(57)【要約】      （修正有）【課題】本開示は、トルクフレームを含むガスタービンエンジンに関する。【解決手段】トルクフレーム（１０１）は、軸方向中心線（１２）の周りに円周方向に画定された内側シュラウド（１１２）と、内側シュラウド（１１２）を取り囲み、軸方向中心線（１２）の周りに円周方向に画定された外側シュラウド（１１４）と、半径方向に沿って延在し、内側シュラウド（１１２）および外側シュラウド（１１４）に結合された構造部材（１１６）と、を含む。トルクフレーム（１０１）は、軸方向中心線（１２）の周りを回転するように構成される。【選択図】図１
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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、
軸方向中心線（１２）の周りに円周方向（Ｃ）に画定された内側シュラウド（１１２）と、前記内側シュラウド（１１２）を取り囲み、前記軸方向中心線（１２）の周りに円周方向（Ｃ）に画定された外側シュラウド（１１４）と、半径方向（Ｒ）に沿って延在し、前記内側シュラウド（１１２）および前記外側シュラウド（１１４）に結合された構造部材（１１６）と、を含むトルクフレーム（１０１）を含み、前記トルクフレーム（１０１）は、前記軸方向中心線（１２）の周りを回転するように構成される、ガスタービンエンジン（１０）。
【請求項２】
前記構造部材（１１６）は、前記軸方向中心線（１２）に対して傾斜角（１０９）を画定するように長手方向（Ｌ）に沿って延在する、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項３】
前記傾斜角（１０９）は、前記軸方向中心線（１２）に対して鋭角であり、前記構造部材（１１６）の半径方向外側端部は、前記構造部材（１１６）の半径方向内側端部の上流に配置される、請求項２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項４】
前記傾斜角（１０９）は、前記軸方向中心線（１２）に対して鋭角であり、前記構造部材（１１６）の半径方向内側端部は、前記構造部材（１１６）の半径方向外側端部の上流に配置される、請求項２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項５】
前記構造部材（１１６）は、正圧側面および負圧側面を画定する翼形部を画定する、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項６】
前記トルクフレーム（１０１）は、前記外側シュラウド（１１４）を円周方向（Ｃ）に取り囲む外側バンド（１１３）をさらに含み、前記外側バンド（１１３）は、少なくとも部分的に前記半径方向（Ｒ）に沿って延在する、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項７】
少なくとも部分的に前記半径方向（Ｒ）に沿って延在し、前記外側シュラウド（１１４）および前記外側バンド（１１３）に結合された複数の接続部材（１０５）をさらに含む、請求項６に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項８】
前記接続部材（１０５）は、少なくとも部分的に前記円周方向（Ｃ）に沿って前記外側シュラウド（１１４）から前記外側バンド（１１３）まで延在する、請求項７に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項９】
前記接続部材（１０５）はばねを画定する、請求項７に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１０】
前記接続部材（１０５）は、ほぼＶ字形の断面を画定する、請求項７に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１１】
前記外側バンド（１１３）は、前記軸方向中心線（１２）の周りにほぼ同心の環状リングを画定する、請求項６に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１２】
前記外側シュラウド（１１４）は、少なくとも部分的に前記長手方向（Ｌ）に沿って、かつ少なくとも部分的に前記円周方向（Ｃ）に沿って延在するプラットフォーム（１１５）を画定し、前記接続部材（１０５）は、前記プラットフォーム（１１５）から前記外側バンド（１１３）まで延在する、請求項７に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１３】
前記外側バンド（１１３）は、内径の一部に沿って、かつ／または外径の一部に沿って、１つまたは複数の平衡面（１５０）を画定する、請求項６に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１４】
前記構造部材（１１６）、前記内側シュラウド（１１２）、および前記外側シュラウド（１１４）は共に一体構造を画定する、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１５】
前記構造部材（１１６）、前記内側シュラウド（１１２）、前記外側シュラウド（１１４）、前記複数の接続部材（１０５）、および前記外側バンド（１１３）は、共に一体構造を画定する、請求項７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、一般的には、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回転可能なトルクフレームに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、一般的に、推進力などの動力を発生させるためにガスタービンエンジンを回転させて動作させるための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、燃料効率、動作効率、および／または動力出力を向上させ、一方では、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）を維持または低減させることを含む、バランスをとる、または妥協しなければならない矛盾する基準がしばしば含まれる。
【０００３】
互いに噛み合ったタービン部は、回転する翼形部の連続する段の間でベーンを用いずに比較的高い流体速度を利用することが知られている。しかし、公知の互いに噛み合ったタービン部は、低圧タービンロータと中圧タービンロータとを噛み合わせることに限定されている。さらに、公知の噛み合ったタービン部は、噛み合ったタービン部の内径からの軸方向負荷、半径方向負荷、熱的負荷および／または機械的負荷によって制限され、それは噛み合った外側ドラムロータに含まれ得る段数を制限することがある。
【０００４】
したがって、軸方向負荷、半径方向負荷、熱的負荷および／または機械的負荷による噛み合った外側ドラムロータのサイズおよび構造的寿命の限界を低減または除去することができる構造が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第９７０１３９５号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本発明の態様および利点は、その一部を以下の説明に記載しており、あるいはその説明から明らかになり、あるいは本発明の実施により学ぶことができる。
【０００７】
