(57)【要約】      （修正有）【課題】ジェット推進エンジンに関し、ファンブレード上に取り付けられた外側エーロフォイルの多段翼列を有するファンを提供する。【解決手段】ファン組立体１００は、ハブ１１９およびファンブレード１２２を備えるファンロータ１２０と、ファンブレードの半径方向外側部分で各ファンブレード上に位置する弓形のプラットフォーム１２４と、外側ファンシステム１３０と、を有する。外側ファンシステムは、共に弓形のプラットフォームから半径方向外側に延びる外側ファンの第１段１３２および外側ファンの第２段１３４を備える。【選択図】図２
2011106460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハブ（１１９）、および複数のファンブレード（１２２）を備え、各ブレード（１２２）が、前記ハブ（１１９）から半径方向外側に延び、かつ長手方向軸（１１）周りで円周方向に配置される、ファンロータ（１２０）と、
前記ファンブレード（１２２）の半径方向外側部分で各ファンブレード（１２２）上に位置する弓形のプラットフォーム（１２４）であって、環状のファン内側流路（１１６）の一部が、ファン組立体（１００）中で前記ハブ（１１９）と弓形のプラットフォーム（１２４）の間で画定され、前記ファンブレード（１２２）が、前記環状の流路（１１６）を通って流れるファン流れのストリーム（２）の圧力を増加させるように適合される、弓形のプラットフォーム（１２４）と、
前記弓形のプラットフォーム（１２４）から半径方向外側に延びる少なくとも１つの外側ファンの第１ブレード（１４２）を有する外側ファンの第１段（１３２）、および前記弓形のプラットフォーム（１２４）から半径方向外側に延び、かつ前記外側ファンの第１段（１３２）の軸方向後方に位置する少なくとも１つの外側ファンの第２ブレード（１４４）を備える外側ファンの第２段（１３４）を備える外側ファンシステム（１３０）と
を備えるファン組立体（１００）。
【請求項２】
前記外側ファンの第１段（１３２）の軸方向後方に位置する段間ベーン（１３３）の円周方向列をさらに備える、請求項１記載のファン組立体。
【請求項３】
前記外側ファンシステム（１３０）が、外側ケーシング（１０７）と前記弓形のプラットフォーム（１２４）の間で、少なくとも部分的に画定される外側流路（１１７）を通って流れる外側流れのストリーム（３）の圧力を高めるように適合される、請求項１記載のファン組立体。
【請求項４】
前記外側流路（１１７）において、前記外側ファンの第１段（１３２）の軸方向前方に位置する外側ファンの入口案内ベーン（１３５）の円周方向列をさらに備える、請求項１記載のファン組立体。
【請求項５】
前記外側ファンの入口案内ベーン（１３５）が、アクチュエータ（１３６）を用いて、前記外側ファンの第１段（１３２）に流入するガス流の方向を変えることができる、請求項４記載のファン組立体。
【請求項６】
前記ファンロータ（１２０）の軸方向前方に位置する入口案内ベーン（１１１）の円周方向列をさらに備える、請求項１記載のファン組立体。
【請求項７】
第１の方向に回転する第１の駆動軸（１０４）により駆動される第１段のファンロータ（１０６）を備える第１のファン段（１０２）と、
第２の方向に回転する第２の駆動軸（１０５）により駆動される第２段のファンロータ（１２０）を備える第２のファン段（１０３）と、
外側ファンの第１ブレード（１４２）の円周方向列を有する外側ファンの第１段（１３２）、前記外側ファンの第１段（１３２）の軸方向後方に位置する外側ファンの第２ブレード（１４４）の円周方向列を有する外側ファンの第２段（１３４）、および前記外側ファンの第１段（１３２）の軸方向後方に位置する段間ベーン（１３３）の円周方向列を備える外側ファンシステム（１３０）と
を備える多段ファンシステム（１０１）。
【請求項８】
圧縮機（１３）、燃焼器（１５）、高圧タービン（１６）、少なくとも１つの低圧タービン（２０）を順番に含む、加圧された燃焼ガスのストリームを生成するためのコア（１２）と、
ハブ（１１９）、および複数のファンブレード（１２２）を備え、各ブレード（１２２）が、前記ハブ（１１９）から半径方向外側に延び、かつ長手方向軸（１１）周りで円周方向に配置される、少なくとも１つのファンロータ（１２０）と、
外側ファンの第１ブレード（１４２）の円周方向列を有する外側ファンの第１段（１３２）、前記外側ファンの第１段（１３２）の軸方向後方に位置する外側ファンの第２ブレード（１４４）の円周方向列を有する外側ファンの第２段（１３４）を備える外側ファンシステム（１３０）であって、前記外側ファンの第１段（１３２）、および前記外側ファンの第２段（１３４）が、前記ファンロータ（１２０）と共に回転するように適合される、外側ファンシステム（１３０）と
