(57)【要約】【課題】部分速度域の運転性およびフラッタマージンを改良した入口ガイドベーンフラップを提供し、これにより、特定の作動条件でのファンロータのミスチューニングを防止する。【解決手段】可変形状の入口ガイドベーン（ＩＧＶ）システム４６は、ファンロータ３０の入口における軸方向速度Ｃｘおよびα，βの所望の翼幅方向の分配を可能にするように可撓性部分６４を備えた可変形状の入口ガイドベーンフラップ４８を有する。可撓性部分６４は、内部強化繊維つまりフィラメントを組み込んだシリコーンゴムのような可撓性の材料から形成される。フラップ４８の形状は、最大の開位置から最大の閉位置への作動中に対称とならずに捩れている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前側部分と、
前記前側部分から延びるとともに、可撓性部分を備えた後側部分と、
を備える入口ガイドベーンフラップ。
【請求項２】
前記後側部分が後縁を画定し、前記可撓性部分が該後縁の全長にわたって延びることを特徴とする請求項１に記載の入口ガイドベーンフラップ。
【請求項３】
前記後側部分が後縁を画定し、前記可撓性部分が該後縁の一部に沿って延びることを特徴とする請求項１に記載の入口ガイドベーンフラップ。
【請求項４】
前記可撓性部分が、三角形状であることを特徴とする請求項１に記載の入口ガイドベーンフラップ。
【請求項５】
前記可撓性部分が、直線形状であることを特徴とする請求項１に記載の入口ガイドベーンフラップ。
【請求項６】
前記可撓性部分が、弾性材料から形成されることを特徴とする請求項１に記載の入口ガイドベーンフラップ。
【請求項７】
前記前側部分および前記後側部分が、エアフォイルを画定することを特徴とする請求項１に記載の入口ガイドベーンフラップ。
【請求項８】
前記エアフォイルを貫通して取り付けられたアクチュエータロッドを有するアクチュエータシステムをさらに備え、前記アクチュエータロッドが、前記可撓性部分に取り付けられた内径側回転アームに取り付けられることを特徴とする請求項７に記載の入口ガイドベーンフラップ。
【請求項９】
外周側エンジン構造体と、
内周側支持構造体と、
前記外周側エンジン構造体と前記内周側支持構造体との間に取り付けられるとともに、可撓性部分を備える入口ガイドベーンフラップと、
を備えるガスタービンエンジンのファンセクション。
【請求項１０】
前記入口ガイドベーンフラップが、前記外周側エンジン構造体と前記内周側支持構造体との間に取り付けられた支持支柱を備えることを特徴とする請求項９に記載のファンセクション。
【請求項１１】
前記入口ガイドベーンフラップが、前側部分と、該前側部分から延びる後側部分と、を画定し、前記後側部分が前記可撓性部分を備えることを特徴とする請求項１０に記載のファンセクション。
【請求項１２】
前記入口ガイドベーンフラップが、前側部分と、該前側部分から延びる後側部分と、を画定し、前記前側部分および前記後側部分が、前記支持支柱を囲むエアフォイルを画定することを特徴とする請求項１０に記載のファンセクション。
【請求項１３】
前記エアフォイルを貫通して取り付けられるアクチュエータロッドを有するアクチュエータシステムをさらに備え、前記アクチュエータロッドが、前記可撓性部分に取り付けられた内径側回転アームに取り付けられることを特徴とする請求項１２に記載のファンセクション。
【請求項１４】
前記エアフォイルを貫通して取り付けられた１次アクチュエータロッドおよび２次アクチュエータロッドを備えたアクチュエータシステムをさらに備え、前記１次アクチュエータロッドが、前記前側部分に対して前記後側部分が動くように該後側部分に取り付けられ、前記２次アクチュエータロッドが、前記後側部分に対して前記可撓性部分が動くように該可撓性部分に取り付けられた内径側回転アームに取り付けられることを特徴とする請求項１２に記載のファンセクション。
【請求項１５】
前記入口ガイドベーンフラップが、ファンロータブレードの上流に位置することを特徴とする請求項９に記載のファンセクション。
【請求項１６】
前記入口ガイドベーンフラップが、ファンセクションの第１の段の上流に位置することを特徴とする請求項９に記載のファンセクション。
【請求項１７】
