(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンエンジン用の減速アセンブリおよびタービン部の配置を提供する。【解決手段】タービン部９０は、第２の回転部品１２０と長手方向に沿って互いに噛み合う第１の回転部品１１０を含み、各々は逆回転構成の減速アセンブリ４５に結合される。第１の回転部品は外側シュラウド１１４と外側シュラウドから半径方向内側に延在する外側シュラウド翼形部１１８を含み、接続部材１１６は外側シュラウドを半径方向に延在する第１のロータ１１３に結合する。第２の回転部品は内側シュラウド１１２と内側シュラウドから半径方向外側に延在する内側シュラウド翼形部１１９を含み、内側シュラウド翼形部は長手方向に沿って外側シュラウド翼形部と交互に配置される。ガスタービンエンジン１０は、約０．０００４〜約０．００１０インチ／ポンド推力の最大推力出力を超えるタービン部の最大半径ＲＲによって規定される単位推力当たりの半径を画定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン（１０）であって、
第２の回転部品（１２０）と長手方向に沿って互いに噛み合う第１の回転部品（１１０）を含むタービン部（９０）を含み、前記第１の回転部品（１１０）および前記第２の回転部品（１２０）は、逆回転構成の減速アセンブリ（４５）に各々結合され、
前記第１の回転部品（１１０）は、外側シュラウド（１１４）と、前記外側シュラウド（１１４）から半径方向に沿って内側に延在する複数の外側シュラウド翼形部（１１８）と、を含み、接続部材（１１６）が前記外側シュラウド（１１４）を半径方向に延在する第１のロータ（１１３）に結合し、
前記第２の回転部品（１２０）は、内側シュラウド（１１２）と、前記内側シュラウド（１１２）から半径方向に沿って外側に延在する複数の内側シュラウド翼形部（１１９）と、を含み、前記複数の内側シュラウド翼形部（１１９）は、前記長手方向に沿って前記複数の外側シュラウド翼形部（１１８）と交互に配置され、
前記ガスタービンエンジン（１０）は、約０．０００４〜約０．００１０インチ／ポンド推力の最大推力出力を超える前記タービン部（９０）の最大半径によって規定される単位推力当たりの半径を画定する、ガスタービンエンジン（１０）。
【請求項２】
前記エンジン（１０）は、軸方向中心線（１２）から前記第１の回転部品（１１０）の前記外側シュラウド（１１４）の外径までの前記タービン部（９０）の最大半径を画定し、前記最大半径は約１５インチ〜約２０インチに画定される、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項３】
前記エンジン（１０）は、軸方向中心線（１２）から前記第２の回転部品（１２０）の前記内側シュラウド翼形部（１１９）の外径までの前記タービン部（９０）の最大半径を画定し、前記最大半径は約１５インチ〜約２０インチに画定される、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項４】
前記エンジン（１０）は、約２１０００ポンド〜約３２０００ポンドの推力の最大推力出力を画定する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項５】
前記エンジン（１０）は、約９１インチ〜約１１３インチの最大長さを画定する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項６】
前記エンジン（１０）は、最大半径に対する最大長さの比を約７．５３〜約４．５５に画定する、請求項５に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項７】
前記最大長さは、前記ファン部（１４）の環状入口（２０）から前記タービン部（９０）の最後のロータ段の出口までに画定する、請求項５に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項８】
前記エンジン（１０）は、約２６１〜約３９２個の回転翼形部（１１６、１１８、１１９）を画定する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項９】
前記エンジン（１０）は、最大推力出力に対する前記第１の回転部品（１１０）および前記第２の回転部品（１２０）の回転翼形部（１１６、１１８、１１９）の比を画定し、前記比は、ポンド推力当たり約０．００８１〜約０．０１８７翼形部の範囲である、請求項８に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１０】
前記タービン部（９０）は、前記第１の回転部品（１１０）および前記第２の回転部品（１２０）で共に約３〜約１０段の回転翼形部（１１６、１１８、１１９）を画定する、請求項９に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１１】
前記タービン部（９０）は、前記最大推力出力に対する前記第１の回転部品（１１０）および前記第２の回転部品（１２０）の各段当たりの回転翼形部（１１６、１１８、１１９）の比を画定し、前記比は、ポンド推力あたり約０．００１１〜約０．００３１翼形部の範囲にある、請求項９に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１２】
前記エンジン（１０）は、前記第１の回転部品（１１０）および前記第２の回転部品（１２０）の回転翼形部（１１６、１１８、１１９）の量に対する最大長さの比を画定し、前記比は、翼形部あたり約０．２３２〜約０．４３５インチの範囲である、請求項５に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１３】
ファンアセンブリ（１４）および前記タービン部（９０）に結合されたドライブシャフト（３６）をさらに含み、前記ドライブシャフト（３６）は、前記減速アセンブリ（４５）および前記第１の回転部品（１１０）に結合され、前記第１の回転部品（１１０）および前記ドライブシャフト（３６）は、第１の方向（１６１）に第１の速度で回転可能であり、前記第２の回転部品（１２０）は、前記減速アセンブリ（４５）の入力部品（４７）に結合され、前記第２の回転部品（１２０）は、前記第１の方向（１６１）とは反対の第２の方向（１６２）に、前記第１の速度より大きい第２の速度で回転可能である、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１４】
前記エンジン（１０）は、前記第１の回転部品（１１０）から前記ファンアセンブリ（１４）のファンロータ（１５）までの直接駆動エンジン（１０）を画定する、請求項１３に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１５】
前記減速アセンブリ（４５）は、約−１．５：１〜約−３：１のギヤ比の範囲を画定する、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、一般的にガスタービンエンジンアーキテクチャに関する。より詳細には、本主題は、ガスタービンエンジン用の減速アセンブリおよびタービン部の配置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、一般に、推進推力などの動力を発生するようにガスタービンエンジンを回転させて作動させるために、圧縮機部と共に回転可能な燃焼部の下流にあるタービン部を含む。一般的なガスタービンエンジンの設計基準には、しばしばバランスをとらなければならない、または妥協しなければならない矛盾する基準が含まれ、それには重量、部品数、および／または実装（すなわち、エンジンの軸方向および／または半径方向の寸法）を維持または減少させながら、燃料効率、動作効率および／または出力を増加させることが含まれる。
【０００３】
従来のガスタービンエンジンは、一般に、直列の流れの配置で高圧タービンならびに中圧タービンおよび／または低圧タービンを画定するタービン部を含む。さらに、従来のガスタービンエンジンのタービン部は、一般に、固定翼形部および回転翼形部（例えば、ベーンおよびブレード）の連続する列または段を含む。固定翼形部またはベーンは、回転翼形部またはブレードを横切る前に燃焼ガスの流れを誘導または調整するために使用されることが多い。固定翼形部は、しばしば、燃焼ガスによる損傷を緩和するために、圧縮機部などのガスタービンエンジンの他の領域から送られる冷却空気を必要とする。しかし、圧縮機部からタービン部へ空気を送ることによって、燃焼部をバイパスして、一般的に燃焼のためのエネルギーが除去され、したがってガスタービンエンジンの効率が低下する。
【０００４】
