてもよい。リブ１８２、チャンバ１８４、および空洞１８６のシステムは、継手アセンブリ８６に関連するねじり応力および曲げ応力に対してリング本体１１０を最適化しながら、システム重量を低減する。このような空洞は、内部スポーク撓み部１６４を有する４つのヒンジ１０８まで延在する。これらの空洞は、付加造形プロセスから余分な金属粉末を除去する付加的な開口を形成することもできる。
【００３６】
リング本体１１０の内部は、リブ１８２および空洞またはチャンバ１８４の任意の数、間隔、サイズ、またはその他を有する任意の可変断面形状を含むことができることを理解されたい。さらに、内部は、ガセットなどの他の内部構造を含むことができ、壁、リブ１８２、またはガセットの可変厚さを含むことができる。リング本体１１０の特定の内部可変断面形状は、継手アセンブリ８６の特定の実施態様の予想される荷重および動作条件下で適切な構造的完全性を維持しながら重量を低減するように最適化することができることをさらに理解されたい。
【００３７】
図９は、第１のダクト８２および第２のダクト８４に結合された図３の継手アセンブリ８６を示す。第１のダクト８２は、第１のダクト８２の長手方向の長さに沿って第１のダクト軸線１８８を定めることができ、第２のダクト８４は、第２のダクト８４の長手方向の長さに沿って第２のダクト軸線１９０を定めることができる。ジンバルリングアセンブリ１０６の４つのヒンジ１０８は、第１の対のヒンジ１４６および第２の対のヒンジ１４８の周りをそれぞれ回転可能な第１の回転軸線１５０および第２の回転軸線１５２を定める。図示のように、継手アセンブリ８６は、対のヒンジ１４６、１４８で第１の軸線１５０および第２の軸線１５２の周りで撓む。ダクト角度１９２は、第１のダクト軸線１９０と第２のダクト軸線１９２との間に形成され得る。ダクト角度１９２は、第１の回転軸線１５０および第２の回転軸線１５２が２つの回転自由度を可能にするため、三次元空間に形成され得る。ダクト角度１９２は、通常の動作状態中は約３度または４度であり得るが、１回限りの最初の取り付け状態として、１０度程度以上が考えられる。この取り付け中のジンバル継手の向きに応じて、自由状態からの最大の全体の曲げは８〜１０度の間となり得る。２つのジンバル継手の各々の相対的な曲げは、取り付け状態に対応するように組み合わされる。撓んでない位置では、ダクト角度１９２は１８０度であり得る。
【００３８】
図３〜図９に関連して説明した継手アセンブリ８６は、システムレベルの熱成長および振動に起因して第１のダクトと第２のダクトとの境界に大きなスラスト荷重およびせん断荷重を受ける条件で第１のダクトと第２のダクトとを接合することを可能にすることを理解されたい。ジンバルリングアセンブリ１０６およびヒンジ１０８を有するジンバル継手アセンブリ１００を利用する継手アセンブリ８６は、継手で荷重を支持しながら、典型的な摩擦境界摩耗面および回転曲げモーメントにおける圧力荷重依存性の除去を可能にする。継手アセンブリ８６は、摩耗のない運動学的な回転境界継手を形成するゼロバックラッシュの調整可能な、可変断面の、平衡化システムである。ジンバルリングアセンブリ１０６の周りに間隔を置いて配置された４つのヒンジ１０８のシステムは、継手アセンブリ８６に２つの回転自由度を作り出すことを可能にする。２つの直交する自由度は、湾曲したリング本体１１０に沿って荷重の角度方向の分散（ａｎｇｕｌａｒ  ａｒｔｉｃｕｌａｔｉｏｎ）を実現し、２つの同時の複合曲げモーメントを支持する
継手アセンブリ８６またはその特定の要素は、３Ｄ印刷または直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）などの付加製造によって作ることができるが、鋳造または成形などの他の製造方法も考えられる。
【００３９】
図１０は、本明細書に説明したジンバル継手アセンブリ１００のヒンジ１０８とすることができる代替のヒンジ１６５を示す。図１０のヒンジは、上で説明したヒンジ１０８とは対照的にピーク局部応力を最小にし、全回転角度を最大にするのに有用であり得ることを理解されたい。代替のヒンジ１６５は、中央の半径方向内方延在部１６９の周りに構成された第１のリング・スポーク構造１６６、第２のリング・スポーク構造１６７、および第３のリング・スポーク構造１６８として３つのリング・スポーク構造を含む。第３のリング・スポーク構造１６８は、第１のリング・スポーク構造１６６を取り囲んでおり、第２のリング・スポーク構造１６７は、第１のリング・スポーク構造１６６に半径方向に重ね合わされている。