を備えるガスタービンエンジン。
【請求項９】
前記外側ファンの第１段（１３２）の軸方向後方に位置する段間ベーン（１３３）の円周方向列をさらに備える、請求項８記載のガスタービンエンジン。
【請求項１０】
前記圧縮機（１３）が、前記高圧タービン（１６）により駆動され、また前記ファンロータ（１２０）が、低圧タービン（２０）により駆動される、請求項８記載のガスタービンエンジン。
【請求項１１】
第１の低圧タービン（２０）により駆動される第１の駆動軸（１０４）に結合された第１のファンロータ（１０６）と、第２の低圧タービン（１８）により駆動される第２の駆動軸（１０５）に結合された第２のファンロータ（１２０）とをさらに備える、請求項８記載のガスタービンエンジン。
【請求項１２】
前記第１のファンロータ（１０６）が第１の方向に回転し、また前記第２のファンロータ（１２０）が第２の方向に回転する、請求項１１記載のガスタービンエンジン。
【請求項１３】
低圧タービン（２０）に結合された第２の駆動軸（３０５）により駆動される第２のファンロータ（３２０）に結合された第１の駆動軸（３０４）により駆動される第１のファンロータ（３０６）をさらに備える、請求項８記載のガスタービンエンジン。
【請求項１４】
前記外側ファンシステム（１３０）が、外側流路（１１７）において、流れのストリーム（３）の圧力を高めるように適合される、請求項８記載のガスタービンエンジン。
【請求項１５】
外側の排気ストリーム（８）から熱を除去するように適合された熱交換器（５００）をさらに備える、請求項８記載のガスタービンエンジン。
【請求項１６】
弓形のプラットフォーム（１２４）から半径方向外側に延びる少なくとも１つの外側ファンの第１ブレード（１４２）を有する外側ファンの第１段（１３２）、および前記弓形のプラットフォーム（１２４）から半径方向外側に延びる少なくとも１つの外側ファンの第２ブレード（１４４）を備える外側ファンの第２段（１３４）を備える外側ファンシステム（１３０）と、
変換可能なファンシステムへの空気流を実質的に一定に保ちながら、可変のファン圧力比を有するように適合された変換可能なファンシステム（４００）と
を備えるファン組立体（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ジェット推進エンジンに関し、より具体的には、ファンブレード上に取り付けられた外側エーロフォイルの多段翼列を有するファンに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機のガスタービンエンジンは、通常、ファンおよび圧縮機を含む。圧縮機は、加圧された空気を燃焼器に供給し、そこで、空気は燃料と混合され、点火されて高温高圧の燃焼ガスを生成する。これらのガスは、１つまたは複数のタービンへと下流方向に流れ、タービンは、ガスからエネルギーを抽出して、ファンおよび圧縮機に動力を与え、さらに膨張して飛行中の航空機を動かすための有用な推力を与える。通常、コアエンジンの前面に配置されたファンを含むターボファンエンジンでは、高圧タービンがコアエンジンの圧縮機に動力を供給する。低圧タービンは、高圧タービンの下流に配置されてファンに動力を供給する。
【０００３】
当技術分野では、いくつかの知られたガスタービンエンジン構成には、エンジンの後方端部の近傍に位置するタービンロータと一体の後方ファン段が組み込まれている。当技術分野では、ブレード上のファン構成は、ファンオンブレード（Ｆａｎ  ｏｎ  Ｂｌａｄｅ）（「ＦＬＡＤＥ（商標）」）と呼ばれる。知られたブレード／ＦＬＡＤＥ（商標）では、ブレードの半径方向内側の部分が、高温の燃焼ガスストリームの流れからエネルギーを抽出するタービンブレードとして働き、またブレード（ＦＬＡＤＥ（商標））の半径方向外側部分は、エネルギーを比較的低温の空気ストリームの流れに付与してその圧力を高めるためのファンとして働く。タービンブレード上のＦＬＡＤＥ（商標）の少なくともいくつかの知られた構成は、さらなるタービン段および／またはさらなるタービンスプール、および関連する軸受け、サンプ（ｓｕｍｐ）、ならびに他の支持構造を必要とする。少なくともいくつかの知られた適用例では、ＦＬＡＤＥ（商標）が、エンジンの後方端部の近傍に位置する場合、複合流を収集し、再分配するのに利用可能な軸方向距離が適切ではない可能性があり、またＦＬＡＤＥ（商標）流れの全圧損失が高い可能性がある。後方に位置するタービン上に取り付けられるＦＬＡＤＥ（商標）は、ＦＬＡＤＥ（商標）の流れが、エンジンから離れた場所へとエンジンから送られることが必要である場合、航空機へのエンジンの設置が困難になる可能性がある。