入口ガイドベーンフラップの固定部分に対して可撓性部分を曲げるステップ（Ａ）を備える可変形状の入口ガイドベーンフラップシステムの制御方法。
【請求項１８】
ステップ（Ａ）が、前記入口ガイドベーンフラップの後縁全体を捩るように前記可撓性部分を曲げるステップ（ａ）をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の制御方法。
【請求項１９】
前記ステップ（ａ）が、前記入口ガイドベーンフラップの捩りを変化させるために、前記可撓性部分に取り付けられた内径側回転アームを回転させるようにアクチュエータロッドを回転させるステップ（ｉ）をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の制御方法。
【請求項２０】
前記ステップ（ａ）が、前記固定部分に対して後側部分を回転させるようにアクチュエータロッドを回転させるステップ（ｉｉ）をさらに含み、前記入口ガイドベーンフラップの捩りを変化させるように前記可撓性部分を前記後側部分に対して曲げることを特徴とする請求項１９に記載の制御方法。
【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関する。
【背景技術】
【０００２】
低バイパス比ガスタービンエンジンのファンセクションは、食い違い角（ｓｔａｇｇｅｒ  ａｎｇｌｅ）が可変の入口ガイドベーン（ＩＧＶ）を備えた構成となることが多い。従来の入口ガイドベーンは、ファンセクションのファンロータブレードの前方に配置された（半径方向軸を中心に）関節で繋がれたエアフォイルの１つの段として一般的に配置される。従来の入口ガイドベーンは、マッハ数に対して比較的平らなファン入口形状を提供し、設計点性能を改良し、かつ設計外部分速度域の運転性およびフラッタマージンを改良したファン出口（Ｐｔ）形状と、を提供する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
入口ガイドベーンは、一般的に、根元部から先端部にかけて２０°の捩れを備える。食い違い角の設計点の設定においては、この捩れの分配はファンのロータ回転方向に対して先端部では同一方向の渦、根元部では反対方向の渦を発生させる。この捩れの分配が部分速度域で約５０°の食い違い角に閉じられた場合に、翼幅方向の流れの再分配が生じ、環状の先端領域が比較的低い軸方向速度（Ｃｘ）となり、これに伴い、ファンロータの先端部分において、不所望な高い正の入射となる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明による可変形状の入口ガイドベーン（ＩＧＶ）システムは、ファンロータの入口における軸方向速度およびα，βの所望の翼幅方向の分配を有するように可撓性部分を備える可変形状の入口ガイドベーンフラップを提供する。フラップの可撓性部分は、内部強化繊維つまりフィラメントを組み込んだシリコーンゴムのような可撓性材料から形成される。アクチュエータシステムは、食い違い角の範囲で入口ガイドベーンフラップの根元部を回転させ、部分速度条件において先端部分と比較してより閉じた位置とし、先端に向かって流れを案内する。したがって、入口ガイドベーンフラップの形状は、最大の開位置から最大の閉位置への作動中に対称とならずに捩れている。
【０００５】
したがって、本発明は、部分速度域での運転性およびフラッタマージンを改良した入口ガイドベーンフラップを提供し、これにより、特定の作動条件でのファンロータのミスチューニングを防止する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明で使用されるガスタービンエンジンの実施例の概略的な図である。
【図２】ガスタービンエンジンのファンバイパスセクションの拡大図である。
【図３】可変形状の入口ガイドベーン（ＩＧＶ）システムの１つの可変の入口ガイドベーンを部分的に一点鎖線を用いて示した拡大図である。
【図４Ａ】第１の位置における可変形状の入口ガイドベーン（ＩＧＶ）システムの斜視図である。
【図４Ｂ】第２の位置における可変形状の入口ガイドベーン（ＩＧＶ）システムの斜視図である。
【図５Ａ】可変形状の入口ガイドベーン（ＩＧＶ）システムの他の可変の入口ガイドベーンフラップを部分的に一点鎖線を用いて示した拡大図である。