【００４０】
第１のリング・スポーク構造１６６は、第１のリング１７０および第１の組のスポーク１７１を含む。第１の組のスポーク１７１は、第１のリング１７０と半径方向内方延在部１６９とを結合する。第３のリング・スポーク構造１６８は、第３のリング１７４および第３の組のスポーク１７５を含む。第３の組のスポーク１７５は、第３のリング１７４と第１のリング・スポーク構造１６６の第１のリング１７０とを結合する。したがって、第３のリング・スポーク構造１６８は、第１のリング・スポーク構造１６８の要求とは異なる要求に基づいて撓むまたは回転するように調整することができる。
【００４１】
図示のように、第１のリング・スポーク構造１６６および第２のリング・スポーク構造１６７は、半径方向内方延在部１６９を通って延びる第１の回転軸線１５０または第２の回転軸線１５２（図６）の周りを、特定の回転ヒンジの所望の全角度の一部である合成角度だけ回転するためにある荷重力で撓むまたは回転するように適合され得る。第３のリング・スポーク構造１６８は、複数のスポーク撓み部に荷重を共有および分散させるようにさらなる角度で撓むように、またはより大きいもしくはより小さい荷重力に対して適合され得る。したがって、各ヒンジは、予想される荷重力に対して応力をより良く分散させるように特に調整することができるだけでなく、回転荷重力に対するスラストの大きさに基づいて特に撓むように調整することもできる。
【００４２】
第２のリング・スポーク構造１６７は、第２のリング１７２および第２の組のスポーク１７３を含む。第２の組のスポーク１７３は、環状ジンバルリングアセンブリ１０６（図３）に対して第１のリング・スポーク構造１６６の半径方向内方で、第２のリング１７２と半径方向内方延在部１６９とを結合する。この構成では、第２のリング・スポーク構造１６７は、環状ジンバルリングアセンブリ１０６（図６）に対して第１のリング・スポーク構造１６６の下に半径方向に重ね合わされる。重ね合わせ構成では、第１のリング・スポーク構造１６６および第２のリング・スポーク構造１６７は、半径方向内方延在部１６９の周りで互いに対して回転することができる。したがって、一例では、第１のリング・スポーク構造１６６に結合されたリング本体１１０は、リングマウントプレート１３２（図６）を介して第２のリング・スポーク構造１６７に結合された第１の支持体１０２または第２の支持体１０４に対して回転することができる。この構造は、回転軸線１５０、１５２（図６）の周りの、ジンバルリングアセンブリ１０６に対する支持体１０２、１０４の回転を可能にする。撓み部を含む回転撓み部および撓みリングの総数は、重ね合わされた回転運動学的アセンブリ全体の全体的なコンプライアンスを増加させることを理解されたい。追加の撓みリングおよび撓み部は、回転運動の全体を複数の撓み部に分散させ、局部的にピーク応力を低減する。その結果、特定の撓みビームの回転の大きさは、その中の追加の撓みリングおよび撓み部への分散によって減少する。半径方向に重ね合わされた構成では、ヒンジ１６５は、リングマウントプレート１３２における第１の荷重力下で第２のリング・スポーク構造１６７により撓むように適合され、リング本体１１０における第２の荷重力下で第１のリング・スポーク構造１６６により撓むように適合され得ることをさらに理解されたい。
【００４３】
リング１７０、１７２、１７４は、実質的に楕円形または長円形の形状を有するものとして示されているが、リング１７０、１７２、１７４は、非限定的な例において正方形、矩形、または円形などの任意の形状を有することができることを理解されたい。さらに、スポーク１７１、１７３、１７５の数、パターン、グループ、構成、サイズ、形状、または任意の他のパラメータは、図８に示したものに限定されるべきではない。スポーク１７１、１７３、１７５は、非限定的な例において高温付加粉末ニッケルまたはチタン合金材料で作ることができる。さらに、スポーク１７１、１７３、１７５は、非限定的な例において、特定の圧力荷重要求のためにヒンジ１６５の曲げモーメントを所望の曲げモーメントに調整するために材料、厚さ、数、または構成に基づいて調整可能であり得る。