さらに、従来の低圧タービンは、多くの場合、低圧タービンが駆動しているファンアセンブリおよび／または圧縮機を動作させるためのエネルギーまたは仕事を分配するために複数の段を必要とする。しかしながら、複数の段は、ガスタービンエンジンの軸方向寸法および半径方向寸法に影響し、それにより、それが取り付けられるエンジンおよび航空機全体の重量に影響し、結果として、燃料効率、エンジン性能、およびエンジンと航空機の効率に悪影響を及ぼす。
【０００５】
公知の解決策は、ファンアセンブリとエンジンコアとの間に減速ギヤボックスを追加することを含み、それによって、ファンアセンブリおよびそれが取り付けられた圧縮機を動作させるのに必要なタービン部の複数の段の数を減らすことができ、エンジン効率のいくらかの正味の増加および燃料消費の改善を一般的に提供することができる。しかし、減速ギヤボックスを追加すると、タービンエンジンの設計および動作に新たな複雑性および限界が導入される。例えば、公知の減速ギヤボックスは、ファンアセンブリを駆動するために低圧タービンから減速アセンブリを通って直列に送られる約１００％のトルクまたは動力を有する。このような公知の構成では、低圧タービンからギヤボックスを通ってファンアセンブリにほぼ全量のトルクまたは動力を送ることは、複雑なギヤボックス設計、タービン部からの実質的に全負荷による応力および負荷に対するギヤボックス重量の増加、および一般にはギヤボックスのより大きな直径を必要とし、それによってエンジンの半径方向寸法を保持または増大させる。
【０００６】
さらに、低圧タービンからのトルクまたは動力の約１００％がギヤボックスを通ってファンアセンブリに導かれる減速ギヤボックスを含む公知の解決策は、ギヤボックスの全体的な故障を単一の故障箇所として表す。このような構成では、ギヤボックス動作の喪失は、低圧タービンからの実質的に全ての動力の損失をファンアセンブリに送達することになり、それにより、エンジンの推力または動力を、コア流路を通るエンジンコアによってのみ生成される量（例えば、総推力の約１０％）に減少させる。
【０００７】
したがって、反ったロータの始動、シャットダウンから始動までの時間の増加、および冷却期間の増加を含む、直径、軸方向の長さ、もしくはその両方の増加などのタービンエンジンの実装の増大、および／またはファンアセンブリへの低圧タービン動力の単一箇所のシステム故障などの、ギヤボックス配置および間接駆動ガスタービンエンジンアセンブリの悪影響を低減または除去しつつ、減速ギヤボックスを組み込むことができるエンジンが必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第９６３１５５８号明細書
【発明の概要】
【０００９】
本発明の態様および利点は、以下の説明に部分的に記載されており、または説明から明らかとなり、または本発明の実施を通して学ぶことができる。
【００１０】
本開示は、第２の回転部品と長手方向に沿って互いに噛み合う第１の回転部品を含むタービン部を含むガスタービンエンジンに関する。第１の回転部品および第２の回転部品は、逆回転構成の減速アセンブリに各々結合される。第１の回転部品は、外側シュラウドと、外側シュラウドから半径方向に沿って内側に延在する複数の外側シュラウド翼形部と、を含む。接続部材が外側シュラウドを半径方向に延在する第１のロータに結合する。第２の回転部品は、内側シュラウドと、内側シュラウドから半径方向に沿って外側に延在する複数の内側シュラウド翼形部と、を含み、複数の内側シュラウド翼形部は、長手方向に沿って複数の外側シュラウド翼形部と交互に配置される。ガスタービンエンジンは、約０．０００４〜約０．００１０インチ／ポンド推力の最大推力出力を超えるタービン部の最大半径によって規定される単位推力当たりの半径を画定する。
【００１１】
一実施形態では、エンジンは、軸方向中心線から第１の回転部品の外側シュラウドの外径までのタービン部の最大半径を画定し、最大半径は約１５インチ〜約２０インチに画定される。
【００１２】
別の実施形態では、エンジンは、軸方向中心線から第２の回転部品の内側シュラウド翼形部の外径までのタービン部の最大半径を画定し、最大半径は約１５インチ〜約２０インチに画定される。
【００１３】
さらに別の実施形態では、エンジンは、約２１０００ポンド〜約３２０００ポンドの推力の最大推力出力を画定する。
【００１４】
様々な実施形態では、エンジンは、約９１インチ〜約１１３インチの最大長さを画定する。一実施形態では、エンジンは、最大半径に対する最大長さの比を約７．５３〜約４．５５に画定する。別の実施形態では、最大長さは、ファン部の環状入口からタービン部の最後のロータ段の出口までに画定する。
【００１５】
さらに様々な実施形態では、エンジンは、約２６１〜約３９２個の回転翼形部を画定する。一実施形態では、エンジンは、最大推力出力に対する第１の回転部品および第２の回転部品の回転翼形部の比を画定し、その比は、ポンド推力当たり約０．００８１〜約０．０１８７翼形部の範囲である。別の実施形態では、タービン部は、第１の回転部品および第２の回転部品で共に約３〜約１０段の回転翼形部を画定する。一実施形態では、タービン部は、最大推力出力に対する第１の回転部品および第２の回転部品の各段当たりの回転翼形部の比を画定し、その比は、ポンド推力あたり約０．００１１〜約０．００３１翼形部の範囲にある。
【００１６】
さらに別の実施形態では、エンジンは、第１の回転部品および第２の回転部品の回転翼形部の量に対する最大長さの比を画定し、その比は、翼形部あたり約０．２３２〜約０．４３５インチの範囲である。
【００１７】
様々な実施形態では、エンジンは、ファンアセンブリおよびタービン部に結合されたドライブシャフトをさらに含む。ドライブシャフトは、減速アセンブリおよび第１の回転部品に結合される。第１の回転部品およびドライブシャフトは、第１の方向に第１の速度で回転可能である。第２の回転部品は、減速アセンブリの入力部品に結合される。第２の回転部品は、第１の方向とは反対の第２の方向に、第１の速度より大きい第２の速度で回転可能である。
【００１８】
一実施形態では、エンジンは、第１の回転部品からファンアセンブリのファンロータまでの直接駆動エンジンを画定する。
【００１９】
別の実施形態では、減速アセンブリは、約−１．５：１〜約−３：１のギヤ比の範囲を画定する。
【００２０】
さらに別の実施形態では、減速アセンブリは、約−１．８：１〜約−２．８：１のギヤ比の範囲を画定する。
【００２１】
様々な実施形態では、タービン部は、第１の回転部品の接続部材の上流に配置された第３の回転部品をさらに含む。第３の回転部品は、半径方向に沿って外側に延在する複数の第３の翼形部を画定する。一実施形態では、第３の回転部品は、長手方向に沿って第１の回転部品と互いに噛み合う。別の実施形態では、第３の回転部品は、高速タービンロータまたは中速タービンロータを画定する。第３の回転部品は、第１の回転部品の第１の速度および第２の回転部品の第２の速度よりも大きい第３の速度で回転する。
【００２２】
さらに様々な実施形態では、第１の回転部品および第２の回転部品は、共に、ファンロータ、低圧圧縮機、またはその両方に結合された低速タービンロータを画定する。
【００２３】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照することによってよりよく理解されるであろう。添付の図面は、本明細書に組み込まれて、本明細書の一部を構成し、本発明の実施形態を例示し、説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００２４】
本発明の完全かつ可能な開示は、その最良の形態を含み、当業者に向けられて、本明細書に記載されており、それは以下の添付の図面を参照している。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本開示の一態様によるタービン部および減速アセンブリの例示的な実施形態を組み込んだ例示的なガスタービンエンジンの概略断面図である。
【図２】図１に示すタービン部および減速アセンブリの実施形態の概略断面図である。
【図３】図１に示すタービン部および減速アセンブリの別の実施形態の概略断面図である。
【図４】図１に示すタービン部および減速アセンブリのさらに別の実施形態の概略断面図である。
【００２６】
本明細書および図面における符号の反復使用は、本発明の同じまたは類似の特徴もしくは要素を表すことを意図している。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
ここで、本発明の実施形態を詳細に参照するが、その１つまたは複数の例が図面に示されている。各例は、本発明の限定としてではなく、本発明の例示として提示される。実際、本発明の範囲または趣旨を逸脱せずに、様々な修正および変更が本発明において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示または記載する特徴は、別の実施形態と共に用いて、さらに別の実施形態を得ることができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲に含まれるそのような修正および変更を包含することが意図されている。
