(57)【要約】【課題】第１のロータアセンブリ（１００）を含むガスタービンエンジン（１０）を、一般に提供する。【解決手段】第１のロータアセンブリ（１００）は、外側ドラム（１１０）と、外側ドラム翼形部（１１８）とを含む。外側ドラム翼形部（１１８）は、外側ドラム（１１０）に結合され、半径方向に沿って内向きに延びる。ダンパ構造（２００）は、外側ドラム（１１０）または外側ドラム翼形部（１１８）の１つまたは複数に結合される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側ドラム（１１０）と、外側ドラム翼形部（１１８）とを備える第１のロータアセンブリ（１００）を備え、前記外側ドラム翼形部（１１８）は、前記外側ドラム（１１０）に結合され、半径方向（Ｒ）に沿って内向きに延び、前記外側ドラム（１１０）または前記外側ドラム翼形部（１１８）の１つまたは複数に結合されたダンパ構造（２００）をさらに備える、ガスタービンエンジン（１０）。
【請求項２】
前記ダンパ構造（２００）が、実質的に環状のリングを規定し、前記環状のリングが、前記半径方向（Ｒ）に沿って外向きの力を生成する跳躍特性を規定する、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項３】
前記ダンパ構造（２００）が、前記ダンパ構造（２００）の第１の端部（２０１）および第２の端部（２０２）を規定するように、前記環状のリングを通る軸方向分割部（２０５）を規定する、請求項２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項４】
前記ダンパ構造（２００）が、前記ダンパ構造（２００）が結合される前記外側ドラム（１１０）または前記外側ドラム翼形部（１１８）の一部と略同方向に延びる第１の部分（２０７）を規定する、請求項２または３に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項５】
前記ダンパ構造（２００）が、１つまたは複数の半径（２０９）を前記半径方向（Ｒ）に沿って少なくとも部分的に内向きに延びる前記第１の部分（２０７）に規定し、前記１つまたは複数の半径（２０９）が、前記ダンパ構造（２００）への軸方向荷重に応じて前記ダンパ構造（２００）の跳躍を可能にする、請求項４に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項６】
前記ダンパ構造（２００）が、前記外側ドラム（１１０）の内側半径（２１７）に配置される、請求項１乃至５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７】
前記ダンパ構造（２００）が、前記外側ドラム翼形部（１１８）の前記半径方向（Ｒ）に沿って外向きに配置される、請求項６に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項８】
前記外側ドラム翼形部（１１８）が、前記半径方向（Ｒ）および長手方向（Ｌ）に少なくとも部分的に沿って延びるアーム（２１８）を規定し、前記外側ドラム（１１０）が、前記外側ドラム翼形部（１１８）の前記アーム（２１８）が配置されるハンガ溝（２１１）を規定するハンガ（２１０）を規定し、前記アーム（２１８）および前記ハンガ（２１０）が、前記外側ドラム翼形部（１１８）を前記外側ドラム（１１０）に結合する、請求項７に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項９】
前記ダンパ構造（２００）が、前記外側ドラム（１１０）、および前記外側ドラム翼形部（１１８）の２つ以上のアーム（２１８）に結合される、請求項８に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１０】
前記ダンパ構造（２００）が、前記外側ドラム翼形部（１１８）の内側半径（２１７）に配置される、請求項１乃至９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１１】
前記外側ドラム翼形部（１１８）が、長手方向（Ｌ）に少なくとも部分的に沿って延びるプラットフォーム（２１９）を規定し、前記外側ドラム翼形部（１１８）の前記内側半径（２１７）が、前記プラットフォーム（２１９）に規定され、さらに、前記ダンパ構造（２００）が、前記外側ドラム翼形部（１１８）の前記プラットフォーム（２１９）に配置される、請求項１０に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１２】
前記第１のロータアセンブリ（１００）の前記外側ドラム（１１０）の前記半径方向（Ｒ）に沿って内向きに配置された第２の翼形部（１１９）を備える第２のロータアセンブリ（１２０）をさらに備え、前記ダンパ構造（２００）が、前記半径方向（Ｒ）に沿って前記第２の翼形部（１１９）の外向きに前記第１のロータアセンブリ（１００）の前記外側ドラム（１１０）に配置される、請求項１乃至１１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１３】