【００４４】
ヒンジ１６５は、ジンバル継手アセンブリ１００を予想される荷重または異なる予想される荷重に適合させるために、複数のリング・スポーク構造または特別に調整されたリングまたはスポークを有する多種多様な構成を含むことができることを理解されたい。例えば、航空機ガスタービンエンジンを用いる場合、エンジンのアイドル運転中の、ジンバル継手アセンブリ１００における荷重は、エンジンの巡航運転中の荷重とは異なり得る。ヒンジ１６５は、特に両方の荷重条件に調整することができる。
【００４５】
スポーク１７１、１７３、１７５およびヒンジ１０８およびリング本体１１０の内部構造は、重量を低減するために、最小のひずみエネルギーおよび質量に適合および最適化され得る。さらに、スポーク１７１、１７３、１７５およびヒンジ１０８は、耐荷重能力および最小回転モーメントに関して調整することができる。
【００４６】
次に図１１を参照すると、別の例示的な継手アセンブリ１９８が示されている。継手アセンブリ１９８は、第１の支持体２０２および第２の支持体２０４を有するジンバル継手アセンブリ２００を含む、図３〜図１０の継手アセンブリ８６と同様であり得る。ジンバル継手アセンブリ２００は、外周リング本体２１０の周りに取り付けられた１組のヒンジ２０８を有するジンバルリングアセンブリ２０６をさらに含むことができる。ジンバルリングアセンブリ２０６は、ヒンジ２０８で第１の支持体２０２および第２の支持体２０４に結合される。１組の折り畳み部２１４を有するベローズ２１２は、第１の支持体２０２および第２の支持体２０４に結合することができる。折り畳み部１１４は、第１の支持体２０２および第２の支持体２０４によって少なくとも部分的に取り囲まれ得る。シールリング２１６は、第１の支持体２０２および第２の支持体２０４に対してベローズ２１２をシールし、取り付けるために使用することができる。
【００４７】
図１２は、継手アセンブリ１９８の分解図を示す。第１の支持体２０２および第２の支持体２０４はそれぞれ、半径方向に離間した１対のマウント面２２０を含み、各面２２０は、マウント開口２２２を含む。マウント開口２２２は、ジンバルリングアセンブリ２０６の、半径方向に対向するヒンジ２０８を収容するように適合される。半径方向に対向するヒンジ２０８は、第１の対のヒンジ２１７および第２の対のヒンジ２１８を形作ることができ、第１の対のヒンジ２１７は、第１の回転軸線２２４を定め、第２の対のヒンジ２１８は、第２の回転軸線２２６を定める。マウント面２２０のマウント開口２２２は、対のヒンジ２１７、２１８でジンバルリングアセンブリ２０６と支持体２０２、２０４の各々とを結合するように適合される。結合されると、各支持体２０２、２０４は、第１の回転軸線２２４または第２の回転軸線２２６の一方の周りで回転または揺動することができる。
【００４８】
図１３は、ヒンジ２０８の拡大斜視図を示す。ヒンジ２０８は、上側リング部２３０および下側リング部２３２を含む。上側リング部２３０は、リング本体２１０（図１１）に取り付けることができ、一方、下側リング部２３２は、マウント開口２２２で支持体２０２、２０４のマウント面２２０に取り付けることができる。この二重曲撓みインサートは、上から下にかけて対称であり、同等の撓み形状を有する。上側リング部２３０および下側リング部２３２は、ヒンジ２０８の中心を通るように定められた回転軸線２２４、２２６（図１２）の周りなどで、互いに対して可撓的に回転することができる。
【００４９】