【００２８】
本明細書において、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、１つの構成要素と別の構成要素とを区別するために交換可能に用いることができ、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図しない。
【００２９】
「上流」および「下流」という用語は、流体経路における流体の流れに対する相対的な方向を指す。例えば、「上流」は流体が流れてくる方向を指し、「下流」は流体が流れていく方向を指す。特に断らない限り、「下流」および「上流」は、圧縮機部の入口からタービン部の出口までのエンジンのコア流路を通る、空気または結果として生じる燃焼ガスの流体流れの一般的な方向を指す。
【００３０】
「海水面」、「海水面推力出力」、「推力出力」、または「推力」という用語は、当技術分野で一般的に知られている標準および条件、例えば、限定はしないが、国際標準大気（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ（ＩＳＡ））またはこれと同等なものなどに基づいてガスタービンエンジンの推力出力を参照して当技術分野で一般的に知られているように用いられる。したがって、上記の用語およびそれらの変形は、ガスタービンエンジンの推力出力を規定または比較する際に使用される特定の標準圧力、温度、密度、粘度、高度、仰角、および／または他のパラメータを含むことができる。しかしながら、「海水面」は、特定の圧力、温度、密度、粘度、高度、仰角または他のパラメータに限定されるように解釈され、または意味するものではなく、当技術分野内で比較を提供するために使用される。このように、前述の用語およびその変形に少なくとも部分的に基づく制限は、国際標準化機構（ＩＳＯ）によって規定されたＩＳＡで理解されるが、必要に応じて、他の標準、方法、または計算に少なくとも部分的に基づいて等価物に変換することができる。
【００３１】
特に断らない限り、本明細書で使用される「最大」という用語またはその形態は、達成可能な最大の量または値を指す。例えば、「最大推力」への言及は、エンジンの動作中の任意の期間にわたって達成可能な推力出力の最大量または最大値を指す。さらに、本明細書で使用される「最大」という用語は、指定された最大量より大きい近似、推定、または丸めを排除するものではない。
【００３２】
逆転減速アセンブリを備えた逆回転タービンが一般的に提供される。逆転減速アセンブリを備えた逆回転タービンは、直径、軸方向の長さ、もしくはその両方の増加などのタービンエンジンの実装の増大などの減速アセンブリ配置の悪影響を低減もしくは除去し、および／またはファンアセンブリへの低圧タービン動力の単一箇所のシステム故障を低減もしくは除去しつつ、ガスタービンエンジンに減速アセンブリを組み込む。
【００３３】
逆転減速アセンブリを備えた逆回転タービンエンジンは、一般的にタービン部を含み、タービン部は、長手方向に沿って第２の回転部品と互いに噛み合う第１の回転部品と、タービン部に近接して（すなわち、タービン部内またはタービン部の下流にある）、第２の回転部品に接続された入力シャフトに入力部品で接続された減速アセンブリと、第１の回転部品および減速アセンブリの出力部品に接続されたドライブシャフトと、を含む。第１の回転部品は、半径方向に沿って外側シュラウドの内側に延在する複数の外側シュラウド翼形部を画定する外側シュラウドを含む。第１の回転部品は、外側シュラウドを半径方向に延在するロータに結合する１つまたは複数の接続部材をさらに含む。第２の回転部品は、半径方向に沿って内側シュラウドの外側に延在する複数の内側シュラウド翼形部を画定する内側シュラウドを含む。
【００３４】
様々な実施形態では、タービン部の第１の回転部品および第２の回転部品は、共に低圧タービンロータを画定する。逆転減速アセンブリを備えた逆回転タービンエンジンは、一般的に、第１の回転部品からファンアセンブリのファンロータへのドライブシャフトまでの、第２の回転部品から減速アセンブリへの入力シャフトまでの、および減速アセンブリからファンロータへのドライブシャフトまでのトルク経路を画定する。したがって、トルク経路は、低圧タービンロータから、低圧タービンからファンアセンブリへの実質的に平行なトルク経路を画定する。様々な実施形態では、低圧タービンロータは、低圧タービンロータから第２の回転部品を介して、減速アセンブリを通してファンアセンブリに約５０％のトルクを分配し、残りの部分は、低圧タービンロータから、第１の回転部品を介して、ファンアセンブリが結合されているドライブシャフトを通して直接ファンアセンブリに分配される。
【００３５】
逆転減速アセンブリを備えた逆回転タービンは、一般に、ファンロータ回転速度の低減、バイパス比の増加、ファン圧力比の低減、ファンアセンブリのノイズの低減、燃料消費の低減、および／またはエンジン効率の向上などの、減速アセンブリの利点をエンジンに提供することができ、一方、減速アセンブリを通るトルクまたは動力の大きさに起因する減速アセンブリの直径および／または重量の増加などの、減速ギヤアセンブリの有害な影響をさらに低減または緩和することができる。
【００３６】
さらに、逆転減速アセンブリを備えた逆回転タービンは、同等の２スプールギヤ構成の実質的に同じ軸方向長さで３スプールエンジン構成を可能にするタービンおよび減速アセンブリ構成を提供することによって、エンジン効率および性能をさらに高めることができる。したがって、逆転減速アセンブリを備えた逆回転タービンは、より望ましい動作速度で低圧タービンロータを動作させることによって、ファンアセンブリをより望ましい動作速度で動作させ、低圧タービンロータと比例しないように、低圧タービンロータとは実質的に独立した速度でブースタまたは中圧圧縮機を動作させることによって、エンジン効率および性能をさらに向上させることができる。
【００３７】
逆回転タービンエンジンの相互に噛み合ったタービン部は、重量、部品数、および／または実装（例えば、半径方向および／または軸方向寸法）を低減しながら、燃料効率、動作効率および／または出力を増加させることができる。例えば、互いに噛み合ったタービン部は、ファンアセンブリが増加したバイパス比で動作することを可能にし、および／またはガスタービンエンジンが増加した全体圧力比で動作することを可能にし、それにより、同様の出力および／または実装の他のエンジンと比較して、燃料効率、動作効率、および／または出力を向上させることができる。互いに噛み合うタービン部は、効率、性能、または出力を維持または改善しながら、固定翼形部および／または回転翼形部の量をさらに低減し、それによってエンジンの実装および／または重量をさらに低減することができる。さらに、互いに噛み合うタービン部は、減速アセンブリを組み込んだエンジンに対して、軸方向流れ面積と回転速度の二乗との積（「ＡＮ２」と呼ばれる）を減少させることができると共に、タービン部の１段当たりの平均仕事率をさらに低下させることができる。
【００３８】
ここで図面を参照すると、図１は、高バイパスターボファンエンジンとして示された例示的なガスタービンエンジン１０（本明細書では「エンジン１０」と呼ぶ）の概略断面図であり、本開示の一態様によるタービン部９０の例示的な実施形態を組み込んでいる。以下にターボファンエンジンを参照してさらに説明するが、本開示はまた、プロップファン、ターボジェット、ターボプロップおよびターボシャフトガスタービンエンジンを含み、海洋用および工業用のタービンエンジンおよび補助動力ユニットを含む、ターボ機械全般に適用することもできる。図１に示すように、エンジン１０は、参照目的のために、それを貫通して延びる長手方向または軸方向中心線軸１２を有する。エンジン１０は、長手方向Ｌ、半径方向Ｒ、および長手方向Ｌに沿った上流端９９と下流端９８を画定する。
【００３９】
一般に、エンジン１０は、環状入口２０を画定する実質的に管状の外側ケーシング１８を含むことができる。外側ケーシング１８は、圧縮機部２１、燃焼部２６、および互いに噛み合うタービン部９０（本明細書では「タービン部９０」と呼ぶ）を直列の流れの配置で包囲するかまたは少なくとも部分的に流す。図１に示す実施形態では、圧縮機部２１は、高圧圧縮機（ＨＰＣ）２４と中圧圧縮機（ＩＰＣ）２２とを直列配置で画定する。
【００４０】