単一段のＦＬＡＤＥ（商標）は、いくつかの適用例において、必要な圧力比の増加をもたらすためには適切ではない可能性がある。さらに、よく知られたタービン設計パラメータＡＮ２は、単一段のＦＬＡＤＥ（商標）面積を追加することにより大きくなる可能性がある。ただし、Ａは環状の出口面積であり、Ｎは回転速度である。ＡＮ２パラメータが大きく増加することは、並はずれて重い段重量が必要になりうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７，６３１，４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、ガスタービンエンジンの前方部分の近傍に位置するファン段上に取り付けられた多段のＦＬＡＤＥ（商標）を有することが望ましいはずである。増加した圧力比を提供できるファンＦＬＡＤＥ（商標）を有することが望ましいはずである。ＦＬＡＤＥ（商標）流れを、エンジンの排気ノズルへと送ることのできる、またはエンジンから離れた場所へとエンジンから送ることのできる、航空機にエンジンを設置することを促進するファンＦＬＡＤＥ（商標）の取付け法を有することは望ましいはずである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の必要性は、弓形のプラットフォームから半径方向外側に延びる少なくとも１つの外側ファンの第１ブレードを有する外側ファンの第１段と、弓形のプラットフォームから半径方向外側に延び、かつ外側ファンの第１段の軸方向後方に位置する少なくとも１つの外側ファンの第２ブレードを備える外側ファンの第２段とを備える外側ファンシステムを有するファン組立体を提供する、本明細書で開示される例示的な実施形態により満たすことができる。一実施形態では、外側ファンシステムを有するファン組立体は、変換可能なファンシステムへの空気流を実質的に一定に保ちながら、可変のファン圧力比を有するように適合された変換可能なファンシステムをさらに備える。
【０００７】
本発明と見なされる主題は、本明細書の結論部分で具体的に示され、かつ明確に請求される。しかし、本発明は、以下の説明を参照し、添付の諸図と併せて読めば、最もよく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の態様に従って構成された例示的なガスタービンエンジンの概略的な横断面図である。
【図２】本発明の態様に従って構成された後部ファン段を有する図１で示すガスタービンエンジンの反対方向に回転するファン部分の概略的な横断面図である。
【図３】本発明の態様に従って構成された前部ファン段を有するガスタービンエンジンの反対方向に回転するファン部分を示す本発明の他の実施形態の概略的な横断面図である。
【図４】本発明の態様に従って構成された後部ファン段を有するガスタービンエンジンの共回転するファン部分を示す本発明の他の実施形態の概略的な横断面図である。
【図５】本発明の他の態様による変換可能なファンを有するガスタービンエンジンのファン部分を示す本発明の他の実施形態の概略的な横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
様々な図を通して、同一の参照数字が同様の要素を示している図面を参照すると、図１は、本発明の例示的な実施形態に従って構成された例示的なガスタービンエンジン１０の概略的な横断面図である。ガスタービンエンジン１０は、ファン１４と、高圧タービン（ＨＰＴ）１６および軸２４により駆動される圧縮機１３を備えるコア１２とを有する。図１で示す例示的な実施形態では、ファン１４は、任意選択の変換可能なファンシステム４０を備える。エンジン１０は長手方向軸１１を有する。ファン１４の第１段は、低圧タービン（ＬＰＴ）２０および軸２８により駆動される。ファン１４の第２段は、低圧タービン１８および軸２６により駆動される。ＨＰＴ１６、およびＬＰＴ１８、２０は、燃焼器１５からの高温の燃焼ガスにより駆動される。エンジン１０の例示的な実施形態は、外側流れのストリーム３を受け入れる外側流路４を有し、かつ本明細書で後述する例示的な外側ファンシステム１３０を有する。入口空気流のストリーム１は、エンジン１０の前部に入る。ファン流れのストリーム２はファン１４により加圧され、１つまたは複数のバイパス流れのストリーム６と、コア流れのストリーム５とに分割される。１つまたは複数のバイパス流れのストリーム６は、エンジンのコア１２をバイパスして、混合流れのストリーム７を形成し、ストリーム７はその後、内側の排気ストリーム９を有する排気システム２２に流入する。変換可能なファンシステム４０は、エンジン１０の様々な運転状況中に必要に応じてファンの圧力比を変えるために、エンジン１０内で適宜使用することができる。