【図５Ｂ】第１の位置と第２の位置との間における移動を示した図５Ａの可変の入口ガイドベーンフラップの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１は、ガスタービンエンジン１０を概略的に示し、このガスタービンエンジンは、一般的に長手方向軸Ｘに沿って、ファンセクション１２と、圧縮機セクション１４と、燃焼器セクション１６と、タービンセクション１８と、ノズルセクション２０と、を備える。開示された実施例のガスタービンエンジン１０は、３段ファン、６段圧縮機、環状燃焼器、１段高圧タービンおよび２段低圧タービンを備えた軍事用の低バイパスガスタービンエンジンであるが、様々なガスタービンエンジンが本発明から利益を受ける。
【０００８】
外周側エンジン構造体２２および内周側エンジン構造体２４は、環状の２次ファンバイパス流路２６を少なくとも部分的に画定する。エンジン内の様々な構造体が、ファンロータの下流にあるファンバイパス流路２６を画定するために外周側エンジン構造体２２および内周側エンジン構造体２４として定義されてもよいことを理解されたい。
【０００９】
図２によると、圧縮機セクション１４の上流にあるファンロータアッセンブリ２８は、ディスク３２の周りに周方向に配置された複数のファンロータブレード３０を備え、これらのファンロータブレード３０の各々は、根元部３４およびエアフォイル３６を有する。エアフォイル３６は半径方向外側に延び、各エアフォイル３６の外周端はブレード先端４４と呼ばれる。
【００１０】
可変形状の入口ガイドベーン（ＩＧＶ）システム４６（図３にも示す）が、ファンロータブレード３０の上流に位置する。入口ガイドベーンシステム４６は、ファンセクション１２の第１の段の前方に配置されることを理解されたい。入口ガイドベーンシステム４６は、外周側エンジン構造体２２と内周側エンジン構造体２４との間に周方向に並んで取り付けられた複数の可変の入口ガイドベーンフラップ４８を備える。
【００１１】
図３を参照すると、可変形状の入口ガイドベーンフラップ４８の各々は、内周側支持体５２と外周側支持体５４との間に延びる支持支柱５０を備える。エンジン１０での入口内の支持をもたらすように、外側支持体５４が外側エンジン構造体２２に取り付け可能であり、内側支持体５２が内側エンジン構造体２４に取り付け可能である（図２）。支持支柱５０の各々は、エアフォイル５３によって部分的に囲まれており、このエアフォイルは支持支柱５０の概ね前方に前縁５８を備えた前側部分５６を画定し、支持支柱５０の概ね後方に後縁６２を備えた後側部分６０を画定する。
【００１２】
エアフォイル５３は、固定部分６６に対して移動可能な可撓性部分６４を備える。可撓性部分６４は、後側部分６０の少なくとも一部を形成する。１つの開示された実施例では、可撓性部分６４は後縁６２の全体にわたって広がる。可撓性部分６４は、内部強化繊維つまりフィラメントを組み込んだシリコーンゴムのような可撓性の材料から形成されてもよい。様々な可撓性の構造体、または移動可能な部分を代替的に剛体とした堅固な構造体が本発明に利用されてもよいことを理解されたい。
【００１３】
アクチュエータシステム６８は、外径側同期リング（Ｒで概略的に示す）のようなアクチュエータと、内周側支持体５２および外周側支持体５４と、を備え、アクチュエータＲが、アクチュエータアーム７０と、エアフォイル５４を貫通するアクチュエータロッド７２と、を回転させる。アクチュエータロッド７２は、支持支柱５０から延びる中央翼幅支持体５０Ｓによって、翼幅中央部において支持される。アクチュエータロッド７２の内側セグメントは、内径側回転アーム７８を支持する内径側ピボットで支持される。アクチュエータロッド７２は、可撓性部分６４に取り付けられた内径側回転アーム７８を回転させる。１つの開示された実施例の可撓性部分６４は、三角形状であり、その内径側セグメントは、内径側回転アーム７８に軸方向に沿って広がっている。
【００１４】
動作中は、第１の位置（図４Ａ）と第２の位置（図４Ｂ）との間で可撓性部分６４を弾性的に曲げるように、アクチュエータロッド７２が、内径側回転アーム７８に対してアクチュエータトルクを与える。可撓性部分６４は、第１の位置（図４Ａ）と第２の位置（図４Ｂ）との間で実質的に無数の位置に位置決めでき、エアフォイル５４は、ファンロータのミスチューニングを最小化するように様々な速度でエンジンの運転条件により適合した形に変形される。したがって、可変形状の各入口ガイドベーンフラップ４８の可撓性部分６４は、第１の位置（図４Ａ）から第２の位置（図４Ｂ）への作動中に対称的ではなく捩れて反転する。