本開示は、トルクフレームを含むガスタービンエンジンに関する。トルクフレームは、軸方向中心線の周りに円周方向に画定された内側シュラウドと、内側シュラウドを取り囲み、軸方向中心線の周りに円周方向に画定された外側シュラウドと、半径方向に沿って延在し、内側シュラウドおよび外側シュラウドに結合された構造部材と、を含む。トルクフレームは、軸方向中心線の周りを回転するように構成される。
【０００８】
様々な実施形態では、構造部材は、軸方向中心線に対して傾斜角を画定するように長手方向に沿って延在する。一実施形態では、傾斜角は、軸方向中心線に対して鋭角である。構造部材の半径方向外側端部は、構造部材の半径方向内側端部の上流に配置される。別の実施形態では、傾斜角は、軸方向中心線に対して鈍角または垂直である。構造部材の半径方向内側端部は、構造部材の半径方向外側端部の上流に配置される。
【０００９】
一実施形態では、構造部材は、正圧側面および負圧側面を画定する翼形部を画定する。
【００１０】
様々な実施形態では、トルクフレームは、外側シュラウドを円周方向に取り囲む外側バンドをさらに含む。外側バンドは、少なくとも部分的に半径方向に沿って延在する。さらに様々な実施形態では、トルクフレームは、少なくとも部分的に半径方向に沿って延在し、外側シュラウドおよび外側バンドに結合された複数の接続部材をさらに含む。一実施形態では、接続部材は、少なくとも部分的に円周方向に沿って外側シュラウドから外側バンドまで延在する。別の実施形態では、接続部材はばねを画定する。さらに別の実施形態では、接続部材はほぼＶ字形の断面を画定する。さらに別の実施形態では、外側バンドは、軸方向中心線の周りにほぼ同心の環状リングを画定する。一実施形態では、外側シュラウドは、少なくとも部分的に長手方向に沿って、かつ少なくとも部分的に円周方向に沿って延在するプラットフォームを画定し、接続部材は、プラットフォームから外側バンドまで延在する。別の実施形態では、外側バンドは、内径の一部に沿って、かつ／または外径の一部に沿って、１つまたは複数の平衡面を画定する。さらに別の実施形態では、構造部材、内側シュラウド、外側シュラウド、複数の接続部材、および外側バンドは、共に一体構造を画定する。さらに別の実施形態では、トルクフレームの外側バンドに結合された外側ドラムロータを含む。外側ドラムロータは、半径方向に沿って内側に延在する複数の外側ドラム翼形部の１つまたは複数の段を含む。
【００１１】
一実施形態では、構造部材、内側シュラウド、および外側シュラウドは共に一体構造を画定する。
【００１２】
様々な実施形態では、ガスタービンエンジンは、外側ドラムロータの半径方向内側に配置された第２のタービンロータをさらに含む。第２のタービンロータは、半径方向に沿って外側に延在する第２のタービン翼形部の１つまたは複数の段を含む。第２のタービンロータは、トルクフレームおよび外側ドラムロータに対して独立して回転可能である。一実施形態では、トルクフレームは第２のタービンロータの下流に配置される。別の実施形態では、トルクフレームは第２のタービンロータの上流に配置される。
【００１３】
一実施形態では、トルクフレームおよび外側ドラムロータは共に低速ロータを画定する。第２のタービンロータは、低速ロータに対してより高速のロータを画定する。
【００１４】
別の実施形態では、内側ドラムロータがトルクフレームの内側シュラウドに結合される。内側ドラムロータは、半径方向に沿って外側に延在する複数の内側ドラム翼形部の１つまたは複数の段を含む。トルクフレーム、外側ドラムロータ、および内側ドラムロータは、共に軸方向中心線の周りを第１の速度で回転する。
【００１５】
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するが、本発明の実施形態を示しており、本明細書における説明と併せて本発明の原理の説明に役立つ。
【００１６】
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】
【００１７】
【図１】本開示の一態様によるタービン部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に示すタービン部の一実施形態の概略断面図である。
【図３】図１〜図２に一般的に示すタービン部のトルクフレームの例示的な実施形態の斜視図である。
【図４】図１〜図２に一般的に示すタービン部のトルクフレームの例示的な実施形態の斜視図である。
【図５】図１〜図２に一般的に示すタービン部のトルクフレームの例示的な実施形態の一部の斜視図である。
【図６】図５に一般的に示すトルクフレームの例示的な実施形態の側面図である。
【図７】図５に一般的に示すトルクフレームの例示的な実施形態の側面図である。
【図８】図５に一般的に示すトルクフレームの一部の例示的な実施形態の斜視図である。
【図９】図５に一般的に示すトルクフレームの一部の例示的な実施形態の斜視図である。
【図１０】図８〜図９に一般的に示すトルクフレームの例示的な実施形態の側面図である。
【図１１】図１に示すタービン部の実施形態の概略断面図である。
【図１２】図１に示すタービン部の実施形態の概略断面図である。
【００１８】
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】
【００１９】
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。
【００２０】
本明細書で使用する場合、「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。
【００２１】
「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、タービン部からの出口を通って圧縮機部に入ることに伴って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。
【００２２】
ガスタービンエンジン用の回転トルクフレームの様々な実施形態が一般的に提供される。トルクフレームは、内側シュラウドと、内側シュラウドの半径方向外側の外側シュラウドと、半径方向に沿って内側シュラウドと外側シュラウドとを結合する少なくとも１つの構造部材と、を含む。様々な実施形態は、外側シュラウドを半径方向外側に円周方向に取り囲む外側バンドをさらに含む。外側ドラムロータは、外側バンドに結合され、長手方向に沿って外側バンドから延在する。複数の外側ドラム翼形部の１つまたは複数の段は、半径方向に沿って内側に延在する。トルクフレームは、ガスタービンエンジンの軸方向中心線の周りを回転するように構成される。
【００２３】
回転トルクフレームの構造部材は、軸方向または長手方向に沿った荷重などの、エンジンの流路内の燃焼ガスからの反作用荷重を伝達する。構造部材は、内側シュラウドおよび外側シュラウドからの半径方向荷重および円周方向荷重をさらに伝達する。様々な実施形態では、外側バンドは、外側シュラウドを取り囲む環状リングを画定するなどの構造的支持をさらに提供し、外側シュラウドに外側ドラムロータが結合され、長手方向に沿って延在する。さらに様々な実施形態では、トルクフレームは、外側シュラウドを外側バンドに結合する、少なくとも部分的に半径方向に沿って延在する接続部材をさらに含む。接続部材は、内側シュラウド、構造部材、および外側シュラウドからの荷重を外側バンドにさらに伝達することができる。接続部材は、望ましくないエンジン動特性を減衰させるように構成されたばね特性を画定することができる。接続部材は、構造部材の半径方向の成長または移動をさらに提供することができ、一方、外側バンドは構造的な剛性を提供する。さらに、接続部材は、外側シュラウドと外側バンドとの間に画定された二次流路内の高い温度勾配を減衰することができる。様々な実施形態では、外側シュラウドから外側バンドまでの接続部材は、噛み合ったタービン部用の吊り上げまたは片持ち外側ドラムロータを支持するのに十分な半径方向の剛性を提供しながら、熱的負荷、軸方向負荷、半径方向負荷および機械的負荷を外側バンドに伝達することができる。さらに、外側バンドは、望ましくない振動モード、高調波またはノイズを減衰させるために十分な剛性を提供することができ、かつ／または所望のエンジン動特性を一般的に促進することができる。