ヒンジ２０８は、上側部２３０および下側部２３２の両方に含まれる円筒形外部２３４をさらに含むことができる。内部２３５は、円筒形外部２３４内に設けられ、円筒形外部２３４に結合され得る。内部２３５は、取付部２４１、浮動部２４２、および２つの可変撓みブリッジ２３８を含むことができる。ブリッジは、上部２３０と下部２３２との間の回転運動に対して調整される可変厚さを有することができる。この可変厚さは、局部撓み応力および撓み継手の曲げモーメント全体を低減するように調整することができる。２つのブリッジ２３８の使用は、適合した回転運動を行う２つの等しい撓み部を有する二重撓み部回転機構を可能にする。取付部２４１は、円筒形外部２３４の内面に結合される。ブリッジ２３８は、取付部２４１と浮動部２４２とを結合する。浮動部は、浮動部２４２と円筒形外部２３４との間に弧状路２３６を画成するように円筒形外部２３４から離間される。ブリッジ２３８はそれぞれ、ブリッジ２３８が浮動部２４２から内部２３５に延在するときに互いに交差する短い部分２４０を有することができる。浮動部２４２は、内部２３５の両側の隙間２４６によって取付部２４１から離間された両側の末端部２４４をさらに含む。
【００５０】
ヒンジ２０８の全体は、高温金属合金から付加製造などによって単一ユニットとして形成することができる。さらに、ヒンジ２０８は、ジンバルリング（図５のリングマウントプレート１３２など）と一体化して印刷することができる。代わりに、ヒンジ２０８は、個々の要素を結合すること（内部２３５、円筒形外部２３４、またはブリッジ２３８を別々に結合することなど）によって形成することができる。
【００５１】
２つの内部ブリッジ２３８は、対称なものとして示されている。しかしながら、単独の撓み部の形状は非対称であってもよいことを理解されたい。両方の撓み部は、個別の可変の厚さおよび幅を有することができる。このような特徴は、予想される荷重および応力集中に基づいて調整可能である。
【００５２】
図１４は、浮動部２４２の側面によって画成された隙間２４６を示す平面図を示す。隙間２４６は、円筒形外部２３４内での内部２３５の浮動部２４２の回転のための空間を提供する。取付部２４１は、上側取付部２４８と下側取付部２５０とに分離される。一方のブリッジ２３８は、浮動部２４２と上側取付部２４８とを結合することができ、他方のブリッジ２３８は、下側取付部２５０に結合され得る。この構成では、浮動部２４２またはブリッジ２３８が撓むことにより、取付部２４１の上側取付部２４８および下側取付部２５０において上側リング部２３０および下側リング部２３２が互いに対して回転することが可能になる。取付部２４１は、上側部２３０および下側部２３２の回転を可能にするように互いに隣接しているが、互いに分離された２つの個別の上側取付部２４８および下側取付部２５０を備えることを理解されたい。ブリッジ２３８は、隙間２４６を増減させるように外部２３４に対して浮動部２４２を回転させてために、撓むことが可能な材料（ニッケル粉末またはチタン粉末などの付加製造に有用な材料など）で作られてもよい。
【００５３】
ブリッジ２３８がそのように撓むことにより、下側部２３２に対する上側部２３０の回転が可能になる。したがって、継手アセンブリ１９８は、半径方向に互いに逆向きのヒンジ２０８において、第１の回転軸線２２４および第２の回転軸線２２６によって定められた２つの自由度の周りを回転することができる。一例では、隙間２４６は、下側部２３２に対して上側部２３０がいずれかの回転方向に約３度または４度だけ撓むことができるように間隔を空けて配置され、最初の取り付けの際にはいずれかの方向に１０度程度撓むことが考えられる。
【００５４】
特定のブリッジ２３８は、特定の予想される荷重に調整することができることを理解されたい。例えば、付加製造方法のために、予想される荷重に基づいて、断面積または三次元形状を適合させることができる。さらに、予想される曲げモーメントに基づいて、寸法、密度、または他の要因を、撓みまたは曲げに適合させることができる。ブリッジの中央に、スロット切欠きを有する三次元の撓みセクションを追加して、全体のねじり剛性を維持しながら曲げコンプライアンスを向上させることができる。
【００５５】
直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）または直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）などの付加製造は、本明細書に説明されている要素のすべてを作ることができる。例えば、複雑なジンバルリングアセンブリ１０６、２０６、または特定のヒンジ１０８、２０８、またはそれらの変形例は、付加製造によって作ることができ、典型的な製造方法は、そのような複雑な構造を可能とし得ないし、低い製品収率をもたらし得る。付加的な（ＤＭＬＭ）三次元運動学的リンクは、継手アセンブリの可撓性部分の所望の全体的な運動学的運動を制御するための別の選択肢である。