ファンアセンブリ１４は、圧縮機部２１の前方または上流９９に配置される。ファンアセンブリ１４は、ファンロータ１５を含む。ファンロータ１５は、１つまたは複数のファン段４１を含み、各ファン段４１は、ファンロータ１５に結合され、ファンロータ１５から半径方向Ｒに外側に延在する複数のブレード４２を画定する。図１に示す一実施形態では、ファンロータ１５は、複数のブレード４２の単一のファン段または単一の円周方向に隣接する配置を画定する。様々な他の実施形態では、ファンアセンブリ１４は、低圧圧縮機（ＬＰＣ）を含むような複数の段４１をさらに画定することができる。ファンロータ１５は、ＬＰＣをさらに画定する様々な実施形態では、軸方向中心線１２の周りに共に回転可能である。環状ファンケーシングまたはナセル４４は、ファンアセンブリ１４の少なくとも一部および／または外側ケーシング１８の少なくとも一部を円周方向に取り囲んでいる。一実施形態では、ナセル４４は、円周方向に離間した複数の出口ガイドベーンまたは支柱４６によって外側ケーシング１８に対して支持されてもよい。ナセル４４の少なくとも一部は、その間にバイパス空気流路４８を画定するように、外側ケーシング１８の外側部分の上に（半径方向Ｒに）延在することができる。
【００４１】
エンジン１０の動作中に、図１〜図４にまとめて示すように、矢印７４によって概略的に示される空気量が、ナセルおよび／またはファンアセンブリ１４の付随する入口７６を介してエンジン１０に入る。空気７４がファンアセンブリ１４のブレード４２を通過する際に、矢印７８で概略的に示すような空気の一部分が、バイパス空気流路４８に導かれるかまたは送られ、矢印８０で概略的に示すような空気の別の部分が、ファンアセンブリ１４に導かれるかまたはそれを通過する。空気８０は、圧縮機部２１を通って燃焼部２６に向かって流れるにつれて次第に圧縮される。
【００４２】
矢印８２で概略的に示すように、圧縮空気は、燃焼部２６に流れ、そこで燃料が導入され、圧縮空気８２の少なくとも一部と混合され、点火されて燃焼ガス８６を形成する。燃焼ガス８６は、タービン部９０内に流入し、タービン部９０の回転部材を回転させ、圧縮機部２１および／またはファンアセンブリ１４内のそれぞれの結合された回転部材の動作を支援する。
【００４３】
ここで図２を参照すると、エンジン１０のタービン部９０の例示的な実施形態が一般に提供される。タービン部９０は、長手方向Ｌに沿って第２の回転部品１２０と噛み合う第１の回転部品１１０を含む。第１の回転部品１１０は、半径方向Ｒに沿って外側シュラウド１１４の内側に延在する複数の外側シュラウド翼形部１１８を画定する外側シュラウド１１４を含む。第１の回転部品１１０は、外側シュラウド１１４をほぼ半径方向に延在する第１のロータ１１３に結合する１つまたは複数の接続部材１１６をさらに含む。接続部材１１６は、前縁、後縁、正圧側面、および負圧側面を含む翼形部を画定することができる。接続部材１１６は、（例えば、軸方向中心線１２の周りを回転する）ブレードをさらに画定することができる。第２の回転部品１２０は、半径方向Ｒに沿って内側シュラウド１１２の外側に延在する複数の内側シュラウド翼形部１１９を画定する内側シュラウド１１２を含む。様々な実施形態では、第２の回転部品１２０は、内側シュラウド１１２が取り付けられる、ほぼ半径方向に延在する第２のロータ１１５をさらに含む。第２の回転部品１２０の半径方向に延在するロータ１１５は、さらに、ほぼ長手方向Ｌに沿って延在する入力シャフト１２１に取り付けることができる。様々な実施形態では、内側シュラウド１１２および／または外側シュラウド１１４は、上流端９９から下流端９８へエンジン１０を通る圧縮空気８２および燃焼ガス８６のコア流路７０の一部などの、軸方向流路または長手方向流路を画定する複数のハブ、ディスク、またはドラムによって形成または画定される。
【００４４】
図２に示す一実施形態では、第２の回転部品１２０は、第１の回転部品１１０の接続部材１１６の後方または下流９８に配置される。第１の回転部品１１０の外側シュラウド１１４は、接続部材１１６の後方または下流９８に延在する。複数の外側シュラウド翼形部１１８は、半径方向Ｒに沿って内側に延在し、内側シュラウド１１２から半径方向Ｒに沿って外側に延在する複数の内側シュラウド翼形部１１９の間で互いに噛み合う。
【００４５】
図２に示す実施形態では、タービン部９０は、上流９９から下流９８への長手方向に沿った直列の流れの配置で、第１の回転部品１１０の接続部材１１６と、第２の回転部品１２０と、第１の回転部品１１０と、を画定する。様々な実施形態では、第１および第２の回転部品１１０、１２０は、第１の回転部品１１０から第２の回転部品１２０への相互噛み合いを続けることができる。例えば、一実施形態では、第１および第２の回転部品１１０、１２０は、回転翼形部（例えば、第１の回転部品１１０の接続部材１１６、第２の回転部品１２０、および外側シュラウド翼形部１１８）の少なくとも３つの段を共に画定することができる。別の実施形態では、第１および第２の回転部品１１０、１２０は、回転翼形部の３〜１０の段または列を共に画定する。
【００４６】
エンジン１０は、タービン部９０に近接した減速アセンブリ４５をさらに含む。減速アセンブリ４５は、入力部品４７および出力部品４９を含む。入力シャフト１２１は入力部品４７に接続され、減速アセンブリ４５に動力を供給する。第２の回転部品１２０は、入力シャフト１２１に結合され、減速アセンブリ４５に動力を提供する。一実施形態では、減速アセンブリ４５は、半径方向Ｒに沿ってタービン部９０内に配置される。別の実施形態では、減速アセンブリ４５は、エンジン１０の下流端９８に向かって配置される。例えば、減速アセンブリ４５は、タービン部９０の下流端９８に向かって配置されてもよい。別の例として、減速アセンブリ４５は、排気フレーム１５０内のタービン部９０の下流に配置される。
【００４７】
図１および図２を参照すると、エンジン１０は、長手方向Ｌに延在するドライブシャフト３６をさらに含む。ドライブシャフト３６は、減速アセンブリ４５の出力部品４９に接続される。第１の回転部品１１０のロータ１１３は、ドライブシャフト３６に結合されている。図２に示すように、減速アセンブリ４５は、下流端９８でドライブシャフト３６に結合されている。第１の回転部品１１０は、ドライブシャフト３６の上流端９９と下流端９８との間でドライブシャフト３６に結合されている。
【００４８】
一実施形態では、ドライブシャフト３６は、エンジン１０の下流端９８において減速アセンブリ４５に取り付けられたカップリング３７を画定する。カップリング３７は、ドライブシャフト３６の軸方向に延在する部分から実質的に半径方向Ｒに延在するように画定されてもよい。様々な実施形態では、カップリング３７は、可撓性カップリングなどの、減速アセンブリ４５からファンアセンブリ１４への、またはファンアセンブリ１４から減速アセンブリ４５への、動力またはトルクの間欠的な変化を吸収するばね特性を画定することができる。一実施形態では、カップリング３７は、ドライブシャフト３６および／または減速アセンブリ４５の軸方向に延在する部分に対して剪断可能な材料をさらに画定する。例えば、カップリング３７は、減速アセンブリ４５からのドライブシャフト３６を臨界負荷以上で破断、剪断、または解放するように設計されたドライブシャフト３６の一部を画定することができる。臨界負荷は、故障事象（例えば、外部物体の破片の衝突、ファンのブレードアウト、ファンロータの故障など）の後に、ファンアセンブリ１４がドライブシャフト３６に及ぼす負荷に対応することができる。これに代えて、またはこれに加えて、臨界負荷は、減速アセンブリ４５の回転が失敗した後に、減速アセンブリ４５がドライブシャフト３６に及ぼす負荷に対応することができる。例えば、臨界負荷は、減速アセンブリ４５および／または第２の回転部品１２０が回転しない場合に、第１の回転部品１１０からドライブシャフト３６に及ぼされる負荷に対応することができる。様々な実施形態では、第２の回転部品１２０および／または減速アセンブリ４５の回転が失敗すると、カップリング３７において減速アセンブリ４５からドライブシャフト３６が解放され、それによって第１の回転部品１１０のみを介してファンアセンブリ１４が回転することができる。
【００４９】
図１および図２に関して図示し説明したエンジン１０は、第１の回転部品１１０からドライブシャフト３６へ、そしてドライブシャフト３６からファンアセンブリ１４のファンロータ１５へのトルク経路を画定することができる。さらに、エンジン１０は、第２の回転部品１２０から入力シャフト１２１へ、入力シャフト１２１から減速アセンブリ４５へ、そして減速アセンブリ４５からドライブシャフト３６へ、そしてファンロータ１５へのトルク経路を画定することができる。
【００５０】
様々な実施形態では、第１の回転部品１１０は第１の方向１６１に回転し、第２の回転部品１２０は第１の方向１６１とは反対の第２の方向１６２に回転する。入力シャフト１２１を介して減速アセンブリ４５の入力部品４７に結合された第２の回転部品１２０が第２の方向１６２に回転するにつれて、第１の回転部品１１０、およびドライブシャフト３６を介して第１の回転部品１１０が結合される減速アセンブリ４５の出力部品４９が第１の方向１６１に回転する。したがって、図２に示す実施形態では、減速アセンブリ４５は、逆転減速アセンブリとして構成される。