【００２４】
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／または軸方向の寸法）を低減しながら、燃料効率、動作効率および／または動力出力を向上させることができる。例えば、噛み合ったタービン部は、ガスタービンエンジンのバイパス比および／または全体の圧力比を増加させることができ、それによって、同様の動力出力および／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／または動力出力を増加させることができる。噛み合ったタービン部は、効率、性能、または動力出力を維持または改善しながら、静止したおよび／または回転する翼形部の数をさらに低減し、それによってエンジンの実装および／または重量を低減することができる。さらに、噛み合ったタービン部は、軸方向流れ面積と回転速度の二乗との積（ＡＮ２と呼ぶ積）を減少させ、タービン部の１段当たりの平均仕事率をさらに減少させることができる。
【００２５】
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す、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。ターボファンエンジンに関して以下でさらに説明するが、本開示は、船舶および産業用タービンエンジンおよび補助動力装置を含む、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む一般的なターボ機械にも適用可能である。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、長手方向Ｌに沿った上流端９９および下流端９８、ならびに円周方向Ｃ（図３〜図４に示す）を画定する。
【００２６】
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、長手方向Ｌに沿った直列の流れの配置で、圧縮機部２１、燃焼部２６、および噛み合ったタービン部９０（本明細書では「タービン部９０」と呼ぶ）を包囲するかまたは少なくとも部分的に流れる。ファンアセンブリ１４は、圧縮機部２１のほぼ前方または上流９９に配置される。図１に示す実施形態では、エンジン１０は、圧縮機部２１が長手方向Ｌに沿って直列配置で第１の圧縮機２２および第２の圧縮機２４を含む２スプール構成を画定する。ファンアセンブリ１４および第１の圧縮機２２は、エンジン１０の上流端９９に向かって第１のシャフト３６に連結され、第１のタービンロータ１００は、エンジン１０の下流端９８に向かって第１のシャフト３６に連結される。第１の圧縮機２２およびファンアセンブリ１４は、第１のタービンロータ１００によって駆動される。第２の圧縮機２４は、第２のシャフト３４に連結され、第２のタービンロータ１２０は、エンジン１０の下流端９８に向かって第２のシャフト３４に連結される。第２の圧縮機２４は、第２のタービンロータ１２０によって駆動される。様々な実施形態では、第１の圧縮機２２は低圧（ＬＰ）圧縮機を画定し、第２の圧縮機２４は高圧（ＨＰ）圧縮機を画定する。さらに様々な実施形態では、第１のタービンロータ１００は低速タービン３０を画定することができ、第２のタービンロータ１２０は高速タービン２８を画定することができる。
【００２７】
他の実施形態では、エンジン１０は、ファンロータ１５ならびに第１の圧縮機２２および第２の圧縮機２４を含むファンアセンブリ１４を圧縮機部２１が画定する、３スプール構成を画定することができる。第３のタービンロータ１３０（図２）は、ＩＰ圧縮機を画定する第１の圧縮機２２を駆動する中速タービンを画定することができる。低速タービン３０を画定する第１のタービンロータ１００は、ファンロータ１５に取り付けられて、ファンアセンブリ１４を駆動する。このような実施形態では、第３のタービンロータ１３０は、高速タービン２８を画定する第２のタービンロータ１２０に加えて、またはそれに代えて、第１のタービンロータ１００の間に互いに噛み合うように配置されてもよい。
【００２８】
再び図１を参照すると、ファンアセンブリ１４は、ファンロータ１５に結合された複数のファンブレード４２の少なくとも１つの段を含む。複数のファンブレード４２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。様々な実施形態では、ファンロータ１５は、長手方向Ｌに沿ってファンブレード４２の複数の段を含むことができる。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。
【００２９】
他の実施形態では、ファンアセンブリ１４は、ファンロータ１５と、タービン部９０に連結された第１のシャフト３６との間に配置された動力ギヤボックスまたは減速ギヤボックスをさらに含むことができる。ギヤボックスは、第１のシャフト３６を介してファンロータ１５が取り付けられているタービン部９０のタービンロータに対してファンロータ１５の回転速度を低下させることができる。
【００３０】
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的に提供される。タービン部９０は、回転可能なトルクフレーム１０１を含む第１のタービンロータ１００を含む。図３〜図１２に一般的に示す様々な実施形態でさらに詳細に示すように、トルクフレーム１０１は、内側シュラウド１１２、外側シュラウド１１４、および内側シュラウド１１２を外側シュラウド１１４に結合する少なくとも１つの構造部材１１６を含む。様々な実施形態では、外側ドラムロータ１１０は、トルクフレーム１０１から長手方向Ｌに沿って延在する。外側ドラムロータ１１０は、半径方向Ｒに沿って内側に延在する複数の外側ドラム翼形部１１８を含む。図１〜図２に示すような様々な実施形態では、内側シュラウド１１２は、長手方向Ｌに沿って延在する内側ドラムロータ１１１に結合されてもよい。内側ドラムロータ１１１は、半径方向Ｒに沿って外側に延在する複数の内側ドラム翼形部１１９を含む。
【００３１】
図１〜図２に一般的に示すような様々な実施形態では、内側ドラムロータ１１１は、構造部材１１６の内側シュラウド１１２から長手方向Ｌに沿って下流端９８に向かって延在している。さらに様々な実施形態では、外側ドラムロータ１１０は、図１、図２および図１１、図１２に一般的に示すように、燃焼部２６に向かう長手方向Ｌに沿って構造部材１１６から上流端９９に向かって延在する。図１２に一般的に示すようなさらに別の実施形態では、外側ドラムロータ１１０は、トルクフレーム１０１から上流端９９に向かって、かつ下流端９８に向かって延在してもよい。
【００３２】