【００５６】
ジンバル継手アセンブリ１００、２００は、摩擦境界摩耗面および回転曲げモーメントに関連する圧力荷重依存性を独自に除去する。ヒンジ１０８、２０８などの、ゼロバックラッシの調整可能な可変断面の平衡化撓み部は、摩耗のない運動学的回転境界を形成する。仮想の運動学的回転軸線は、対のヒンジ１４６、１４８、２１７、２１８を通る第１の回転軸線１５０および第２の回転軸線１５２を定める２つの撓み部の交差部に形成される。この設計はまた、既存のＣＮＣ製造技術、高度な付加金属３Ｄ印刷製造、およびレーザ溶接を利用する。継手アセンブリ８６が加圧されると、ジンバル継手アセンブリ１００を通る軸方向荷重経路は、薄壁のベローズ折り畳み部１１４を覆って保護するように形成され、織り合わされた最適な剛性の外側クレビス支持体１０２、１０４、２０２、２０４を通る。これらの支持体１０２、１０４、２０２、２０４の単純化された形態および形状は、２組の特大の回転撓みヒンジ１０８、２０８とジンバルリングアセンブリ１０６、２０６とを接続するヨークまたはクレビスを形成する。複合的な直交する２つの自由度による角度方向の分散により、２つの直交する同時のモーメントでジンバルリングアセンブリ１０６、２０６の湾曲ビームに荷重が加わる。トポロジカルな最適化を使用して、荷重経路の応力を解析し、最小の歪みエネルギーと質量に最適化することができる。
【００５７】
継手アセンブリ１００、２００およびそれらの構成要素は、制約された運動学的形状を有し、高温ブリード空気ダクトシステムの組み立ておよび熱成長中の反応荷重を低減することができる、予め荷重された適合したベローズ付き球状撓み継手を含む種々の利点を提供する。
【００５８】
摩耗のない回転撓みヒンジ１０８、２０８は、荷重支持能力および最小の回転モーメントに関して調整され、最適化され得る。ヒンジ１０８、２０８はさらに、部品点数を最小にし、典型的な継手アセンブリのための円筒形ピンとブッシングとの間の典型的な荷重に弱い摩擦接触を必要としない。この可変撓み断面の発明は、接触摩擦および関連摩耗から内部スラスト荷重を独自に切り離す。特定の圧力荷重要求に対して調整可能な、一貫性のある、既知の回転曲げモーメントが可能である。発生した軸方向の圧力スラスト荷重は、各回転自由度に対して２つの４つの回転ヒンジ１０８、２０８間で分散される。
【００５９】
軽量の３Ｄ金属印刷ジンバルリングアセンブリ１０６、２０６は、最小の質量ならびに最大のねじり剛性および曲げ剛性に最適化される。ジンバルリングアセンブリ１０６、２０６は、回転継手ヒンジ１０８、２０８間および回転継手ヒンジ１０８、２０８の位置の曲げおよびねじり荷重能力を最大にするために、連続的に可変の断面（内部および外部）形状を有する。リング本体１１０、２１０の内部リブ、ガセット、および可変壁厚の位置および使用は、有限要素解析を用いて曲げおよびねじり荷重能力を最大にするようにさらに最適化することができる。本発明は、最小の回転継手剛性で動的システム荷重を効率的に伝達するために、３Ｄ付加製造および金属印刷を独自に利用することができる。
【００６０】
同様に、回転撓みヒンジ１０８、２０８は、強度および回転モーメントに関して調整および最適化することができる。このヒンジ１０８、２０８は、部品点数を最小にし、典型的な継手アセンブリのための円筒形ピンとブッシングとの間の典型的な荷重に弱い摩擦接触を必要としない。撓みヒンジ１０８、２０８は、ジンバルリングアセンブリ１０６、２０６の一体部分として印刷することもできる。可変撓み断面は、接触摩擦および関連摩耗から内部スラスト荷重を独自に切り離す。さらに、撓みは、特定の圧力荷重要求に対して調整可能な、一貫性のある、既知の回転曲げモーメントである。発生した軸方向の圧力スラスト荷重は、各回転自由度に対して２つの４つの回転継手ヒンジ１０８、２０８間で分散される。
【００６１】