【００５１】
様々な実施形態では、減速アセンブリ４５は、複数のギヤを画定し、入力部品４７および／または入力部品４７が取り付けられた入力シャフト１２１が、減速アセンブリ４５からの動力を受ける出力部品４９またはドライブシャフト３６よりも大きな速度で回転する。このように、第２の回転部品１２０は、第１の回転部品１１０よりも大きな速度で回転する。さらに、第２の回転部品１２０は、第１の回転部品１１０とは反対方向に第１の回転部品１１０よりも大きな速度で回転する。
【００５２】
エンジン１０の様々な実施形態では、減速アセンブリ４５は、約−１．５：１〜約−３：１のギヤ比の範囲を画定する。例えば、一実施形態では、減速アセンブリ４５は、入力部品４７が入力部品４７の反対方向に出力部品４９の各回転に対して約１．５倍回転する逆転減速アセンブリを画定する。
【００５３】
他の実施形態では、減速アセンブリ４５は、約−１．８：１〜約−２．８：１の範囲のギヤ比を画定する。例えば、一実施形態では、減速アセンブリ４５は、入力部品４７が入力部品４７の反対方向に出力部品４９の各回転に対して約２．８倍回転する逆転減速アセンブリを画定する。
【００５４】
さらに図２を参照すると、エンジン１０は、第１および第２の回転部品１１０、１２０の後方または下流９８に配置された排気フレーム１５０をさらに含むことができる。排気フレーム１５０は、半径方向Ｒに延在する１つまたは複数の排気ベーン１５２を画定する。排気フレーム１５０は、半径方向Ｒに沿って内側に延在する支持構造体１５４をさらに画定する。支持構造体１５４は、一般に、１つまたは複数の締結位置を画定する環状ケーシングを画定する。後方に取り付けられた減速アセンブリ４５は、支持構造体１５４において排気フレームに静的に結合されている。
【００５５】
様々な実施形態では、排気フレーム１５０は、外界および環境条件から排気フレーム１５０内の減速アセンブリ４５を覆うか隠すキャップ１５６をさらに含む。キャップ１５６は、ファンアセンブリが減速アセンブリにアクセスするために一般に取り外される（例えば、ファンアセンブリまたはＬＰＣ内の）前方に取り付けられた減速アセンブリ構成とは対照的に、減速アセンブリ４５、ドライブシャフト３６、または後部に取り付けられた減速アセンブリ４５を備えたエンジン１０の他の構成要素に、エンジン１０の妨げられていない後部の近くに比較的迅速にアクセスするために取り外すことができる。
【００５６】
図１および図２に戻って、様々な実施形態では、第１および第２の回転部品１１０、１２０は共に低圧タービン（ＬＰＴ）ロータを画定する。このような実施形態では、ドライブシャフト３６は、ファンアセンブリ１４のファンロータ１５に接続されて回転可能な低圧（ＬＰ）シャフトを画定する。ファンアセンブリ１４は、第１の回転部品１１０および第２の回転部品１２０によって一括して駆動される。ファンロータ１５に結合されたドライブシャフト３６に第１の回転部品１１０が直接結合されるようにエンジン１０を配置することにより、および第２の回転部品１２０を出力部品４９においてドライブシャフト３６に結合された減速アセンブリ４５に結合させるように配置することにより、一実施形態では、第１の回転部品１１０は、ファンアセンブリ１４の回転のために約２５％〜約７５％の動力またはトルクを伝達する。別の実施形態では、第２の回転部品１２０は、ファンアセンブリ１４の回転のために約３０％〜約６０％の動力またはトルクを伝達し、第２の回転部品１２０は、動力またはトルクを、減速アセンブリ４５を介してドライブシャフト３６へ、そしてファンアセンブリ１４へ伝達する。さらに、ＬＰＴロータを画定するために第１および第２の回転部品１１０、１２０を互いに噛み合わせることにより、比較的低い流路速度、翼形部数の低減（すなわち、回転部品間の固定ベーンの除去）、および／または前方に取り付けられた減速アセンブリ（例えば、ファンアセンブリに取り付けられた、またはファンアセンブリ内に取り付けられた減速アセンブリ）のガスタービンエンジンに対するＬＰＴロータの長手方向の寸法の低減による効率および性能の利益がもたらされる。
【００５７】
ここで図２〜図４を参照すると、一実施形態では、第１の回転部品１１０と第２の回転部品１２０と減速アセンブリ４５とを画定するタービン部９０を含むエンジン１０は、１つまたは複数のロータの外径におけるタービン部の最大半径ＲＲ（図２〜図４に示す）を画定する。例えば、図２に示す実施形態では、最大半径ＲＲは、軸方向中心線１２から、第２のタービン部品１２０の複数の内側シュラウド翼形部１１９を取り囲む第１の回転部品１１０の外側シュラウド１１４の外径まで画定される。図示していない他の実施形態では、最大半径ＲＲは、軸方向中心線１２から複数の内側シュラウド翼形部１１９の外径まで画定され、第２の回転部品１２０の複数の内側シュラウド翼形部１１９の少なくとも１つの段は、第１の回転部品１１０の外側シュラウド１１４よりも大きい半径を画定する。
【００５８】
一実施形態では、エンジン１０は、約２１０００〜約３２０００ポンドの推力の最大推力出力ＴＴを画定するガスタービンエンジンについて、約１５インチ〜約２０インチの最大半径ＲＲを画定する。
【００５９】
さらに様々な実施形態では、本明細書で一般に提供されるタービン部９０の様々な実施形態を含むエンジン１０は、単位推力当たりの半径を画定する。単位推力当たりの半径は、次のように定義される。
【００６０】
単位推力当たりの半径
＝最大半径ＲＲ／最大推力出力ＴＴ
一実施形態では、図１〜図４に一般的に提供されるタービン部９０の様々な実施形態を含むエンジン１０は、ポンド推力当たり約０．０００４〜約０．００１０インチの単位推力当たりの半径を画定する。
【００６１】
ここで図１を参照すると、別の実施形態では、本明細書に記載されたタービン部９０の様々な実施形態を含むエンジン１０は、最大長さＬＬを画定する。最大長さＬＬは、エンジン１０の最上流点（例えば、上流端９９に最も近い）からエンジン１０の最下流点（例えば、下流端９８に最も近い）までに規定される。様々な実施形態では、最大長さＬＬは、エンジン１０のターボ機械の最上流端から最下流端までに規定され、ターボ機械は、ファン部１４、圧縮機部２１、燃焼器部２６、およびタービン部９０として画定される。例えば、エンジン１０のターボ機械の最上流端は、ファンアセンブリ１４のブレード４２の外側半径の最上流点から、タービン部９０の最終段のロータの最下流端までに規定することができる。
【００６２】
一実施形態では、エンジン１０は、約２１０００〜約３２０００ポンドの推力の最大推力出力を画定するエンジン１０について、約９１インチ〜約１１３インチの最大長さＬＬを画定する。
【００６３】
ここで図１〜図４を参照すると、様々な実施形態では、本明細書に記載のタービン部９０の様々な実施形態を含むエンジン１０は、エンジン１０の最大長さＬＬの最大半径ＲＲに対する比を約５．６５に画定する。別の実施形態では、エンジン１０は、最大半径ＲＲに対する最大長さＬＬの比を約６．０７に画定する。
【００６４】
さらに他の実施形態では、エンジン１０は、最大半径ＲＲに対する最大長さＬＬの比を約７．５３に画定してもよい。さらに別の実施形態では、エンジン１０は、最大半径ＲＲに対する最大長さＬＬの比を約４．５５に画定する。
【００６５】
さらに別の実施形態では、エンジン１０は、約２１０００〜約３２０００ポンドの推力の最大推力を画定する。第１の回転部品１１０および第２の回転部品１２０は共に、約２６１〜約３９２の回転翼形部を画定する。一実施形態では、エンジン１０は、最大推力出力に対する第１の回転部品１１０および第２の回転部品１２０の回転翼形部の比を画定し、その比は、ポンド推力当たり約０．００８１〜約０．０１８７翼形部の範囲である。
【００６６】
さらに様々な実施形態では、エンジン１０は、タービン部９０内に約３〜１０段の回転翼形部を画定する。一実施形態では、エンジン１０およびタービン部９０は、第１の回転部品１１０および第２の回転部品１２０の各段当たりの回転翼形部の比を画定し、その比はポンド推力当たり約０．００１１〜約０．００３１翼形部の範囲にある。
【００６７】
別の実施形態では、エンジン１０は、第１の回転部品１１０および第２の部品１２０の両方の１段当たりの回転翼形部の量に対する最大長さＬＬの比を画定する。一実施形態では、エンジン１０は、翼形部当たり約０．２３２〜約０．４３５インチの比を画定する。
【００６８】
例えば、本明細書で一般的に提供される減速アセンブリ４５は、タービン部９０の半径の減少、翼形部量の減少（例えば、回転翼形部１１６、１１８、１１９の段数の減少、固定翼形部の減少または除去など）、およびエンジン１０の最大長さＬＬを減少させるように、タービン部９０内の長手方向に離間した翼形部の全体の段の減少を可能にする。
【００６９】