図２をさらに参照すると、タービン部９０は、外側ドラムロータ１１０の１つまたは複数の構造部材１１６の前方または上流９９に配置された第２のタービンロータ１２０をさらに含むことができる。第２のタービンロータ１２０は、半径方向Ｒに沿って外側に延在する複数の第２の翼形部１２２を含む。様々な実施形態では、第２のタービンロータ１２０は、構造部材１１６の前方または上流９９に、外側ドラムロータ１１０と噛み合って配置される。例えば、図１に示すように、エンジン１０およびタービン部９０は、上流端９９から下流端９８まで、直列の流れの配置で、外側ドラムロータ１１０の複数の外側ドラム翼形部１１８、第２のタービンロータ１２０の複数の第２の翼形部１２２、トルクフレーム１０１の１つもしくは複数の構造部材１１６、および複数の内側ドラム翼形部１１９の１つもしくは複数の段を画定することができる。様々な実施形態では、タービン部９０は、長手方向Ｌに沿って複数の外側ドラム翼形部１１８と複数の第２の翼形部１２２とを交互に複数回反復するように画定することができる。一実施形態では、第１のタービンロータ１００は、包括的に１から１０までの回転する段を画定してもよい。例えば、トルクフレーム１０１は、外側シュラウド１１４、内側シュラウド１１２、および構造部材１１６を少なくとも１つの段として画定することができる。別の実施形態では、第１のタービンロータ１００は、包括的に３から１０の回転する段を画定してもよい。一実施形態では、第２のタービンロータ１２０は、外側ドラムロータ１１０に結合され、外側ドラムロータ１１０から延在する複数の外側ドラムロータ翼形部１１８と噛み合う（すなわち、長手方向Ｌに沿って交互に離間して配置された）少なくとも１つの回転する段を画定することができる。
【００３３】
再び図２を参照すると、エンジン１０は、第２のタービンロータ１２０から独立に回転可能な第３のタービンロータ１３０をさらに含むことができる。第３のタービンロータ１３０は、外側ドラムロータ１１０と噛み合う複数の第３のタービン翼形部１３２を含む。図１には示していないが、図１に示す第２のタービンロータ１２０の１つまたは複数の回転する段は、代替的に、図２に示すような第３のタービンロータ１３０として画定することができ、第３のタービンロータ１３０は、エンジン１０の第３の圧縮機（図示せず）を駆動することを理解されたい。
【００３４】
図１〜図２を参照すると、エンジン１０の動作中に、矢印７４によって概略的に示すある量の空気が、ナセルおよび／またはファンアセンブリ１４の関連する入口７６を通ってエンジン１０に入る。空気７４がファンブレード４２を横切って通過する際に、矢印７８によって概略的に示す空気の一部は、バイパス空気流路４８に導かれ、または送られ、一方、矢印８０によって概略的に示す空気の別の部分は、ファンアセンブリ１４を通り、入口２０を通って導かれる。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徐々に圧縮される。
【００３５】
矢印８２で概略的に示すように、ここで圧縮された空気は、燃焼部２６に流入し、そこで燃料が導入されて圧縮空気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に流入し、タービン部９０の第１のタービンロータ１００および第２のタービンロータ１２０、ならびに様々な実施形態では、第３のタービンロータを回転させて、圧縮機部２１および／またはファンアセンブリ１４内のそれぞれ結合された回転部材の動作を支援する。
【００３６】
ここで図３を参照すると、トルクフレーム１０１の例示的な実施形態が一般的に示されている。トルクフレーム１０１は、内側シュラウド１１２と、内側シュラウド１１２の半径方向Ｒの外側にある外側シュラウド１１４と、を含む。少なくとも１つの構造部材１１６は、内側シュラウド１１２と外側シュラウド１１４とを少なくとも部分的に半径方向Ｒに結合する。
【００３７】
様々な実施形態では、構造部材１１６はそれぞれ、正圧側面、負圧側面、前縁、および後縁を画定する翼形部を画定する。翼形部を画定する構造部材１１６は、一般に、トルクフレーム１０１の回転を可能にするように構成される。例えば、トルクフレーム１０１は、第１のタービンロータ１００の一部として、軸方向中心線１２に沿って回転するように構成され、第１の速度で第１の方向に外側ドラムロータ１１０および内側ドラムロータ１１１と共に回転する。
【００３８】
図２を再び参照すると、構造部材１１６は、軸方向中心線１２および半径方向Ｒに対して傾斜角１０９を画定することができる。図２に示すような一実施形態では、構造部材１１６の外径が構造部材１１６の内径の上流に配置されるように、傾斜角１０９が画定される。例えば、傾斜角１０９は、軸方向中心線１２に対して約９０度以上に画定することができる。別の実施形態では、傾斜角１０９は、軸方向中心線１２に対して約１８０度未満である。さらに様々な実施形態では、傾斜角１０９は、軸方向中心線１２に対して約９０度、すなわちほぼ垂直であってもよい。
【００３９】
図３に示す実施形態では、構造部材１１６は、構造部材１１６が内側シュラウド１１２から上流端９９に向かって延在する（すなわち、構造部材１１６の半径方向内側端部が半径方向外側端部よりもさらに下流にある）ように、鈍角または前方の傾斜角１０９を画定することができる。鈍角または前方の傾斜角１０９は、タービン部９０の回転中にトルクフレーム１０１上の遠心荷重を打ち消すまたは相殺することができる。鈍角の傾斜角１０９は、トルクフレーム１０１ならびに外側ドラムロータ１１０および内側ドラムロータ１１１の１つまたは複数を含む第１のタービンロータ１００の回転などによって、構造部材１１６がエンジン１０の動作中に軸方向荷重を打ち消すまたは相殺することを可能にする。鈍角の傾斜角１０９は、さらに、構造部材１１６が、コア流路７０を通る燃焼ガス８６の流れによって生じる軸方向荷重を打ち消すまたは相殺することを可能にすることができる。
【００４０】
しかしながら、図２に示す実施形態では、構造部材１１６および／または外側シュラウド翼形部１１８は、それぞれ、ほぼ垂直または鋭角の傾斜角１０９を画定することができ、その傾斜角１０９では、１つまたは複数の構造部材１１６および／または外側シュラウド翼形部１１８が、軸方向中心線１２からほぼ半径方向外側にまたは上流端９９に向かって延在する（すなわち、翼形部１１６、１１８の半径方向内側端部は、半径方向外側端部とほぼ等しいか、またはそれよりさらに上流にある）。
【００４１】
本明細書でさらに説明するように、トルクフレーム１０１は、燃焼ガス８６から仕事またはエネルギーを抽出して、トルクフレーム１０１、外側ドラムロータ１１０、および内側ドラムロータ１１１の回転を可能にするように構成される。さらに、構造部材１１６などのトルクフレーム１０１は、長手方向Ｌに沿う負荷などの、エンジン１０のコア流路７０内の燃焼ガス８６からの反作用荷重を伝達するように構成されている。構造部材１１６は、内側シュラウド１１２およびそれに取り付けられた内側ドラムロータ１１１ならびに外側シュラウド１１４およびそこに取り付けられた外側ドラムロータ１１０から半径方向Ｒおよび円周方向Ｃに沿って荷重をさらに伝達する。
【００４２】
ここで、図４に示すトルクフレーム１０１の例示的な実施形態を参照すると、外側バンド１１３が外側シュラウド１１４に結合され、外側シュラウド１１４の半径方向Ｒに外側に配置される。外側バンド１１３は、少なくとも部分的に円周方向Ｃに延在する。様々な実施形態では、外側バンド１１３は、トルクフレーム１０１の外側シュラウド１１４の周りに環状に延在する。外側シュラウド１１４に結合された外側バンド１１３は、外側シュラウド１１４を取り囲む環状リングを画定するなどの構造的支持をさらに提供し、外側シュラウド１１４には、外側ドラムロータ１１０が結合され、長手方向Ｌに沿って延在する。さらに様々な実施形態では、トルクフレーム１０１は、外側シュラウド１１４を外側バンド１１３に結合する、少なくとも部分的に半径方向に沿って延在する接続部材１０５（図４〜図１２に示す）をさらに含む。接続部材１０５は、さらに、内側シュラウド１１２および内側ドラムロータ１１１、構造部材１１６、外側シュラウド１１４および外側ドラムロータ１１０から外側バンド１１３への荷重を伝達することができる。
【００４３】