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を、所望に応じて互いに組み合わせて用いることができる。ある特徴が実施形態のすべてに示されていないことは、それが存在し得ないと解釈されるべきであることを意味するものではなく、説明を簡潔にするためになされている。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ようがされまいが、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れ得る。本明細書に説明されている特徴の組み合わせまたは置換のすべてが、本開示によって包括される。
【００６２】
この明細書は、最良の形態を含んだ本発明の開示のために、また、任意のデバイスまたはシステムの製作および使用、ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含んだ本発明の実施がいかなる当業者にも可能になるように、実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にある。
［実施態様１］
ダクトアセンブリ（８０）であって、
第１のダクト（８２）と、
第２のダクト（８４）と、
前記第１のダクト（８２）と前記第２のダクト（８４）とを結合する可撓性継手アセンブリ（８６）と
を備え、前記可撓性継手アセンブリ（８６）が、
第１の端部（１２０）および第２の端部（１２２）ならびにこれらの間に配置された折り畳み部（１１４）を有するベローズ（１１２）と、
ジンバル継手アセンブリ（１００）と
を備え、前記ジンバル継手アセンブリ（１００）が、
前記ベローズ（１１２）の前記第１の端部（１２０）および前記折り畳み部（１１４）の一部を取り囲む第１の支持体（１０２）と、
前記ベローズ（１１２）の前記第２の端部（１２２）および前記折り畳み部（１１４）の一部を取り囲む第２の支持体（１０４）と、
リング本体（１１０）を介して相互接続された１組の撓みヒンジ（１０８）によって前記第１の支持体（１０２）および前記第２の支持体（１０４）に動作可能に結合されたジンバルリングアセンブリ（１０６）と
を備えるダクトアセンブリ（８０）。
［実施態様２］
前記可撓性継手アセンブリ（８６）が、２つの回転自由度を有し、前記第１の支持体（１０２）および前記第２の支持体（１０４）が、前記ジンバルリングアセンブリ（１０６）に対して回転するように構成されている、実施態様１に記載のダクトアセンブリ（８０）。
［実施態様３］
前記１組の撓みヒンジ（１０８）が、４つの互いに離間された撓みヒンジ（１０８）を含む、実施態様１に記載のダクトアセンブリ（８０）。
［実施態様４］
前記４つの互いに離間された撓みヒンジ（１０８）が、前記リング本体（１１０）の周りで交互に離間された撓みヒンジ（１０８）として第１の対のヒンジ（１４６）および第２の対のヒンジ（１４８）を形作り、前記第１の対のヒンジ（１４６）が、第１の回転軸線（１５０）を定め、前記第２の対のヒンジ（１４８）が、第２の回転軸線（１５２）を定める、実施態様３に記載のダクトアセンブリ（８０）。
［実施態様５］
前記第１の支持体（１０２）が、前記第１の対のヒンジ（１４６）で前記ジンバルリングアセンブリ（１０６）に結合され、前記第１の回転軸線（１５０）の周りを回転する、実施態様４に記載のダクトアセンブリ（８０）。
［実施態様６］
前記第２の支持体（１０４）が、前記第２の対のヒンジ（１４８）で前記ジンバルリングアセンブリ（１０６）に結合され、前記第２の回転軸線（１５２）の周りを回転する、実施態様５に記載のダクトアセンブリ（８０）。
［実施態様７］
前記第１の支持体（１０２）および前記第２の支持体（１０４）が、同じ折り畳み部（１１４）の異なる半径方向位置を覆う、実施態様１に記載のダクトアセンブリ（８０）。
［実施態様８］
前記第１の支持体（１０２）および前記第２の支持体（１０４）が、相補的な延在部を有する第１のリング（１７０）および第２のリング（１７２）を備える、実施態様７に記載のダクトアセンブリ（８０）。
［実施態様９］
前記第１の支持体（１０２）および前記第２の支持体（１０４）が、前記撓みヒンジ（１０８）を収容するように構成されたマウント開口（２２２）を備える、実施態様１に記載のダクトアセンブリ（８０）。
［実施態様１０］
前記リング本体（１１０）が、１組の空洞を画成する１組のリブ（１８２）を備える、実施態様１に記載のダクトアセンブリ（８０）。