本明細書に記載の様々な実施形態では、エンジン１０は、ドライブシャフト３６からファンアセンブリ１４への直接駆動を画定することができる。例えば、本明細書で説明するタービン部９０は、減速ギヤボックスとファンアセンブリとの間の結合シャフトを不要にするまたは除去することができる。エンジン１０は、ロータの反り、シャットダウンと始動との間の冷却時間の増加、モータから冷却までの時間の増加、および停止後の起動の遅延に関する問題をさらに緩和または除去することができる。さらに、本明細書に記載したエンジン１０の実施形態は、直接駆動構成の前述の利点の１つまたは複数を提供し、本明細書で一般的に提供される翼形部の量、長さ、半径および推力出力をさらに提供することができる。
【００７０】
さらに、一般的に提供されるエンジン１０およびタービン部９０の様々な実施形態は、公知の間接駆動減速ガスタービンエンジンまたは直接駆動ガスタービンエンジンと比較して、推力出力に対するエンジン実装（例えば、最大長さＬＬ、最大半径ＲＲ、またはその両方）を低減させる。さらに、本明細書で一般的に提供される逆転減速アセンブリ４５は、公知の直接駆動ガスタービンエンジンと比較して、半分以下の翼形部で同等以上の仕事量を実行することを可能にする。
【００７１】
図３をさらに参照すると、タービン部９０は、第１の回転部品１１０の１つまたは複数の接続部材１１６の前方または上流９９に配置された第３の回転部品１３０をさらに含む。第３の回転部品１３０は、半径方向Ｒに沿って外側に延在する複数の第３の翼形部１３２を含む。一実施形態では、第３の回転部品１３０は、第１および第２の回転部品１１０、１２０の前方または上流９９に配置される。様々な実施形態では、第３の回転部品１３０は、第１の回転部品１１０の接続部材１１６の長手方向Ｌに沿って前方または上流９９に配置される。
【００７２】
ここで、図３および図４に示すタービン部９０の例示的な実施形態を参照すると、第１の回転部品１１０の外側シュラウド１１４は、長手方向Ｌに沿って接続部材１１６の前方または上流９９にさらに延在する。外側シュラウド１１４は、半径方向Ｒに沿って内側に延在し、第３の回転部品１３０、例えば、第３の回転部品１３０から半径方向Ｒに沿って外側に延在する複数の第３の回転翼形部１３２などの間に互いに噛み合わされた複数の外側シュラウド翼形部１１８を含む。
【００７３】
図３に示す実施形態を参照すると、タービン部９０は、第３の回転部品１３０を、第１の回転部品１１０の外側シュラウド１１４が第３の回転部品１３０の前方または上流９９まで延在する単一段として画定することができる。このような実施形態では、タービン部９０は、上流９９から下流９８への長手方向Ｌに沿った直列の流れの配置で、第１の回転部品１１０を画定する第１の段と、第３の回転部品１３０を画定する第２の段と、第１の回転部品１１０の接続部材１１６を画定する第３の段と、を画定する。様々な実施形態では、第３の回転部品１３０は、高速タービンロータまたは中速タービンロータを画定することができる。第３の回転部品１３０は、第１の回転部品１１０の第１の速度および第２の回転部品１２０の第２の速度よりも大きい第３の速度で回転する。
【００７４】
図３を参照すると、第３の回転部品１３０は、ＨＰＴアセンブリのＨＰＴロータを画定することができ、ＨＰＴロータとして第３の回転部品１３０は高圧（ＨＰ）シャフト３４に駆動接続され、高圧（ＨＰ）シャフト３４と共に回転可能である。ＨＰシャフト３４は、タービン部９０の第３の回転部品１３０によって回転駆動されるＨＰＣ２４に接続されている。
【００７５】
別の実施形態では、第３の回転部品１３０は、ＩＰＴアセンブリのＩＰＴロータを画定することができ、ＩＰＴロータとして第３の回転部品１３０は中圧（ＩＰ）シャフト３５に駆動接続され、中圧（ＩＰ）シャフト３５と共に回転可能である。ＩＰシャフト３５は、タービン部９０の第３の回転部品１３０によって回転駆動されるＩＰＣ２２に接続されている。
【００７６】
図４に示す実施形態では、第１の回転部品１１０は、第３の回転部品１３０の２つの回転する段の間で互いに噛み合う。このように、図４に示す例示的な実施形態では、タービン部９０は、上流９９から下流９８への長手方向Ｌに沿った直列の流れの配置で、第３の回転部品１３０を画定する第１の段と、第１の回転部品１１０を画定する第２の段と、第３の回転部品１３０を画定する第３の段と、第１の回転部品１１０の接続部材１１６を画定する第４の段と、を画定する。
【００７７】
図４に示す実施形態では、エンジン１０およびタービン部９０は、第１、第２、および第３の回転部品１１０、１２０、１３０の前方または上流９９に配置された第４の回転部品１３５をさらに含むことができる。様々な実施形態では、第４の回転部品１３５は、ＨＰＴロータを画定することができる。さらに、第３の回転部品１３０は、ＩＰＴロータを画定することができる。
【００７８】
図４をさらに参照すると、タービン部９０は、１つまたは複数の接続部材１１６の前方または上流９９に配置されたタービンベーンアセンブリ１４０をさらに含むことができる。タービンベーンアセンブリ１４０は、円周方向に配置された複数の固定翼形部（すなわち、ベーン）を画定することができる。一実施形態では、タービンベーンアセンブリ１４０は、長手方向Ｌに沿って複数の外側シュラウド翼形部１１８の前方または上流９９に配置される。例えば、タービンベーンアセンブリ１４０は、燃焼部２６の下流端９８に向かって第１のタービンベーンまたはノズル６８を画定することができる。他の実施形態では、タービンベーンアセンブリ１４０は、第４の回転部品１３５と、第１、第２、または第３の回転部品１１０、１２０、１３０などの他の回転部品との間に配置される。さらに他の実施形態では、タービンベーンアセンブリ１４０は、長手方向Ｌに沿って第３の回転部品１３０の間に画定されてもよい。例えば、接続部材１１６の前方または上流に延在する第１の回転部品１１０の代わりに、タービンベーンアセンブリ１４０が２つの第３の回転部品１３０の段の間に配置されてもよい。
【００７９】
図２〜図４を参照すると、様々な実施形態では、第３の回転部品１３０は、第１の回転部品１１０とは反対の方向に回転する（すなわち、逆回転する）。例えば、第１の回転部品１１０は第１の方向１６１に回転するように構成することができ、第２および第３の回転部品１２０、１３０は第１の方向１６１と反対の第２の方向１６２に回転するように構成することができる。様々な実施形態では、第４の回転部品１３５は、第１の回転部品１１０と共回転または逆回転のいずれかで、第１の方向１６１または第２の方向１６２のいずれかに回転するように構成されてもよい。
【００８０】
本明細書で図示し説明するエンジン１０およびタービン部９０は、重量、部品数、および／または実装を維持または低減しながら、改善された燃料効率、動作効率および／または出力を提供することによって、既存のタービン部を改善することができる。第２および／または第３の回転部品１２０、１３０の間に噛み合わされた第１の回転部品１１０の複数の外側シュラウド翼形部１１８は、各回転部品間の固定翼形部の段を除去することによって実装を低減し、部品数を低減することができる。さらに、タービン部９０は、重量またはサイズ（例えば軸方向の長さ）をエンジン１０に追加することなく、減速アセンブリに匹敵する効率の利益を提供することができる。さらに、タービン部９０は、一般に圧縮機部２１から抽出され、しばしばエンジン１０からの潜在的な推進エネルギーを除去すると考えられる冷却空気の要件を低減することによってエンジン１０の効率を改善することができる。
【００８１】
ここで、図１〜図４に示し説明した実施形態を参照すると、タービン部９０の各段は、ドラムもしくはハブ、または一体型ブレード付きロータ（ＩＢＲ）もしくはブレード付きディスク、またはそれらの組み合わせの中に取り付けられた個々のブレードとして構成することができる。ブレード、ハブ、またはブレード付きディスクは、ガスタービンエンジン高温部に適したセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）材料および／または金属で形成することができ、それは、限定するものではないが、例えばニッケル基合金、コバルト基合金、鉄基合金、またはチタン基合金などであって、その各々は、クロム、コバルト、タングステン、タンタル、モリブデン、および／またはレニウムを含むことができるが、これらに限定されない。例えば、一実施形態では、複数の外側シュラウド翼形部１１８の少なくとも一部は、セラミックまたはＣＭＣ材料を画定する。
【００８２】
タービン部９０、またはそれの部分もしくはそれの部分の組み合わせは、内側シュラウド１１２、外側シュラウド１１４、接続部材１１６、複数の外側シュラウド翼形部１１８、および／または複数の内側シュラウド翼形部１１９を含み、積層造形または３Ｄ印刷、または鋳造、鍛造、機械加工、または３Ｄ印刷された鋳型から形成された鋳造、またはそれらの組み合わせを使用して形成されてもよい。ロータ１１０、１２０、１３０、１３５の段、外側シュラウド１１４、内側シュラウド１１２、および他の部分などのタービン部９０またはその部分は、ナット、ボルト、ねじ、ピン、またはリベットなどの締結具を使用して、あるいは溶接、接着、摩擦または拡散接合などの接合方法、あるいは締結具および／または接合方法の組み合わせを使用して機械的に接合することができる。