図１では、変換可能なファン４０は、ＨＰＴ１６により駆動されるものとして示されている。図１で示されるものなど、ＨＰＴ１６により駆動されるファン３０は、コア駆動のファン段として知られている。ＨＰＴにより駆動される図１で示す例示的な変換可能なファンは、コア駆動ファン（ＣＤＦ）軸３６を用いて圧縮機１３に結合されたＣＤＦロータ３２上にＣＤＦブレード３４を有するコア駆動ファン（ＣＤＦ）である。例示的な変換可能なファンシステム４０は、半径方向に内側ベーン３８と、知られた方法を用いて可変できる外側ベーン３９を有する。代替的な実施形態では、変換可能なファン４０は、本明細書で後述するように、ＬＰＴにより駆動することもできる（図５を参照）。コア流れのストリーム５は、エンジンのコア１２に流入し、また燃焼器１５に入る前に圧縮機１３によりさらに圧縮される。コアのバイパス流れ６、７と、ＬＰＴからの排気ストリームは混合されて内側排気ストリーム９を形成し、それはさらに、排気システム２２中で膨張して、エンジンの排気流れのストリーム２３を形成する。いくつかの適用例では、外側流れのストリーム３の一部をまた、排気流れのストリーム２３に含めることもできる。
【００１０】
図２は、本発明の態様に従って構成された後部ファン段１０３を有する図１で示されたガスタービンエンジン１０の反対方向に回転するファン部分の概略的な横断面図である。図２を参照すると、ファン組立体１００は、ハブ１１９を有するファンロータ１２０と、ハブ１１９から半径方向外側に延び、かつ長手方向軸１１周りで円周方向に配置された複数のファンブレード１２２とを備える。各ファンブレード１２２は、ファンブレード１２２の半径方向外側部分に位置する弓形のプラットフォーム１２４を有する。ファン組立体１００の組み立てられた状態では、環状のファン内側流路１１６の一部は、ハブ１１９と、弓形のプラットフォーム１２４との間で画定される。例えば、図１で示すものなど、エンジンにおけるファン組立体の動作中に、ファンブレード１２２は、環状の流路１１６を通って流れるファン流れのストリーム２の圧力を高める。図２で示す本発明の例示的な実施形態は、複数の外側ファンの第１ブレード１４２を有する外側ファンの第１段１３２と、複数の外側ファンの第２ブレード１４４を有する軸方向後方にある外側ファンの第２段１３４とを有する外側ファンシステム１３０を備える。１つまたは複数の外側ファンの第１ブレード１４２は、ファンブレード１２２の弓形のプラットフォーム１２４から半径方向外側に延びている。１つまたは複数の外側ファンの第２ブレード１４４は、弓形のプラットフォーム１２４から半径方向外側に延びており、かつ外側ファンの第１ブレード１４２の軸方向後方に位置している。外側ファンの第１ブレード１４２および外側ファンの第２ブレード１４４は、チタンなどの知られた材料および知られた製法を用いて作られた従来のエーロフォイル形状を有する。図２で示す本発明の例示的な実施形態は、外側ファンの第１段１３２の軸方向後方に、かつ外側ファンの第２段１３４の前方に位置する段間ベーン１３３の円周方向列を備える。段間ベーン１３３は、従来のエーロフォイル形状を有し、また第１段により付与された接線方向速度の一部を除去し、かつ外側ファンの第１段１３２から外側ファンの第２段１３４へとその流れの方向を変えるように方向付けられている。いくつかの適用例では、段間ベーン１３３は、知られたアクチュエータ（図２で示されていない）を用いて動作される可変の方向（可変のベーン）を有することができる。エンジン（例えば、図１を参照のこと）にける外側ファンシステム１３０の動作中に、外側ファンの第１ブレード１４２は、外側流路１１７および外側ファンの第１段１３２を通って流れる外側流れのストリーム３の圧力を上昇させる。外側ファンの第２ブレード１４４はさらに、外側流れのストリーム３の圧力を上昇させて、外側ケーシング１０７により少なくとも部分的に画定される外側流路における加圧された外側ファンの排気ストリーム８としてその流れを排出する。外側ファンの出口案内ベーン（ＯＧＶ）１３７の円周方向列は、外側ファンの第２段１３４の軸方向後方に位置する。ＯＧＶ１３７は、外側ファンの第２段１３４から出る流れを軸方向へと再度方向付ける。外側ファンの入口案内ベーン（ＩＧＶ）１３５の円周方向列は、外側流路１１７中で、外側ファンの第１段１３２の軸方向前方に位置する。外側ファンの入口案内ベーン１３５は、ベーンの食違い角を変えるためにベーンを回転させる知られたアクチュエータ１３６を用いて、外側ファンの第１段１３２に流入するガスの絶対的流れ方向を変更することにより、一定速度で体積流量を変えることのできる可変ベーンを有することができる。外側ファンシステム１３０の動作は、外側ファンの入口案内ベーン（ＩＧＶ）１３５に結合されたアクチュエータ１３６を用いることにより、外側ファンシステム１３０の質量流量および圧力比を調節することにより制御される。