［実施態様１１］
前記１組の撓みヒンジ（１０８）および前記リング本体（１１０）が、付加製造によって作られている、実施態様１に記載のダクトアセンブリ（８０）。
［実施態様１２］
前記１組の撓みヒンジ（１０８）および前記リング本体（１１０）が一体に形成されている、実施態様１１に記載のダクトアセンブリ（８０）。
［実施態様１３］
継手アセンブリ（８６）であって、
第１の端部（１２０）および第２の端部（１２２）ならびにこれらの間に配置された折り畳み部（１１４）を有するベローズ（１１２）と、
ジンバル継手アセンブリ（１００）と
を備え、前記ジンバル継手アセンブリ（１００）が、
前記ベローズ（１１２）の前記第１の端部（１２０）および前記折り畳み部（１１４）の一部を取り囲む第１の支持体（１０２）と、
前記ベローズ（１１２）の前記第２の端部（１２２）および前記折り畳み部（１１４）の一部を取り囲む第２の支持体（１０４）と、
前記第１の支持体（１０２）および前記第２の支持体（１０４）に動作可能に結合されたジンバルリングアセンブリ（１０６）であって、前記第１の支持体（１０２）または前記第２の支持体（１０４）の少なくとも一方に取り付けられるように構成された半径方向内方延在部（１６９）を有し、かつリング本体（１１０）を介して相互接続された１組の撓みヒンジ（１６５）を有するジンバルリングアセンブリ（１０６）と
を備える継手アセンブリ（８６）。
［実施態様１４］
前記１組の撓みヒンジ（１６５）の撓みヒンジ（１６５）が、第１のリング・スポーク構造（１６６）を備え、前記第１のリング・スポーク構造（１６６）のスポークが、前記内方延在部（１６９）と前記リング本体（１１０）とを結合している、実施態様１３に記載の継手アセンブリ（８６）。
［実施態様１５］
前記撓みヒンジ（１６５）が、前記内方延在部（１６９）と前記第１の支持体（１０２）または前記第２の支持体（１０４）とを結合するための第２のリング・スポーク構造（１６７）をさらに備える、実施態様１４に記載の継手アセンブリ（８６）。
［実施態様１６］
前記撓みヒンジ（１６５）が、前記第１のリング・スポーク構造（１６６）を取り囲む第３のリング・スポーク構造（１６８）をさらに備える、実施態様１４に記載の継手アセンブリ（８６）。
［実施態様１７］
継手アセンブリ（１９８）であって、
第１の端部および第２の端部ならびにこれらの間に配置された折り畳み部（２１４）を有するベローズ（２１２）と、
ジンバル継手アセンブリ（２００）と
を備え、前記ジンバル継手アセンブリ（２００）が、
前記ベローズ（２１２）の前記第１の端部および前記折り畳み部（２１４）の一部を取り囲む第１の支持体（２０２）と、
前記ベローズ（２１２）の前記第２の端部（２２２）および前記折り畳み部（２１４）の一部を取り囲む第２の支持体（２０４）と、
リング本体（２１０）を介して相互接続された１組の撓みヒンジ（２０８）によって前記第１の支持体（２０２）および前記第２の支持体（２０４）に動作可能に結合されたジンバルリングアセンブリ（２０６）と
を備える継手アセンブリ（１９８）。
［実施態様１８］
前記１組の撓みヒンジ（２０８）の撓みヒンジ（２０８）が、上側リング部（２３０）と下側リング部（２３２）とを有する円筒形外部（２３４）を備え、前記上側リング部（２３０）および前記下側リング部（２３２）が、互いに対して回転するように構成されている、実施態様１７に記載の継手アセンブリ（１９８）。
［実施態様１９］
前記上側リング部（２３０）と前記下側リング部（２３２）とを結合する内部（２３５）をさらに備え、前記上側リング部（２３０）および前記下側リング部（２３２）が、前記内部（２３５）の周りで互いに対して回転する、実施態様１８に記載の継手アセンブリ（１９８）。
［実施態様２０］
前記内部（２３５）が、前記上側リング部（２３０）と前記下側リング部（２３２）とを結合し、前記内部（２３５）と前記外部とを結合するための２つのブリッジ（２３８）を含む、実施態様１９に記載の継手アセンブリ（１９８）。
【符号の説明】
【００６３】
１０  ガスタービンエンジン
１２  中心線
１４  前方
１６  後方
１８  ファンセクション
２０  ファン
２２  圧縮機セクション
２４  低圧（ＬＰ）圧縮機