【００８３】
図１〜図４に示して本明細書で説明するシステムおよび方法は、重量、部品数、および／または実装（例えば、半径方向および／または軸方向の寸法）を維持または減少させながら、燃料消費を低減し、動作性を向上させ、エンジン性能および／または出力を向上させることができる。本明細書で提供されるシステムおよび方法は、同様の出力の他のガスタービンエンジンと比較して、実装を維持または低減させながら、ターボファンなどの既存のガスタービンエンジン構成を上回る高いバイパス比および／または全体の圧力比を高めることを可能にする。本明細書に記載のシステムおよび方法は、バイパス比および／または全体の圧力比を改善し、それによって全体のガスタービンエンジン効率を高めることができる。本明細書で提供されるシステムは、冷却空気を必要とする固定翼形部（例えば、ＨＰＴまたはＩＰＴベーン）を低減または除去することによって、全体的なガスタービンエンジン効率を高めることができる。さらに、本明細書で提供されるシステムは、同様の出力のガスタービンエンジンに対して、回転翼形部および／または固定翼形部（例えば、ブレードおよび／またはベーン）を約４０％以上低減することによって、ガスタービンエンジンの実装および重量を低減して、効率を高めることができる。
【００８４】
逆転減速アセンブリ４５を備えた逆回転タービンエンジン１０は、一般的に、第１の回転部品１１０からファンアセンブリ１４のファンロータ１５へのドライブシャフト３６までの、第２の回転部品１２０から減速アセンブリ４５への入力シャフト１２１までの、および減速アセンブリ４５からファンロータ１５へのドライブシャフト３６までのトルク経路を画定する。様々な実施形態では、トルク経路は、第１の回転部品１１０からほぼ半径方向Ｒに沿って延在するロータ１１３を介してドライブシャフト３６まで画定される。さらに様々な実施形態では、トルク経路は、第２の回転部品１２０からほぼ半径方向Ｒに沿って延在するロータ１１５を介して入力シャフト１２１まで画定される。したがって、トルク経路は、低圧タービンロータから、低圧タービン（集合的に、第１および第２の回転部品１１０、１２０）からファンアセンブリ１４への実質的に平行なトルク経路を画定する。様々な実施形態では、低圧タービンロータは、低圧タービンロータから第２の回転部品１２０を介して、減速アセンブリ４５を通してファンアセンブリ１４に約５０％のトルクを分配し、残りの部分は、低圧タービンロータから、第１の回転部品１１０を介して、ファンアセンブリ１４が結合されているドライブシャフト３６を通して直接ファンアセンブリ１４に分配される。
【００８５】
したがって、約５０％の動力またはトルクが減速アセンブリ４５を通って伝達する本明細書に記載し図示したエンジン１０は、ＬＰＴロータの動力とトルクの実質的に１００％がＬＰＴロータからファンもしくはＬＰＣロータの１つまたは複数の段を含むファンアセンブリに直列に伝達される、公知の一体型駆動ターボファン構成とは対照的に、減速アセンブリ４５をより小さく画定することができる。さらに、減速アセンブリ４５が、同様の推力出力および／またはサイズ、バイパス比、全体圧力比、またはファン圧力比のギヤ付きエンジンまたは減速構成に対して、より少ない出力またはトルクを伝達するので、減速アセンブリ４５は、受ける摩耗および応力が低減され、したがって、ギヤ付きターボファン構成に関連する故障リスクを低減することができる。さらに、減速アセンブリ４５がより少ない動力またはトルクを伝達するので、減速アセンブリ４５の寸法の減少は、エンジン直径の増大なしにギヤ付きエンジン構成の利点を可能にする。
【００８６】
さらに、エンジン１０が、第１の回転部品１１０および第２の回転部品１２０からファンアセンブリ１４までの少なくとも平行なトルク経路を画定するので、減速アセンブリ４５の故障モードは、公知のギヤ付きエンジン構成に対して軽減される。例えば、限定するものではないが、減速アセンブリ４５へのオイルの流れの損失または圧力の低下などの減速アセンブリ４５の動作を喪失させる事象により、減速アセンブリ４５および第２の回転部品１２０が回転を失い（すなわち静止する）、それによってドライブシャフト３６を減速アセンブリ４５から剪断するかまたは解放し、動力またはトルクの少なくとも一部を第１の回転部品１１０からファンアセンブリ１４に伝達することを可能にする。
【００８７】
逆転減速アセンブリを備えた逆回転タービンは、一般に、ファンロータ回転速度の低減、バイパス比の増加、ファン圧力比の低減、ファンアセンブリのノイズの低減、燃料消費の低減、および／またはエンジン効率の向上などの、減速アセンブリの利点をエンジンに提供することができ、一方、減速アセンブリを通るトルクまたは動力の大きさに起因する減速アセンブリの直径および／または重量の増加などの、減速ギヤアセンブリの有害な影響をさらに低減または緩和することができる。
【００８８】
さらに、逆転減速アセンブリを備えた逆回転タービンは、同等の２スプールギヤ構成の実質的に同じ軸方向長さで３スプールエンジン構成を可能にするタービンおよび減速アセンブリ構成を提供することによって、エンジン効率および性能をさらに高めることができる。したがって、逆転減速アセンブリを備えた逆回転タービンは、より望ましい動作速度で低圧タービンロータを動作させることによって、ファンアセンブリをより望ましい動作速度で動作させ、低圧タービンロータと比例しないように、低圧タービンロータとは実質的に独立した速度でブースタまたは中圧圧縮機を動作させることによって、エンジン効率および性能をさらに向上させることができる。
【００８９】
さらに、図１〜図４に示して本明細書に記載したシステムは、前方に（例えば、ファンアセンブリの近くまたはその中に）取り付けられた減速アセンブリを組み込むガスタービンエンジンに対して、ガスタービンエンジンの流れ面積と回転速度の二乗との積（本明細書では「ＡＮ２」と呼ばれる）を減少させることができる。一般に、回転速度および／または流れ面積を減少させることなどによりＡＮ２を低下させると、必要とされる平均段仕事係数（すなわち、回転翼形部の各段における平均必要負荷）が増加する。しかしながら、本明細書に記載されたシステムおよび方法は、第１の回転部品１１０を第２の回転部品１２０の１つまたは複数の段の間に噛み合わせることによって、（同様の推力出力および実装のエンジンと比較して）平均段仕事係数を低下させ、タービン部９０の軸方向長さを維持しながらＡＮ２を低下させることができる。したがって、第１の回転部品１１０は、平均段仕事係数を減少させながら翼形部の回転段数を増加させることができ、したがってＡＮ２を減少させると共に、同様のＡＮ２値を生成するための軸方向長さを軽減することができる。第１の回転部品１１０は、同様の出力および／または実装のガスタービンエンジンのタービン部に対して、タービン部９０内で、回転翼形部および固定翼形部の全体量をさらに低減しながら、ＡＮ２をさらに低減することができる。
【００９０】
本明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意の装置またはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。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、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、または特許請求の範囲の文言と実質的な差異を有さない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
ガスタービンエンジン（１０）であって、
第２の回転部品（１２０）と長手方向に沿って互いに噛み合う第１の回転部品（１１０）を含むタービン部（９０）を含み、前記第１の回転部品（１１０）および前記第２の回転部品（１２０）は、逆回転構成の減速アセンブリ（４５）に各々結合され、
前記第１の回転部品（１１０）は、外側シュラウド（１１４）と、前記外側シュラウド（１１４）から半径方向に沿って内側に延在する複数の外側シュラウド翼形部（１１８）と、を含み、接続部材（１１６）が前記外側シュラウド（１１４）を半径方向に延在する第１のロータ（１１３）に結合し、
前記第２の回転部品（１２０）は、内側シュラウド（１１２）と、前記内側シュラウド（１１２）から半径方向に沿って外側に延在する複数の内側シュラウド翼形部（１１９）と、を含み、前記複数の内側シュラウド翼形部（１１９）は、前記長手方向に沿って前記複数の外側シュラウド翼形部（１１８）と交互に配置され、