接続部材１０５および外側バンド１１３を含むトルクフレーム１０１は、外側ドラムロータ１１０を吊り上げる、または片持ちにすることができる外側ドラムロータ１１０のための構造的支持を共に画定することができる。接続部材１０５は、望ましくないエンジン動特性を減衰させるように構成されたばね特性を画定することができる。接続部材１０５は、構造部材１１６の半径方向の成長、移動、または変位をさらに提供することができ、一方、外側バンド１１３は構造的剛性を提供する。接続部材１０５は、熱的負荷および機械的負荷、例えば、軸方向または長手方向Ｌに沿った負荷、半径方向Ｒに沿った負荷、ならびに／あるいは長手方向Ｌ、半径方向Ｒ、および／または円周方向Ｃに沿ったひねり、曲げ、振動、もしくはねじり負荷などを伝達することができる。さらに、接続部材１０５は、外側シュラウド１１４と外側ドラムロータ１１０と外側バンド１１３との間に画定された二次流路６９内の高い温度勾配を減衰させることができる。
【００４４】
様々な実施形態では、エンジン１０の動作中に、外側シュラウド１１４から外側バンド１１３への接続部材１０５は、熱的負荷、軸方向負荷、半径方向負荷および機械的負荷を外側バンド１１３に伝達することができ、一方では、噛み合ったタービン部９０のための吊り上げまたは片持ち式の外側ドラムロータ１１０を支持するのに適切な半径方向の剛性を提供することができる。さらに、外側バンド１１３は、望ましくない振動モード、高調波またはノイズを減衰させるために十分な剛性を提供することができ、かつ／または所望のエンジン動特性を一般的に促進することができる。
【００４５】
例えば、トルクフレーム１０１は、外側ドラムロータ１１０と第２のタービンロータ１２０との噛み合いをさらに可能にすることができ、それは、外側ドラムロータ１１０を（例えば、低速タービンロータとして）燃焼部２６のすぐ下流に配置することを可能にするために、第２のタービンロータ１２０（例えば、高圧タービンロータまたは高速タービンロータ）の前方または上流を含む。したがって、トルクフレーム１０１は、燃焼部２６の下流の第１のタービンベーンまたはノズルの必要性または存在を回避することができ、それによってタービン部９０の性能および／または効率、エンジン１０の性能、動作性、および／または効率を改善し、かつ／あるいはエンジン１０の重量、部品数、および／または実装（例えば、長手方向および／または半径方向寸法）を低減することができる。さらに様々な実施形態では、トルクフレーム１０１は、吊り上げまたは片持ちの外側ドラムロータ１１０および内側ドラムロータ１１１を長手方向Ｌに沿って反対方向に少なくとも部分的に延ばすことを可能にする構造的支持を提供することができる。
【００４６】
ここで図５を参照すると、図４に示すトルクフレーム１０１の例示的な実施形態の一部の斜視図が一般的に示されている。図５に示す実施形態では、各接続部材１０５は、（例えば、外側シュラウド１１４の外径に沿って）外側シュラウド１１４に近接するかまたは隣接する第１の端部１０６を画定することができる。各接続部材１０５は、（例えば、外側バンド１１３の内径に沿って）外側バンド１１３に近接するかまたは隣接する第２の端部１０８をさらに画定することができる。各接続部材１０５は、第１の端部１０６と第２の端部１０８との間に中間部分１０７をさらに画定することができる。
【００４７】
様々な実施形態では、１つまたは複数の接続部材１０５は、様々な厚さを画定することができる。例えば、接続部材１０５の１つまたは複数は、第１の端部１０６および／または第２の端部１０８の周りに配置された第１の厚さと、それらの間の中間部分１０７の少なくとも一部分内に配置された第２の厚さと、を画定することができる。別の例では、接続部材１０５の１つまたは複数の中間部分１０７は、第１の端部１０６と第２の端部１０８との間で厚さが増加および／または減少してもよい。さらに別の例では、各接続部材１０５は、第１の端部１０６と第２の端部１０８との間に異なる厚さまたは交互の厚さを画定することができる。様々な実施形態では、複数の厚さまたは定義を使用して、二次流路６９に沿った熱勾配を減衰させ、望ましくない振動モードを減衰させ、所望の構造剛性または柔軟性を促進し、かつ／または第２のタービンロータ１２０と噛み合う外側ドラムロータ１１０の構造的支持を促進することができる。さらに、外側バンド１１３、または接続部材１０５、またはその両方は、望ましくない振動モード、高調波またはノイズを減衰させるために十分な剛性を提供することができ、かつ／または所望のエンジン動特性を一般的に促進することができる。
【００４８】
ここで図６〜図７を参照すると、図４〜図５に示すトルクフレーム１０１の例示的な実施形態の長手方向Ｌに沿った側面図が一般的に示されている。図４〜図７を参照すると、外側シュラウド１１４は、（図６、図７に示すように）少なくとも部分的に長手方向Ｌに沿って、かつ（図４、図５に示すように）少なくとも部分的に円周方向Ｃに沿って延在するプラットフォーム１１５をさらに画定することができる。接続部材１０５は、プラットフォーム１１５から外側バンド１１３まで延在する。様々な実施形態では、プラットフォーム１１５は、外側バンド１１３とほぼ同心でほぼ平行に延在する壁を画定することができる。ほぼ同心でほぼ平行なプラットフォーム１１５は、それからまたはそれに対して接続部材１０５が実質的に半径方向Ｒに沿って力またはトルクを伝達する表面を提供することができる。例えば、接続部材１０５は、エンジン１０の動作時にトルクフレーム１０１の回転中に誘起され得る半径方向荷重を構造部材１１６から伝達することができる。接続部材１０５は、燃焼ガス８６が構造部材１１６を横切って流れるにつれて、構造部材１１６の熱膨張による半径方向の成長をさらに可能にすることができる。
【００４９】
図６に示すトルクフレーム１０１の例示的な実施形態を参照すると、接続部材１０５は、概して、「Ｃ」字形の断面を画定することができる。接続部材１０５は、少なくとも半径方向Ｒに沿って、例えば圧縮または張力などのばね特性を画定することができる。図７に示す例示的な実施形態を参照すると、接続部材１０５は、概して、ばね（例えば、図５および図７に示すような「Ｖ」字形またはジグザグの断面、図６に示すような「Ｃ」字形の断面）を画定し、構造部材１１６を含むトルクフレーム１０１の半径方向Ｒ、軸方向もしくは長手方向Ｌ、および／または円周方向Ｃに沿った移動、変位、または成長を吸収するように構成することができる。
【００５０】
ここで、図８〜図９に一般的に示すトルクフレーム１０１の例示的な実施形態の斜視図を参照すると、接続部材１０５は、外側シュラウド１１４から外側バンド１１３まで少なくとも部分的に接線方向に延在することができる。図８に示す実施形態では、接続部材１０５は、外側シュラウド１１４から外側バンド１１３までほぼ円周方向Ｃまたは接線方向に沿ってほぼ直線状に延在する。図９に示す実施形態では、接続部材１０５は、蛇行構造を少なくとも部分的に画定する。例えば、蛇行構造は、接続部材１０５の１つまたは複数の中間部分１０７に波形を画定することができる。
【００５１】
図１０は、一般に、図８〜図９に一般的に示すトルクフレーム１０１の実施形態の側面図を一般的に示す。一般的に示す側面図は、図６〜図７に示して説明した実施形態と実質的に同様に構成される。
【００５２】
図８〜図１０を参照すると、一実施形態では、トルクフレーム１０１は、ほぼ直線状の中間部分１０７と部分的に蛇行した中間部分１０７との組み合わせを画定する複数の接続部材１０５を画定することができる。例えば、接続部材１０５は、ほぼ直線状の中間部分１０７と蛇行した中間部分１０７との交互の組み合わせを画定することができる。別の例として、トルクフレーム１０１の接続部材１０５は、ほぼ直線状の中間部分１０７と蛇行した中間部分１０７との交互の組み合わせと、様々な厚さの中間部分１０７の交互の組み合わせと、を画定することができる。
【００５３】