前記第１のロータアセンブリ（１００）および前記第２のロータアセンブリ（１２０）が各々、前記エンジン（１０）の軸方向中心線（１２）の周りで回転可能であり、前記第１のロータアセンブリ（１００）および前記第２のロータアセンブリ（１２０）が、逆回転構成である、請求項１２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１４】
前記ダンパ構造（２００）が、前記第１のロータアセンブリ（１００）の波腹に概ね配置される、請求項１乃至１３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１５】
前記外側ドラム（１１０）が、前記外側ドラム（１１０）の内側半径（２１７）を通る溝（２２０）を規定し、前記ダンパ構造（２００）が、前記外側ドラム（１１０）の前記溝（２２０）内に配置される、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、一般に、逆回転タービンエンジンの振動モードを緩和するための構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンの設計者および製造業者がエンジン性能および効率を向上させようとするとき、１つの公知の解決策は、逆回転タービンを組み込むことである。しかし、逆回転タービンは、一般に、内側と外側のロータ速度の合計により振動モードを励起または増加させる。加えて、逆回転タービンエンジンの張り出し型または片持ち型のシュラウドの比較的大きな直径および小さな半径方向深さは、比較的低い固有の振動数または低次振動モードを規定し、したがってエンジン速度を制限し、かつ／またはエンジンを望ましくない振動モードにしてしまう。
【０００３】
公知の逆回転タービンエンジンは、特定の振動モードを緩和するためのより大型のかつ／またはより重量のある構造によって、逆回転構成の効率および性能の改善を逆に相殺してしまう。したがって、逆回転タービンエンジンの特定の振動モードを緩和する構造が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第９１４５８４７号
【発明の概要】
【０００５】
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。
【０００６】
本開示は、一般に、第１のロータアセンブリを含むガスタービンエンジンに関する。第１のロータアセンブリは、外側ドラムと、外側ドラム翼形部とを含む。外側ドラム翼形部は、外側ドラムに結合され、半径方向に沿って内向きに延びる。ダンパ構造は、外側ドラムまたは外側ドラム翼形部の１つまたは複数に結合される。
【０００７】
様々な実施形態では、ダンパ構造は、実質的に環状のリングを規定し、環状のリングは、半径方向に沿って外向きの力を生成する跳躍特性を規定する。一実施形態では、ダンパ構造は、ダンパ構造の第１の端部および第２の端部を規定するように、環状のリングを通る軸方向分割部を規定する。別の実施形態では、ダンパ構造は、ダンパ構造が結合される外側ドラムまたは外側ドラム翼形部の一部と略同方向に延びる第１の部分を規定する。また別の実施形態では、ダンパ構造は、１つまたは複数の半径を半径方向に沿って少なくとも部分的に内向きに延びる第１の部分に規定し、１つまたは複数の半径は、ダンパ構造への軸方向荷重に応じてダンパ構造の跳躍を可能にする。
【０００８】
さらに様々な実施形態では、ダンパ構造は、外側ドラムの内側半径に配置される。一実施形態では、ダンパ構造は、外側ドラム翼形部の半径方向に沿って外向きに配置される。別の実施形態では、外側ドラム翼形部は、半径方向および長手方向に少なくとも部分的に沿って延びるアームを規定する。外側ドラムは、外側ドラム翼形部のアームが配置されるハンガ溝を規定するハンガを規定し、アームおよびハンガは、外側ドラム翼形部を外側ドラムに結合する。また別の実施形態では、ダンパ構造は、外側ドラム、および外側ドラム翼形部の２つ以上のアームに結合される。
【０００９】
様々な実施形態では、ダンパ構造は、外側ドラム翼形部の内側半径に配置される。一実施形態では、外側ドラム翼形部は、長手方向に少なくとも部分的に沿って延びるプラットフォームを規定する。外側ドラム翼形部の内側半径は、プラットフォームに規定される。ダンパ構造は、外側ドラム翼形部のプラットフォームに配置される。
【００１０】
さらにまた様々な実施形態では、ガスタービンエンジンは、第２のロータアセンブリをさらに含む。第２のロータアセンブリは、第１のロータアセンブリの外側ドラムの半径方向に沿って内向きに配置された第２の翼形部を含む。ダンパ構造は、半径方向に沿って第２の翼形部の外向きに第１のロータアセンブリの外側ドラムに配置される。一実施形態では、第１のロータアセンブリおよび第２のロータアセンブリは各々、エンジンの軸方向中心線の周りで回転可能である。第１のロータアセンブリおよび第２のロータアセンブリは、逆回転構成である。別の実施形態では、第１のロータアセンブリおよび第２のロータアセンブリは、長手方向に沿って交互に配置される。さらに別の実施形態では、第１のロータアセンブリは、第２のロータアセンブリの上流に配置される。
【００１１】
一実施形態では、ダンパ構造は、第１のロータアセンブリの波腹に概ね配置される。
【００１２】
別の実施形態では、外側ドラムは、外側ドラムの内側半径を通る溝を規定する。ダンパ構造は、外側ドラムの溝内に配置される。