前記ガスタービンエンジン（１０）は、約０．０００４〜約０．００１０インチ／ポンド推力の最大推力出力を超える前記タービン部（９０）の最大半径によって規定される単位推力当たりの半径を画定する、ガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様２］
前記エンジン（１０）は、軸方向中心線（１２）から前記第１の回転部品（１１０）の前記外側シュラウド（１１４）の外径までの前記タービン部（９０）の最大半径を画定し、前記最大半径は約１５インチ〜約２０インチに画定される、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様３］
前記エンジン（１０）は、軸方向中心線（１２）から前記第２の回転部品（１２０）の前記内側シュラウド翼形部（１１９）の外径までの前記タービン部（９０）の最大半径を画定し、前記最大半径は約１５インチ〜約２０インチに画定される、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様４］
前記エンジン（１０）は、約２１０００ポンド〜約３２０００ポンドの推力の最大推力出力を画定する、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様５］
前記エンジン（１０）は、約９１インチ〜約１１３インチの最大長さを画定する、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様６］
前記エンジン（１０）は、最大半径に対する最大長さの比を約７．５３〜約４．５５に画定する、実施態様５に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様７］
前記最大長さは、前記ファン部（１４）の環状入口（２０）から前記タービン部（９０）の最後のロータ段の出口までに画定する、実施態様５に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様８］
前記エンジン（１０）は、約２６１〜約３９２個の回転翼形部（１１６、１１８、１１９）を画定する、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様９］
前記エンジン（１０）は、最大推力出力に対する前記第１の回転部品（１１０）および前記第２の回転部品（１２０）の回転翼形部（１１６、１１８、１１９）の比を画定し、前記比は、ポンド推力当たり約０．００８１〜約０．０１８７翼形部の範囲である、実施態様８に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１０］
前記タービン部（９０）は、前記第１の回転部品（１１０）および前記第２の回転部品（１２０）で共に約３〜約１０段の回転翼形部（１１６、１１８、１１９）を画定する、実施態様９に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１１］
前記タービン部（９０）は、前記最大推力出力に対する前記第１の回転部品（１１０）および前記第２の回転部品（１２０）の各段当たりの回転翼形部（１１６、１１８、１１９）の比を画定し、前記比は、ポンド推力あたり約０．００１１〜約０．００３１翼形部の範囲にある、実施態様９に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１２］
前記エンジン（１０）は、前記第１の回転部品（１１０）および前記第２の回転部品（１２０）の回転翼形部（１１６、１１８、１１９）の量に対する最大長さの比を画定し、前記比は、翼形部あたり約０．２３２〜約０．４３５インチの範囲である、実施態様５に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１３］
ファンアセンブリ（１４）および前記タービン部（９０）に結合されたドライブシャフト（３６）をさらに含み、前記ドライブシャフト（３６）は、前記減速アセンブリ（４５）および前記第１の回転部品（１１０）に結合され、前記第１の回転部品（１１０）および前記ドライブシャフト（３６）は、第１の方向（１６１）に第１の速度で回転可能であり、前記第２の回転部品（１２０）は、前記減速アセンブリ（４５）の入力部品（４７）に結合され、前記第２の回転部品（１２０）は、前記第１の方向（１６１）とは反対の第２の方向（１６２）に、前記第１の速度より大きい第２の速度で回転可能である、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１４］
前記エンジン（１０）は、前記第１の回転部品（１１０）から前記ファンアセンブリ（１４）のファンロータ（１５）までの直接駆動エンジン（１０）を画定する、実施態様１３に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１５］
前記減速アセンブリ（４５）は、約−１．５：１〜約−３：１のギヤ比の範囲を画定する、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１６］
前記減速アセンブリ（４５）は、約−１．８：１〜約−２．８：１のギヤ比の範囲を画定する、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１７］
前記タービン部（９０）は、前記第１の回転部品（１１０）の前記接続部材（１１６）の上流（９９）に配置された第３の回転部品（１３０）をさらに含み、前記第３の回転部品（１３０）は、前記半径方向に沿って外側に延在する複数の第３の翼形部（１３２）を画定する、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１８］
前記第３の回転部品（１３０）は、前記長手方向に沿って前記第１の回転部品（１１０）と互いに噛み合う、実施態様１７に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１９］
前記第３の回転部品（１３０）は、高速タービンロータまたは中速タービンロータを画定し、前記第３の回転部品（１３０）は、前記第１の回転部品（１１０）の第１の速度および前記第２の回転部品（１２０）の第２の速度よりも大きい第３の速度で回転する、実施態様１７に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様２０］
前記第１の回転部品（１１０）および前記第２の回転部品（１２０）は、共に、ファンロータ（１５）、低圧圧縮機、またはその両方に結合された低速タービンロータを画定する、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【符号の説明】
【００９１】
１０  エンジン／ガスタービンエンジン／逆回転タービンエンジン
１２  軸中心線／軸方向中心線／軸方向中心線軸
１４  ファンアセンブリ／ファン部
１５  ファンロータ
１８  外側ケーシング
２０  環状入口
２１  圧縮機部
２２  中圧圧縮機（ＩＰＣ）
２４  高圧圧縮機（ＨＰＣ）
２６  燃焼部／燃焼器部
３４  高圧（ＨＰ）シャフト
３５  中圧（ＩＰ）シャフト
３６  ドライブシャフト
３７  カップリング
４１  段／ファン段
４２  ブレード
４４  ナセル
４５  減速アセンブリ／逆回転減速アセンブリ
４６  支柱
４７  入力部品
４８  バイパス空気流路
４９  出力部品
６８  第１のタービンベーンまたはノズル
７０  コア流路
７４  空気、矢印
７６  付随する入口
７８  空気／矢印
８０  空気／矢印
８２  圧縮空気／矢印
８６  燃焼ガス
９０  タービン部
９８  下流端／下流
９９  上流端／上流
１１０  第１の回転部品／ロータ
１１２  内側シュラウド
１１３  半径方向に延在する第１のロータ／第１の部品の半径方向に延在するロータ
１１４  外側シュラウド
１１５  半径方向に延在する第２のロータ／第２の部品の半径方向に延在するロータ
１１６  接続部材／回転翼形部
１１８  外側シュラウド翼形部／回転翼形部
１１９  内側シュラウド翼形部／回転翼形部
１２０  第２の回転部品／第２のタービン部品／第２の部品／ロータ
１２１  入力シャフト
１３０  第３の回転部品／ロータ
１３２  第３の翼形部／第３の回転翼形部
１３５  第４の回転部品／ロータ
１４０  タービンベーンアセンブリ
１５０  排気フレーム
１５２  排気ベーン
１５４  支持構造体
１５６  キャップ
１６１  第１の方向
１６２  第２の方向
Ｌ  長手方向
ＬＬ  最大長
Ｒ  半径方向
ＲＲ  最大半径
ＴＴ  最大推力出力
【図１】
2019078261.tif 000003
【図２】
2019078261.tif 000004
【図３】
2019078261.tif 000005
【図４】
2019078261.tif 000006
【外国語明細書】
2019078261000001.pdf