【００１１】
図３は、本発明の態様に従って構成された前部ファン段２０２を有するガスタービンエンジン１０の反対方向に回転するファン部分を示す本発明の他の実施形態の概略的な横断面図である。図２および３は、複数段のファンロータを有するファンシステム１０１、２０１の本発明の例示的な実施形態を概略的に示している。図２および３で示された例示的な実施形態は、第１の方向で回転する第１の駆動軸１０４、２０４により駆動される第１段のファンロータ１０６、２０６を備える第１のファン段１０２、２０２と、第２の方向で回転する第２の駆動軸１０５、２０５により駆動される第２段のファンロータ１２０を備える第２のファン段１０３、２０３とを有する。第１の駆動軸１０４、２０４は、低圧タービン段に結合され、かつそれにより駆動される（図２および３では示されていないが、例えば、図１の項目２０および２８を参照のこと）。第２の駆動軸１０５、２０５は、他の低圧タービン段に結合され、かつそれにより駆動される（図２および３では示されていないが、例えば、図１の項目１８および２６を参照のこと）。図１、２、および３で示されるファンシステムの本発明の例示的な実施形態では、主ファン段１０２、１０３（および２０２、２０３）は、「反対方向に回転」しており、その場合、それらを駆動する対応する低圧タービンと共に、第１のファン段１０２、２０２は、一方向（前方から後方を見て時計周りなど）に回転し、第２のファン段１０３、２０３は、他の方向（前方から後方を見て反時計周りなど）に回転している。図４および５で示すファンシステムの本発明の代替の実施形態では、主ファン段３０２、３０３（図５の４０２、４０３）は、互いに結合され、同じ方向に回転（「共回転」）する。動作中、主ファン段は、空気流２の流入する流れを加圧し、流れのバイパスストリーム６、およびコア流れのストリーム５を生成する。図２における項目１２６（図４の項目３２６、および図５の項目４５１）などの静的なスプリッタは、主ファン段を出る流れのストリームをコアストリームおよびバイパスストリームへと分割する。図２で示すファンシステム１０１の本発明の例示的な実施形態は、適宜、第１のファン段１０２の軸方向前方に位置する入口案内ベーン１１１の円周方向列を有することができる。さらに、入口案内ベーン１１１は、適宜、アクチュエータ１１３を用いて、第１のファン段１０２に流入するガス流の少なくとも一部の方向を変えることができる。知られた可変ＩＧＶおよびアクチュエータを使用することもできる。
【００１２】
図２は、前に本明細書で述べた外側ファンシステム１３０の好ましい実施形態を示しており、外側ファンシステム１３０は、第２のファン段１０３のロータ１２０により支持され、かつ駆動される。図３は、代替的な実施形態を示しており、外側ファンシステム２３０が、第１のファン段２０２により支持され、かつ駆動される。外側ファンシステム２３０は、外側ファンの第１ブレード２４２の円周方向列を有する外側ファンの第１段２３２と、外側ファンの第１段２３２の軸方向後方に位置する外側ファンの第２ブレード２４４の円周方向列を有する外側ファンの第２段２３４と、外側ファンの第１段２３２の軸方向後方に位置する段間ベーン２３３の円周方向列と、外側ファンの第１段２３２の軸方向前方に位置する外側ファンの入口案内ベーン２３５の円周方向列とを有する。他の機能は、対応する項目番号を有する図２で示す実施形態と同様である。
【００１３】
図４は、本発明の態様に従って構成された後部ファン段３０３を有するガスタービンエンジンの共回転するファン部分を示す本発明の他の実施形態の概略的な横断面図である。図４は、第１段のファンブレード３１８の円周方向列を有し、かつ第２のファンロータ３２０に結合される第１の駆動軸３０４により駆動される第１のファンロータ３０６を備える多段ファンシステム３０１を示す。第２のファンロータ３２０は、第２段のファンブレード３２２の円周方向列を有し、かつ低圧タービン（図示せず）により駆動される第２の駆動軸３０５により駆動される。ベーン３２７の円周方向列は、第１段のファンブレード３１８の軸方向後方に、かつ第２段のファンブレード３２２の前方に位置する。ベーン３２７は、第１のファン段３０２から出る流れを、第２のファン段３０３へと流入するように方向を変える。第１のファン段および第２のファン段は結合されているので（図４の項目３０４を参照）、それらは、同じ方向に回転（「共回転」）する。