ここで図３〜図１０を参照すると、様々な実施形態では、外側バンド１１３は、エンジン１０（図１に示す）の軸方向中心線１２に関してほぼ同心の環状リングを画定することができる。一実施形態では、外側バンド１１３は、中実の環状リングを画定する。外側バンド１１３は、内側シュラウド１１２、構造部材１１６、外側バンド１１３、および接続部材１０５からの機械的負荷および熱的負荷を吸収するための強度および材料特性を画定することができる。別の実施形態では、外側バンド１１３は、限定はしないが、ボルト、ナット、ナットプレート、ねじ、リベット、またはピン、あるいは溶接、はんだ付け、またはろう付けなどの１つまたは複数の接合プロセスなどの、機械的締結具を介して複数のセグメントが互いに接着されたセグメント化されたリングを画定する。
【００５４】
図５に戻って参照すると、さらに様々な実施形態では、外側バンド１１３は、１つまたは複数の平衡面１５０を画定することができる。一実施形態では、平衡面１５０は、１つまたは複数のオリフィスにおいて画定され、バランスウェイトを外側バンド１１３に結合するためにオリフィスを通して締結具が設置される。オリフィスは、外側ドラムロータ１１０が外側バンド１１３に結合される場所をさらに画定することができる。バランスウェイトは、特別に加重された締結具または締結具に結合されたウェイトであってもよい。
【００５５】
別の実施形態では、平衡面１５０は、ロータバランスを変更するために材料が除去または追加される領域として外側バンド１１３上に画定される。例えば、平衡面１５０は、研削または切断などによって材料が除去される領域を画定することができる。別の例として、平衡面１５０は、溶接、ストラップなどにより材料が追加される領域を画定することができる。平衡面１５０は、外側シュラウド１１４または内側シュラウド１１２のうちの１つまたは複数においてさらに画定されてもよい。様々な実施形態では、外側バンド１１３、外側シュラウド１１４、および内側シュラウド１１２のうちの１つまたは複数は、ウェイトが接着される１つまたは複数の位置（例えば、機械的締結具、接合プロセスまたは保持クリップ）を画定して、トルクフレーム１０１を含む第１のタービンロータ１００の所望の静的および／または動的バランスを達成することができる。
【００５６】
ここで図１１〜図１２を参照すると、回転可能なトルクフレーム１０１を含むタービン部９０の例示的な実施形態が一般的に示されている。タービン部９０およびトルクフレーム１０１は、図１〜図１０に関して示し説明したものと実質的に同様に構成されている。図１１〜図１２に一般的に示す実施形態では、トルクフレーム１０１は、第１のシャフト３６にさらに結合される。第１のシャフト３６は、長手方向Ｌに沿って延在し、ファンアセンブリ１４（図１）に結合される。このように、トルクフレーム１０１は、コア流路７０内の燃焼ガス８６からエネルギーをさらに抽出し、外側ドラムロータ１１０からの構造的支持および負荷伝達を提供し、第１のシャフト３６に結合されたファンアセンブリ１４を駆動するエネルギーを提供することができる。
【００５７】
図１１に一般的に示す実施形態では、トルクフレーム１０１は、減速アセンブリ４５を取り囲む回転可能なハウジング１２４にさらに結合される。ハウジング１２４は、一般的に軸方向部分１２６および半径方向部分１２７を含む。半径方向部分１２７は、減速アセンブリ４５の出力構成要素４９に結合される。半径方向部分１２７は、反対側の端部においてファンアセンブリ１４（図１）に結合された第１のシャフト３６にさらに結合される。
【００５８】
図１２に一般的に示す実施形態では、第１のシャフト３６は、減速アセンブリ４５の出力構成要素４９にさらに結合される。図１１〜図１２を参照すると、図３〜図１０に示して説明したトルクフレーム１０１の様々な実施形態と同様に、トルクフレーム１０１は、減速アセンブリ４５、第１のシャフト３６、およびファンアセンブリ１４（図１）からの負荷伝達をさらに支援する。このように、トルクフレーム１０１は、負荷に反作用し、前述のアセンブリから生じる動特性を減衰させるようにさらに構成される。
【００５９】
引き続き図３〜図１２を参照すると、トルクフレーム１０１、内側ドラムロータ１１１および／または外側ドラムロータ１１０の少なくとも一部は、一体に形成された構造を画定することができる。この構造は、積層造形または３Ｄ印刷などの様々なプロセスで形成することができるが、これに限定されるものではない。一体に形成された構造は、それに加えて、またはその代わりに、１つまたは複数の鋳造、鍛造、および／または機械加工プロセスを含むことができる。一実施形態では、１つまたは複数の構造部材１１６と、内側シュラウド１１２と、外側シュラウド１１４と、が共に一体構造を画定することができる。別の実施形態では、１つまたは複数の構造部材１１６、内側シュラウド１１２、外側シュラウド１１４、複数の接続部材１０５、および外側バンド１１３が、共に一体構造を画定する。さらに他の実施形態では、構造部材１１６、内側シュラウド１１２、外側シュラウド１１４、接続部材１０５、および／または外側バンド１１３のうちの１つまたは複数は、１つまたは複数の機械的締結具および／または接合プロセスにより、１つまたは複数の一体に画定された構造とは独立して、またはそれと併せて、互いに接着されてもよい。
【００６０】
タービン部９０は、トルクフレーム１０１、外側ドラムロータ１１０、内側ドラムロータ１１１、第２のタービンロータ１２０、またはこれらの個々の段を含み、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、それらは、限定はしないが、ニッケル系合金、コバルト系合金、鉄系合金、またはチタン系合金などであり、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が、これらに限定されない。タービン部９０、またはその一部分もしくはその一部分の組み合わせは、積層造形もしくは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、またはこれらの組み合わせを用いて形成することができる。タービン部９０またはその一部分は、ナット、ボルト、ねじ、ピン、もしくはリベットなどの締結具を使用して、または溶接、接着、摩擦もしくは拡散接合などの接合方法、または締結具および／または接合方法の組み合わせを使用して、機械的に接合されてもよい。外側ドラムロータ１１０、内側ドラムロータ１１１、および／または第２のタービンロータ１２０は、その個々の段を含み、ドラムまたはハブに取り付けられた個々のブレード、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として構成されてもよい。
【００６１】
本明細書に示して説明するタービン部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／または動力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のタービンロータ１２０の間で噛み合っている複数の外側ドラム翼形部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、部品数を減らすことができる。さらに、タービン部９０は、重量またはサイズ（例えば、軸方向長さ）をエンジン１０に追加することなく、減速ギヤボックスに匹敵する効率的利益を提供することができる。燃焼部２６の下流の第１の段としての外側ドラムロータ１１０は、燃焼器ホットスポットを占める燃焼部２６の設計上の制約を取り除くことによってエンジン効率をさらに改善することができる。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に対する要求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。