【００１３】
さらに別の実施形態では、ダンパ構造は、エンジンの圧縮機セクション、エンジンのタービンセクション、またはその両方に配置される。
【００１４】
一実施形態では、第１のロータアセンブリは、外側ドラムが結合される回転可能なトルクフレームをさらに含む。回転可能なトルクフレームは、第１のロータアセンブリの外側ドラムの回転を可能にする。
【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。
【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する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本開示の一態様による、タービンセクション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に概略的に示すガスタービンエンジンの本開示の一態様による、タービンセクションの例示的な実施形態の概略断面図である。
【図３】図２に概略的に示すタービンセクションの例示的な実施形態の一部の断面図である。
【図４】図２に概略的に示すタービンセクションの例示的な実施形態の別の部分の断面図である。
【図５】逆回転エンジンロータの振動モードを緩和するための構造の例示的な実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【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。
【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内にあ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、ある構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に使用することができ、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図するものではない。
【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。
【００２２】
「低」、「高」いう用語、またはそのそれぞれの比較級（該当する場合、〜ｅｒなど）は各々、特に指定のない限り、エンジン内の相対的な速度を指す。例えば、「低タービン」または「低速タービン」は、「高タービン」または「高速タービン」よりも一般的に低い回転速度を規定する。あるいは、特に指定のない限り、前述の用語は、その最上級で理解することができる。例えば、「低タービン」は、タービンセクション内の最も低い最大回転速度タービンを指すことができ、「高タービン」は、タービンセクション内の最も高い最大回転速度タービンを指すことができる。本明細書で使用する場合、「高タービン」または「高速タービン」は、一般に、低タービンまたは低速タービンよりも高い最大回転速度を規定する１つまたは複数のタービンロータを指す。さらに、「高タービン」への言及は、その複数を含むことができ、各々が、互いに別個のまたは互いに独立しており、かつ低速タービンの最大回転速度よりも大きい１つまたは複数の最大回転速度を規定する。
【００２３】
逆回転タービンエンジンの特定の振動モードを緩和することができるダンパ構造の実施形態が、一般に提供される。本明細書で概略的に示され説明される実施形態は、特定の振動モード（例えば、低次振動）を減少させるような、櫛型タービンまたは圧縮機セクションに適用することができる。一般に提供されるダンパ構造の実施形態は、１つまたは複数の第２のロータアセンブリの間で第１のロータアセンブリの櫛型構成を可能にするか、または櫛型構成をさらに拡張することができる。ダンパ構造はさらに、第１のロータアセンブリの外側ドラムまたはシュラウドの張り出し部分または片持ち部分を１つまたは複数の第２のロータアセンブリ上に延ばすことを可能にすることができる。このような櫛型構成は、ガスタービンエンジンの効率の向上、性能の改善、燃料の燃焼減少、およびより高い回転速度でのエンジンの動作性の改善を可能にする。
【００２４】
櫛型圧縮機またはタービンセクションは、重量、部品点数、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／または動力出力を増加させることができる。例えば、櫛型圧縮機またはタービンセクションは、ガスタービンエンジンのバイパス比および／または全体的な圧力比の増加を可能にし、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。櫛型圧縮機またはタービンセクションは、効率、性能、または動力出力を維持または改善しながら、固定および／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、櫛型タービンセクションは、軸方向流れ面積と回転速度の二乗との積（「ＡＮ２」と呼ばれる積）を低減し、タービンセクションの１段当たりの平均仕事率をさらに低減することができる。
【００２５】