図４で示す例示的な実施形態は、外側ファンの第１ブレード３４２の円周方向列を有する外側ファンの第１段３３２、および外側ファンの第１段３３２の軸方向後方に位置する外側ファンの第２ブレード３４４の円周方向列を有する外側ファンの第２段３３４を備える外側ファンシステム３３０と、外側ファンの第１段３３２の軸方向後方に位置する段間ベーン３３３の円周方向列と、外側ファンの第１段３３２の軸方向前方に位置する外側ファンの入口案内ベーン３３５の円周方向列とを有する。外側ファンの入口案内ベーン３３５は、適宜、入口案内ベーンの食違い角を変更するために、知られたアクチュエータ３３６を用いて、外側ファンの第１段３３２に流入するガス流の方向を変えることができる。図４で、数字３０７、３０９、３２５、および３３７により示される項目は、図２で述べられた対応する項目と同様のものである。
【００１４】
図５は、本発明の他の態様による変換可能なファン４４０を有するガスタービンエンジンのファン部分を示す、本発明の他の実施形態の概略的な横断面図を示している。ハブ４１９、複数のファンブレード４２２を備えるファンロータ４２０を有する多段ファンシステム４０１が図５で示されており、各ブレード４２２は、ハブ４１９から半径方向外側に延び、かつ長手方向軸１１周りで円周方向に配置されている。それは、外側ファンの第１ブレード４８２の円周方向列を有する外側ファンの第１段４３２と、外側ファンの第１段４３２の軸方向後方に位置する外側ファンの第２ブレード４８４の円周方向列を有する外側ファンの第２段４３４とを備えた、実質的に本明細書で前に述べた外側ファンシステム４３０を有する。図５で示す例示的な実施形態では、外側ファン４３１は、ファンロータ４２０と共に回転するように適合されている。外側ファンシステム４３０は、図２に関して本明細書で前に述べたように、外側流路４１７における流れのストリーム３の圧力を上昇させるように適合される。
【００１５】
本発明のいくつかの実施形態では、例えば、図５で示されるものなど、多段ファンシステム４０１は、ファンの流れ２を実質的に一定に保ちながら、ファンの圧力比を変えることのできる変換可能なファンシステム４００をさらに備える。他の実施形態では、多段ファンシステムは、変換可能なファン４００と同様の適応性のあるコアをさらに備えることができる。図５で示す例示的な実施形態では、変換可能なファンシステム４００は、変換可能なファンハブ４４５上に、長手方向軸１１周りで円周方向に配置された複数の変換可能なファンブレード４４４を有する、ファンロータ４２０の後方に位置する変換可能なファン４４０を有する。図５で示す変換可能なファンシステム４００は、流入する流れ４６０を内側流れ４６３および外側流れ４６４へと分割できる、変換可能なファンブレード４４４の軸方向前方に位置する環状のスプリッタ４５１を有する。変換可能なファンブレード４４４は、弓形のシュラウド４４７により分離された半径方向内側部分４４６、および半径方向外側部分４４８を有しており、内側部分４４６は、内側流れ４６３を加圧するように適合され、また外側部分４４８は、外側流れ４６４を加圧するように適合される。変換可能なファンベーンシステム４５０は、変更可能なファンロータ４４２の軸方向前方に位置している。ベーンシステム４５０は、例えば、図５で示すものなど、外側ベーン４５４を有する。外側ベーン４５４は、知られたタイプの外側ベーンアクチュエータ４５５を用いて、外側流れ４６４の少なくとも一部の方向を変えることができる。例えば、図５で示すものなど、いくつかの適用例では、ベーンシステム４５０はまた、内側ベーン４５２を有することができる。内側ベーン４５２は、知られたタイプの内側ベーンアクチュエータ４５３を用いて、内側流れ４６３の少なくとも一部の方向を変えることのできる可変ベーンとすることができる。
【００１６】
図５で示すように、変換可能なファンシステム４００は、変換可能なファンブレード４４４の下流に位置する出口案内ベーン（ＯＧＶ）４５７を有する。ＯＧＶ４５７は、変換可能なファンロータ４４２から出る流れから実質的に渦を除去する。本発明のいくつかの適用例では、多段ファンシステム４０１は、ファンシステムの操作性および制御を高めるために、変換可能なファンブレード４４４の下流に位置するバイパスドア４５８（図５を参照）を有する。本発明のいくつかの適用例では、多段ファンシステム４０１は、変換可能なファンシステムの操作性および制御を高めるように適合された、ファンロータ４２０の下流に位置する遮断（ｂｌｏｃｋｅｒ）ドア４５６（図５を参照）を有することができる。
【００１７】