２６  高圧（ＨＰ）圧縮機
２８  燃焼セクション
３０  燃焼器
３２  タービンセクション
３４  ＨＰタービン
３６  ＬＰタービン
３８  排気口、排気セクション
４０  ファンケーシング
４２  １組のファンブレード
４４  コア
４６  コアケーシング
４８  ＨＰスプール
５０  ＬＰスプール
５１  ロータ
５２  圧縮機段
５３  ディスク
５４  圧縮機段
５６  圧縮機ブレード、回転ブレード
５８  圧縮機ブレード、回転ブレード
６０  圧縮機固定ベーン
６２  圧縮機固定ベーン
６４  タービン段
６６  タービン段
６８  タービンブレード、回転ブレード
７０  タービンブレード、回転ブレード
７２  タービン固定ベーン
７４  タービン固定ベーン
８０  ブリード空気ダクトアセンブリ
８２  第１のダクト
８４  第２のダクト
８６  継手アセンブリ
８８  ブリード空気の流れ
９０  排出ダクト
１００  ジンバル継手アセンブリ
１０２  第１の支持体、外側クレビス支持体、シュラウド支持体
１０４  第２の支持体、外側クレビス支持体、シュラウド支持体
１０６  ジンバルリングアセンブリ
１０８  回転撓みヒンジ、回転継手ヒンジ
１１０  リング本体
１１２  ベローズ
１１４  折り畳み部
１１６  シールリング
１１８  継手内部
１２０  第１の端部
１２１  端部
１２２  第２の端部
１２３  端部
１３０  内側リングマウント
１３２  リングマウントプレート
１３４  支持体マウントプレート
１３６  凹部
１３８  環状リング、端部
１４０  段差部、マウントエッジ
１４２  マウントエッジ
１４６  第１の対のヒンジ
１４８  第２の対のヒンジ
１５０  第１の回転軸線
１５２  第２の回転軸線
１６０  半径方向内方延在部
１６２  リング
１６４  スポーク、内部スポーク撓み部
１６５  ヒンジ
１６６  第１のリング・スポーク構造
１６７  第２のリング・スポーク構造
１６８  第３のリング・スポーク構造
１６９  半径方向内方延在部
１７０  第１のリング
１７１  第１の組のスポーク
１７２  第２のリング
１７３  第２の組のスポーク
１７４  第３のリング
１７５  第３の組のスポーク
１８０  内部
１８２  内部リブ
１８４  チャンバ
１８５  中央帯
１８６  中央空洞
１８８  第１のダクト軸線
１９０  第２のダクト軸線、第１のダクト軸線
１９２  第２のダクト曲線
１９８  継手アセンブリ
２００  ジンバル継手アセンブリ
２０２  外側クレビス支持体
２０４  外側クレビス支持体
２０６  ジンバルリングアセンブリ
２０８  回転継手ヒンジ、回転撓みヒンジ
２１０  リング本体
２１２  ベローズ
２１４  折り畳み部
２１６  シールリング
２１７  第１の対のヒンジ
２１８  第２の対のヒンジ
２２０  マウント面
２２２  マウント開口
２２４  回転軸線
２２６  回転軸線
２３０  上側リング部、上側部、上部
２３２  下側リング部、下側部、下部
２３４  円筒形外部
２３５  内部
２３６  弧状路
２３８  ブリッジ
２４０  短い部分
２４１  取付部
２４２  浮動部
２４４  末端部
２４６  隙間
２４８  上側取付部
２５０  下側取付部
【図１】
2018115764.tif 000003
【図２】
2018115764.tif 000004
【図３】
2018115764.tif 000005
【図４】
2018115764.tif 000006
【図５】
2018115764.tif 000007
【図６】
2018115764.tif 000008
【図７】
2018115764.tif 000009
【図８】
2018115764.tif 000010
【図９】
2018115764.tif 000011
【図１０】
2018115764.tif 000012
【図１１】
2018115764.tif 000013
【図１２】
2018115764.tif 000014
【図１３】
2018115764.tif 000015
【図１４】
2018115764.tif 000016
【外国語明細書】
2018115764000001.pdf