ここで図面を参照すると、図１は、本開示の一態様によるタービンセクション３１の例示的な実施形態を組み込んだ、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」と呼ばれる）の概略断面図である。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、参照目的のためにエンジン１０を通っ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に沿った上流端部９９および下流端部９８、ならびに円周方向Ｃ（図２および図５）を規定する。
【００２６】
一般に、エンジン１０は、環状の入口２０を規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に沿って直列流れ配置で、圧縮機セクション２１、燃焼セクション２６、およびタービンセクション３１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、圧縮機セクション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、圧縮機セクション２１が第１の圧縮機２２および第２の圧縮機２４とを長手方向Ｌに沿って交互にまたは櫛型の配置で含む２スプール構成を規定する。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の上流端部９９に向かって第１のシャフト３６に結合され、第１のロータアセンブリ１００は、エンジン１０の下流端部９８に向かって第１のシャフト３６に結合される。第１の圧縮機２２およびファンアセンブリ１４は、第１のロータアセンブリ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に結合され、第２のロータ１２０は、エンジン１０の下流端部９８に向かって第２のシャフト３４に結合される。第２の圧縮機２４は、第２のロータ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）圧縮機を規定し、第２の圧縮機２４は、高圧（ＨＰ）圧縮機を規定する。さらに様々な実施形態では、第１のロータアセンブリ１００は、低速タービン３０を規定することができ、第２のロータ１２０は、高速タービン２８を規定することができる。
【００２７】
他の実施形態では、エンジン１０は、圧縮機セクション２１がファンロータ１５と、第１の圧縮機２２および第２の圧縮機２４とを含むファンアセンブリ１４を規定する３スプール構成を規定することができる。第３のタービンロータを規定するような（第１のロータアセンブリ１００に対する）別の高速タービンロータは、ＩＰ圧縮機を規定する第１の圧縮機を駆動する中速タービンを規定することができる。低速タービン３０を規定する第１のロータアセンブリ１００は、ファンロータ１５に取り付けられ、したがっ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、図１〜図４に概略的に示すタービンセクション３１の描写に関して、第３のタービンロータは、概して、第１のロータアセンブリ１００の間に櫛型構成で配置された第２のロータアセンブリ１２０によって表すことができ、または第２のロータアセンブリ１２０と交換可能とすることができる。
【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に外向きに延びる。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。環状の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む。一実施形態では、ナセル４４は、複数の円周方向に離間して配置された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通路４８を規定するように、外側ケーシング１８の外側部分（半径方向Ｒ）上に延びることができる。
【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、タービンセクション３１に結合された第１のシャフト３６との間に配置された減速アセンブリをさらに含むことができる。減速アセンブリは、ファンロータ１５が第１のシャフト３６を介して取り付けられるタービンセクション３１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１〜図５を参照すると、エンジン１０の動作中、矢印７４によって概略的に示す大量の空気が、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と、矢印７８によって概略的に示す空気の一部は、バイパス空気流通路４８に導かれるかまたは送られ、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を通して導かれる。空気８０は、圧縮機セクション２１を通って燃焼セクション２６に向かって流れるにつれて徐々に圧縮される。
【００３１】