【００６２】
さらに、外側バンド１１３および接続部材１０５を含むトルクフレーム１０１は、軸方向の、半径方向の、ねじりの、熱的な、または他の機械的負荷に応答する構造的支持を提供することができ、それによって、吊り上げまたは片持ちの外側ドラムロータ１１０が第２のタービンロータ１２０の複数の段と噛み合うことを可能にすることができる。さらに、トルクフレーム１０１の構造的支持は、外側ドラムロータ１１０がＨＰタービンを画定する第２のタービンロータ１２０の前方または上流にオーバーハングすることを可能にすることができる。あるいは、トルクフレーム１０１は、外側ドラムロータ１１０が前方または上流にオーバーハングして、複数の外側ドラム翼形部１１８を燃焼部２６のすぐ下流に配置する（すなわち、第１のタービンベーンまたはノズルの配置の代わりにまたはそれを取り除く）ことを可能にすることができる。
【００６３】
様々な実施形態では、トルクフレーム１０１を含む第１のタービンロータ１００は、正圧側面および負圧側面を含む回転翼形部を画定する構造部材１１６の段と、外側ドラム翼形部１１８の１つまたは複数の段と、を含む、少なくとも２段の翼形部を画定することができる。さらに別の実施形態では、第１のタービンロータ１００は、トルクフレームの構造部材１１６の段と、外側ドラム翼形部１１８の１つまたは複数の段と、内側ドラム翼形部１１９の１つまたは複数の段と、を含む少なくとも３つの段の翼形部を画定することができる。様々な実施形態では、トルクフレーム１０１は熱勾配減衰を提供し、それにより、二次流路６９内のガス８７の有害な影響を緩和する。
【００６４】
本明細書で説明される図１〜図１２に示すシステムは、重量、部品数、および／または実装（例えば、半径方向寸法および／または軸方向寸法）を維持または減少させながら、燃料消費を低減し、動作性を高め、エンジン性能および／または動力出力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、同様の出力を有する他のガスタービンエンジンに対する実装を維持または減少させながら、ターボファンなどの既存のガスタービンエンジン構成に対して、増加したバイパス比および／または全体的な圧力比を可能にすることができる。本明細書に記載されたシステムは、改善されたバイパス比および／または全体的な圧力比に寄与することができ、それにより全体のガスタービンエンジン効率を増加させることができる。本明細書で提供されるシステムは、冷却空気（例えば、ノズルガイドベーン）を必要とする固定翼形部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、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）の数を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、効率を高めることができる。
【００６５】
さらに、図１〜図１２に示し、本明細書に記載したシステムは、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（本明細書では積を「ＡＮ２」と呼ぶ）を減少させることができる。例えば、図１〜図１２に関して示して説明したエンジン１０は、一般に、従来のギヤ付きターボファン構成に比べてＡＮ２を低減することができる。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を低下させることは、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）を増加させる。しかし、本明細書に記載されたシステムは、ＡＮ２を低下させることができるが、タービン部９０の下流端９８に向かって噛み合わないタービン構造（すなわち、内側シュラウド１１２および複数の内側ドラム翼形部１１９）を画定しながら第１のタービンロータ１００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、（類似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することもできる。したがって、第１のタービンロータ１００は、平均段仕事係数を減少させ、したがってＡＮ２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るが、同様のＡＮ２値を生成するために軸方向長さの増加を緩和することができる。第１のタービンロータ１００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の回転および固定の翼形部の総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。
【００６６】
さらに、本明細書に記載の図１〜図１２に示すシステムは、高速タービン２８を画定する第２の回転部品１２０の前方または上流９９で第１のタービンロータ１００を噛み合わせることによって、エンジン効率をさらに改善し、翼形部の数を減らし、エンジン重量を低減し、および／または燃焼部の設計制約を緩和することができる。例えば、第１のタービンロータ１００の第１段を、それらの間に第１のタービンベーンまたはノズルガイドベーンを設けずに、燃焼部２６のすぐ下流９８に画定し、さらに第１のタービンロータ１００を第２の回転部品１２０と反対方向に回転するように画定することによって、固定した第１のタービンベーンまたはノズルガイドベーンとは対照的に、第１のタービンロータ１００の第１段の全体の燃焼ホットスポットの影響を低減することができる。このように、本明細書に記載のタービン部９０およびエンジン１０は、他の設計基準に有利なホットスポットまたは燃焼パターン係数を強調しないことによって、燃焼部２６の設計に対する制約、例えば排出物を削減し、リーンブローアウト（ＬＢＯ）および／または高度再点火を改善し、動作エンベロープの一部または全部にわたる全体的な動作性を改善し、あるいは動作エンベロープを増加させることなどを取り除くことができる。
【００６７】
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、
軸方向中心線（１２）の周りに円周方向（Ｃ）に画定された内側シュラウド（１１２）と、前記内側シュラウド（１１２）を取り囲み、前記軸方向中心線（１２）の周りに円周方向（Ｃ）に画定された外側シュラウド（１１４）と、半径方向（Ｒ）に沿って延在し、前記内側シュラウド（１１２）および前記外側シュラウド（１１４）に結合された構造部材（１１６）と、を含むトルクフレーム（１０１）を含み、前記トルクフレーム（１０１）は、前記軸方向中心線（１２）の周りを回転するように構成される、ガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様２］
前記構造部材（１１６）は、前記軸方向中心線（１２）に対して傾斜角（１０９）を画定するように長手方向（Ｌ）に沿って延在する、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様３］
前記傾斜角（１０９）は、前記軸方向中心線（１２）に対して鋭角であり、前記構造部材（１１６）の半径方向外側端部は、前記構造部材（１１６）の半径方向内側端部の上流に配置される、実施態様２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様４］
前記傾斜角（１０９）は、前記軸方向中心線（１２）に対して鋭角であり、前記構造部材（１１６）の半径方向内側端部は、前記構造部材（１１６）の半径方向外側端部の上流に配置される、実施態様２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様５］