【００１５】
図５Ａに示す他の実施例は、後側部分８６の後縁６２において直線状部分に広がる可撓性部分６４’を含む。アクチュエータシステム８０は、１次外径側同期リング（符号８８で概略的に示す）および２次外径側同期リング（符号９０で概略的に示す）のような二重のアクチュエータを含む。１次外径側同期リング８８は、エアフォイル５３’の後側部分８６に取り付けられた１次アクチュエータアーム９２を回転させる。即ち、エアフォイル５３’の後側部分８６の全体は、フラップ軸Ｆを中心とした１次アクチュエータロッド９４の回転に応じて、固定された前側部分５６’に対して傾く。
【００１６】
２次外径側同期リング９０は、１次アクチュエータロッド９４を貫通した回転可能な２次アクチュエータロッド９８に取り付けられた２次アクチュエータアーム９６を回転させる。２次アクチュエータロッド９８は、可撓性部分６４’に取り付けられた２次回転アーム１００に取り付けられる。可撓性部分６４’が、第１の位置と第２の位置（図５Ｂ）との間でエアフォイル５４’の後側部分８６に対して変形するように、２次アクチュエータロッド９８は、内径側回転アーム１００を回転させる。したがって、各可変形状の入口ガイドベーンフラップ４８’の捩れ形状は、前側部分５６’に対するエアフォイル５３’の後側部分８６の位置と、後側部分８６に対する可撓性部分６４’の位置と、によって変化して、入口ガイドベーンの出口において連続した翼幅方向のα分布となる。
【００１７】
「前方」、「後方」、「上側」、「下側」、「上方」および「下方」などの相対的な位置を表す言葉は、飛行機の通常の動作姿勢に関連し、この他に制限されるべきではないことを理解されたい。
【００１８】
特定の構成要素の配置が図示された実施例が開示されているが、他の配置も本発明から利益を受けることを理解されたい。
【００１９】
特定のステップが連続して図示され、説明され、さらに特許請求されているが、他に指示がなければ、ステップは分割されて、または組み合わせて、任意の順序で実施されてもよい。
【００２０】
上述の説明は、例示的なものであって、限定的なものではない。本発明の多くの修正または変更が上記の教示を参照して可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
2011132963.tif 000008
【図５Ｂ】
2011132963.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成23年4月13日(2011.4.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前側部分と、
前記前側部分から延びるとともに、後縁を画定する後側部分と、
を備えてなる入口ガイドベーンフラップであって、
前記後側部分は、内径側端部および外径側端部の一方に設けられた回転アームを有するとともに、前記回転アームに取り付けられ、前記後縁の一部に沿って延びる可撓性部分を備え、
前記回転アームは、前記可撓性部分が捩れるように、前記端部の他方に対して回転することを特徴とする入口ガイドベーンフラップ。
【請求項２】
前記可撓性部分が、三角形状であることを特徴とする請求項１に記載の入口ガイドベーンフラップ。
【請求項３】
前記可撓性部分が、直線形状であることを特徴とする請求項１に記載の入口ガイドベーンフラップ。
【請求項４】
前記可撓性部分が、弾性材料から形成されることを特徴とする請求項１に記載の入口ガイドベーンフラップ。
【請求項５】
前記前側部分および前記後側部分が、エアフォイルを画定することを特徴とする請求項１に記載の入口ガイドベーンフラップ。
【請求項６】
前記エアフォイルを貫通して取り付けられたアクチュエータロッドを有するアクチュエータシステムをさらに備え、前記アクチュエータロッドが、前記可撓性部分に取り付けられた内径側回転アームに取り付けられることを特徴とする請求項５に記載の入口ガイドベーンフラップ。