図５で示す多段ファンシステム４０１の例示的な実施形態では、第１のファンロータ４０６は、変換可能なファンロータ４４２に結合された第２のファンロータ４２０に結合されるものとして示されており、外側ファンブレード４８２、４８４は、第２段のファンブレード４２２により担持される。このような実施形態では、ファンロータ４０６、４２０、４４２は、低圧タービン（図５で示されていない）に結合された低圧タービン軸４２８により駆動される。この構成では、ファンロータ４０６、４２０、４４２は、同方向に共回転する。図１、２、および３で示すものなど、本発明の代替の実施形態では、第１のファンロータ１０６は、第１の低圧タービン２０により駆動される第１の駆動軸２８に結合され、また第２のファンロータ１２０は、第２の低圧タービン１８により駆動される第２の駆動軸２６に結合される。このような代替の実施形態では、第１のファンロータ１０６および第２のファンロータ１２０は、反対方向に回転することができ、その場合、ファンロータは反対の回転方向に回転する。
【００１８】
例えば、図２で示すものなどの外側ファンシステム、および例えば、図５で示すものなどの変換可能なファンは、例えば、図１で示すものなどのガスタービンエンジンで使用することができる。このようなガスタービンエンジンは、加圧された燃焼ガスのストリームを生成するためのコア１２を備え、また順番に、圧縮機１３、燃焼器１５、高圧タービン１６、少なくとも１つの低圧タービン２０、ハブ１１９を備える少なくとも１つのファンロータ１２０、ハブ１１９から半径方向外側に延び、かつ長手方向軸１１周りで円周方向に配置された複数のファンブレード１２２を有する。ガスタービンエンジンは、外側ファンの第１ブレード１４２の円周方向列を有する外側ファンの第１段１３２と、外側ファンの第１段１３２の軸方向後方に位置する外側ファンの第２ブレード１４４の円周方向列を有する外側ファンの第２段１３４とを備える外側ファンシステム１３０を有する。外側ファンの第１段１３２および外側ファンの第２段１３４は、ファンロータ１２０と共に回転するように適合される。段間ベーン１３３の円周方向列は、外側ファンの第１段１３２の軸方向後方に位置する。上述のものなど、外側ファンシステムを組み込むガスタービンエンジン１０は、適宜、エンジンの冷却空気から熱を除去してその温度を低下させるように、かつ／または様々な航空機システムにおける廃熱エネルギーを吸収および回収するように適合された熱交換器５００を有することができる（図１を参照）。
【００１９】
本明細書で示された外側ファンシステムの様々な実施形態は、ファンブレードの先端に多段の外側ファンＦＬＡＤＥ（商標）を取り付けることに対する少なくともいくつかの利点を示している。ファンＦＬＡＤＥ（商標）を取り付けることは、ＦＬＡＤＥ（商標）の流れを、例えば、翼の吹出し（ｗｉｎｇ  ｂｌｏｗｉｎｇ）、または冷却など、エンジンの遠隔の場所にエンジンから送る必要がある場合、図１の項目１０などのエンジンを航空機中に設置することを促進させる。この促進は、流れを集めて１つまたは複数の空気の流通路中に再分配するために利用可能な軸方向距離が増加し、それにより、ＦＬＡＤＥ（商標）流れの全圧損失が低減されるので可能となる。さらに、それは、必要に応じて二重のバイパス（図５の項目４７１および４７２を参照）エンジンが追加の混合器を使用して、ＦＬＡＤＥ（商標）流れをコアバイパス流れと混合する能力を高めることができる。本明細書で開示される多段ＦＬＡＤＥ（商標）は、知られた単一段ＦＬＡＤＥ（商標）の能力を超える外側のファン圧力比を生成することができる。本明細書で開示のものなど、多段のファンは、１つまたは複数のファン段の先端に取り付けられたＦＬＡＤＥ（商標）段を有することができる。多段のファンが本明細書で述べられているが、当業者であれば、本明細書で開示された多段ＦＬＡＤＥ（商標）は、単一段のファンでも同様に使用できることが理解されるはずである。好ましい実施形態は、図２で示すように第２のファン段に多段ＦＬＡＤＥ（商標）を取り付けることである。典型的なファンの後方段は、ファンのシステム設計の下限を十分超える入口半径比を有するはずであり、多段ＦＬＡＤＥ（商標）の設置が可能である。２を超えるファン段もまた、反対方向回転の構成（図１、２、および３を参照）、または共回転の構成（図４および５を参照）を用いて他の実施形態で使用することもできる。好ましい実施形態は、本明細書で前に述べたように、ＦＬＡＤＥ（商標）段の前方に組み込まれた入口案内ベーンシステムを有する。入口案内ベーンの目的は、迅速にＦＬＡＤＥ（商標）空気流を調整することである。ＦＬＡＤＥ（商標）空気流の調整はまた、フレード（ｆｌａｄｅ）圧力比の調整を意味するが、それらは共に、ファンシステムを駆動するのに必要な作業を変える。
【００２０】