前記構造部材（１１６）は、正圧側面および負圧側面を画定する翼形部を画定する、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］
前記トルクフレーム（１０１）は、前記外側シュラウド（１１４）を円周方向（Ｃ）に取り囲む外側バンド（１１３）をさらに含み、前記外側バンド（１１３）は、少なくとも部分的に前記半径方向（Ｒ）に沿って延在する、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様７］
少なくとも部分的に前記半径方向（Ｒ）に沿って延在し、前記外側シュラウド（１１４）および前記外側バンド（１１３）に結合された複数の接続部材（１０５）をさらに含む、実施態様６に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様８］
前記接続部材（１０５）は、少なくとも部分的に前記円周方向（Ｃ）に沿って前記外側シュラウド（１１４）から前記外側バンド（１１３）まで延在する、実施態様７に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様９］
前記接続部材（１０５）はばねを画定する、実施態様７に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１０］
前記接続部材（１０５）は、ほぼＶ字形の断面を画定する、実施態様７に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１１］
前記外側バンド（１１３）は、前記軸方向中心線（１２）の周りにほぼ同心の環状リングを画定する、実施態様６に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１２］
前記外側シュラウド（１１４）は、少なくとも部分的に前記長手方向（Ｌ）に沿って、かつ少なくとも部分的に前記円周方向（Ｃ）に沿って延在するプラットフォーム（１１５）を画定し、前記接続部材（１０５）は、前記プラットフォーム（１１５）から前記外側バンド（１１３）まで延在する、実施態様７に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１３］
前記外側バンド（１１３）は、内径の一部に沿って、かつ／または外径の一部に沿って、１つまたは複数の平衡面（１５０）を画定する、実施態様６に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１４］
前記構造部材（１１６）、前記内側シュラウド（１１２）、および前記外側シュラウド（１１４）は共に一体構造を画定する、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１５］
前記構造部材（１１６）、前記内側シュラウド（１１２）、前記外側シュラウド（１１４）、前記複数の接続部材（１０５）、および前記外側バンド（１１３）は、共に一体構造を画定する、実施態様７に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１６］
前記トルクフレーム（１０１）の前記外側バンド（１１３）に結合された外側ドラムロータ（１１０）をさらに含み、前記外側ドラムロータ（１１０）は、前記半径方向（Ｒ）に沿って内側に延在する複数の外側ドラム翼形部（１１８）の１つまたは複数の段を含む、実施態様６に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１７］
前記外側ドラムロータ（１１０）の半径方向内側に配置された第２のタービンロータ（１２０）をさらに含み、前記第２のタービンロータ（１２０）は、前記半径方向（Ｒ）に沿って外側に延在する第２のタービン翼形部（１２２）の１つまたは複数の段を含み、さらに前記第２のタービンロータ（１２０）は、前記トルクフレーム（１０１）および前記外側ドラムロータ（１１０）に対して独立して回転可能であり、前記トルクフレーム（１０１）は、前記第２のタービンロータ（１２０）の下流に配置される、実施態様１６に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１８］
前記トルクフレーム（１０１）および前記外側ドラムロータ（１１０）は共に低速ロータを画定し、前記第２のタービンロータ（１２０）は前記低速ロータに対して高速ロータを画定する、実施態様１７に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１９］
前記トルクフレーム（１０１）の前記内側シュラウド（１１２）に結合された内側ドラムロータ（１１１）をさらに含み、前記内側ドラムロータ（１１１）は、前記半径方向（Ｒ）に沿って外側に延在する複数の内側ドラム翼形部（１１９）の１つまたは複数の段を含み、前記トルクフレーム（１０１）、前記外側ドラムロータ（１１０）、および前記内側ドラムロータ（１１１）は、共に前記軸方向中心線（１２）の周りを第１の速度で回転する、実施態様１６に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様２０］
前記外側ドラムロータ（１１０）の半径方向内側に配置された第２のタービンロータ（１２０）をさらに含み、前記第２のタービンロータ（１２０）は、前記半径方向（Ｒ）に沿って外側に延在する第２のタービン翼形部（１２２）の１つまたは複数の段を含み、さらに前記第２のタービンロータ（１２０）は、前記トルクフレーム（１０１）および前記外側ドラムロータ（１１０）に対して独立して回転可能であり、前記トルクフレーム（１０１）は、前記第２のタービンロータ（１２０）の上流に配置される、実施態様１６に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【符号の説明】
【００６８】
１０  ガスタービンエンジン
１２  軸方向中心線軸
１４  ファンアセンブリ
１５  ファンロータ
１８  （エンジンの）外側ケーシング
２０  環状入口
２１  圧縮機部
２２  第１の圧縮機
２４  第２の圧縮機
２６  燃焼部
２８  高速タービン
３０  低速タービン
３４  第２のシャフト
３６  第１のシャフト
４２  ファンブレード
４４  ナセル
４５  減速アセンブリ
４６  支柱
４８  バイパス空気流路
４９  出力構成要素
６９  二次流路
７０  コア流路
７４  空気
７６  関連する入口
７８  空気
８０  空気
８２  圧縮空気
８６  燃焼ガス
８７  ガス
９０  タービン部
９８  下流端
９９  上流端
１００  第１のタービンロータ
１０１  トルクフレーム
１０５  接続部材
１０６  第１の端部
１０７  中間部分
１０８  第２の端部
１０９  傾斜角
１１０  外側ドラムロータ
１１１  内側ドラムロータ
１１２  内側シュラウド
１１３  外側バンド
１１４  外側シュラウド
１１５  プラットフォーム
１１６  構造部材、翼形部
１１８  外側ドラム翼形部、外側シュラウド翼形部
１１９  内側ドラム翼形部
１２０  第２のタービンロータ、第２の回転部品
１２２  第２の翼形部
１２４  ハウジング
１２６  軸方向部分
１２７  半径方向部分
１３０  第３のタービンロータ
１３２  第３のタービン翼形部
１５０  平衡面
Ｃ  円周方向
Ｌ  長手方向
Ｒ  半径方向
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【外国語明細書】
2019082167000001.pdf