記載された説明は、本発明を開示するために、またさらに当業者が本発明を製作し、使用することを可能にするために、最良の形態を含む諸例を使用している。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲で定義され、また当業者が想到する他の諸例を含むことができる。このような他の諸例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と非実質的な差を有する均等な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲に含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００２１】
１  入口空気流のストリーム
２  ファン流れのストリーム
３  外側流れのストリーム
４  外側流路
５  コア流れのストリーム
６  バイパス流れのストリーム
７  混合流れのストリーム
８  外側の排気ストリーム
９  内側の排気ストリーム
１０  ガスタービンエンジン
１１  長手方向軸
１２  コア
１３  圧縮機
１４  ファン
１５  燃焼器
１６  高圧タービン
１８  低圧タービン
２０  低圧タービン
２２  排気システム
２３  排気流れのストリーム
２４  軸
２６  軸
２８  軸
３０  ファン
３２  コア駆動ファン（ＣＤＦ）ロータ
３４  コア駆動ファン（ＣＤＦ）ブレード
３６  コア駆動ファン（ＣＤＦ）軸
３８  内側ベーン
３９  外側ベーン
４０  変換可能なファンシステム
１００  ファン組立体
１０１  多段ファンシステム
１０２  第１のファン段
１０３  第２のファン段
１０４  第１の駆動軸
１０５  第２の駆動軸
１０６  第１のファンロータ、第１段のファンロータ
１０７  外側ケーシング
１１１  入口案内ベーン
１１３  アクチュエータ
１１６  環状の内側流路
１１７  外側流路
１１９  ハブ
１２０  第２のファンロータ、第２段のファンロータ
１２２  ファンブレード
１２４  弓形のプラットフォーム
１２６  静的なスプリッタ
１３０  外側ファンシステム
１３２  外側ファンの第１段
１３３  段間ベーン
１３４  外側ファンの第２段
１３５  外側ファンの入口案内ベーン（ＩＧＶ）
１３６  アクチュエータ
１３７  出口案内ベーン（ＯＧＶ）
１４２  外側ファンの第１ブレード
１４４  外側ファンの第２のブレード
２０１  ファンシステム
２０２  第１のファン段
２０３  第２のファン段
２０４  第１の駆動軸
２０５  第２の駆動軸
２０６  第１段のファンロータ
２３０  第１のファン段
２３２  外側ファンの第１段
２３４  外側ファンの第２段
２３５  外側ファンの入口案内ベーン
２４２  外側ファンの第１ブレード
２４４  外側ファンの第２ブレード
３０１  多段ファンシステム
３０２  主ファン段
３０３  後部ファン段
３０４  第１の駆動軸
３０５  第２の駆動軸
３０６  第１のファンロータ
３１８  第１段のファンブレード
３２０  第２のファンロータ
３２２  第２段のファンブレード
３２６  静的なスプリッタ
３２７  ベーン
３３２  外側ファンの第１段
３３３  段間ベーン
３３４  外側ファンの第２段
３３５  外側ファンの入口案内ベーン
３３６  アクチュエータ
３４２  外側ファンの第１ブレード
３４４  外側ファンの第２ブレード
４００  変換可能なファンシステム
４０１  多段ファンシステム
４０２  主ファン段
４０３  主ファン段
４０６  ファンロータ
４１７  外側流路
４１９  ハブ
４２０  ファンロータ
４２２  ファンブレード
４２８  低圧タービン軸
４３０  外側ファンシステム
４３１  外側ファン
４３２  外側ファンの第１段
４３４  外側ファンの第２段
４４０  変換可能なファン
４４２  変更可能なファンロータ
４４４  変換可能なファンブレード
４４５  変換可能なファンハブ
４４６  半径方向内側部分
４４７  弓形のシュラウド
４４８  半径方向外側部分
４５０  変換可能なファンベーンシステム
４５１  環状のスプリッタ
４５２  内側ベーン
４５３  内側ベーンアクチュエータ
４５４  外側ベーン
４５５  外側ベーンアクチュエータ
４５６  遮断ドア
４５７  出口案内ベーン（ＯＧＶ）
４５８  バイパスドア
４６０  流入する流れ
４６３  内側流れ
４６４  外側流れ
４７１  バイパス
４７２  バイパス
４８２  外側ファンの第１ブレード
４８４  外側ファンの第２ブレード
５００  熱交換器
【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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