矢印８２によって概略的に示すように、ここで圧縮空気は燃焼セクション２６に流入し、こ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、タービンセクション３１に流入し、タービンセクション３１の第１のロータアセンブリ１００および第２のロータアセンブリ１２０を回転させ、圧縮機セクション２１および／またはファンアセンブリ１４のそれぞれの結合された回転部材の動作を支持する。
【００３２】
ここで図２を参照すると、エンジン１０のタービンセクション３１の例示的な実施形態が概略的に示されている。タービンセクション３１は、長手方向Ｌに沿って交互に配置された（すなわち、櫛型の）第１のロータアセンブリ１００および第２のロータ１２０を含む。第１のロータアセンブリ１００は、軸方向中心線１２の周囲を円周方向に沿って延びる環状の外側ドラム１１０を含む。外側ドラム１１０は、長手方向Ｌに沿って延び、第２のロータ１２０を少なくとも部分的に取り囲む。第２のロータアセンブリ１２０は、第１のロータアセンブリ１００の外側ドラム１１０の半径方向Ｒに沿って内向きに配置された第２の翼形部１１９を含む。様々な実施形態では、第１のロータアセンブリ１００および第２のロータアセンブリ１２０は各々、エンジン１０の軸方向中心線１２の周りで回転可能である。第１のロータアセンブリ１００および第２のロータアセンブリ１２０は、逆回転構成（すなわち、互いに対して軸方向中心線１２の周囲を反対方向に回転する）である。しかし、他の実施形態では、第１のロータアセンブリ１００および第２のロータアセンブリ１２０は、共回転構成（すなわち、軸方向中心線１２の周囲を同じ方向に回転する）であってもよいことを理解されたい。
【００３３】
第１のロータアセンブリ１００は、回転可能なトルクフレーム１０１をさらに含む。トルクフレーム１０１は、軸方向中心線１２の周りで回転可能な略環状の構造を規定する。トルクフレーム１０１は、外側リング１１４と、内側リング１１２と、概して半径方向Ｒに沿って延び、外側リング１１４および内側リング１１２に結合された構造部材１１６とを含む。外側リング１１４および内側リング１１２の各々は、互いに対して略同心である。外側リング１１４および内側リング１１２はさらに、軸方向中心線１２に対して同心である。構造部材１１６は、半径方向および円周方向荷重を内側リング１１２に沿って外側リング１１４に伝達する。
【００３４】
様々な実施形態では、構造部材１１６は、軸方向中心線１２に対して略垂直、鋭角、または鈍角の傾斜角を規定する。構造部材１１６は、一般に、燃焼セクション２６からの燃焼ガス８６によって生成されるような軸方向荷重に対する支持を行う。トルクフレーム１０１は、トルクフレーム１０１および外側ドラム１１０を含む第１のロータアセンブリ１００の回転を可能にするように、仕事またはエネルギーを燃焼ガス８６から抽出するようにさらに構成される。このように、様々な実施形態では、トルクフレーム１０１の構造部材１１６は、効率的かつ効果的にエネルギーを燃焼ガス８６から抽出して第１のロータアセンブリ１００の回転を誘発するように、正圧側、負圧側、前縁、および後縁を含むような翼形部をさらに規定することができる。
【００３５】
図２をさらに参照すると、第１のロータアセンブリ１００は、外側ドラム１１０に結合され、半径方向Ｒに沿って内向きに延びる外側ドラム翼形部１１８をさらに含む。図２に示す例示的な実施形態で一般に提供され、図３にさらに詳細に示すように、外側ドラム翼形部１１８は、半径方向Ｒおよび長手方向Ｌに少なくとも部分的に沿って延びるアーム２１８を規定する。外側ドラム１１０は、長手方向Ｌに少なくとも部分的に沿った、かつ円周方向Ｃに少なくとも部分的に沿った部材として延びるハンガ２１０を規定する。ハンガ２１０は、外側ドラム翼形部１１８のアーム２１８が配置されるハンガ溝２１１を規定する。アーム２１８およびハンガ２１０は、外側ドラム翼形部１１８を外側ドラム１１０に結合する。例えば、アーム２１８およびハンガ２１０は、一般に、半径方向Ｒ、長手方向Ｌ、および円周方向Ｃに沿って外側ドラム翼形部１１８の支持および保持を行う。様々な実施形態では、外側ドラム翼形部１１８は、ハンガ溝２１１内に配置された隣接する円周方向配置の複数の翼形部を規定する。
【００３６】
ここで、図３に概略的に示すタービンセクション３１の一部の例示的な実施形態を参照すると、第１のロータアセンブリ１００は、外側ドラム１１０および外側ドラム翼形部１１８の１つまたは複数に結合されたダンパ構造２００をさらに含む。図５を簡単に参照すると、ダンパ構造２００の例示的な実施形態が概略的に示されている。図３〜図５を参照すると、様々な実施形態では、ダンパ構造２００は、実質的に環状のリングを規定する。環状のリングは、半径方向Ｒに沿って外向きの力を生成する跳躍特性を規定する。例えば、ダンパ構造２００は、一般に、隣接する外側ドラム１１０、外側ドラム翼形部１１８、またはその両方を少なくとも部分的にクランプするまたは包み込むように、機械的に跳躍する。
【００３７】
ここで図５を参照すると、ダンパ構造２００は、ダンパ構造２００の第１の端部２０１および第２の端部２０２を規定するように、環状のリングを通る軸方向分割部２０５を規定することができる。ダンパ構造２００を通る軸方向分割部２０５は、一般に、ダンパ構造２００が半径方向Ｒに沿って拡張および収縮することを可能にすることができる。様々な実施形態では、ダンパ構造２００は、長手方向Ｌに少なくとも部分的に沿って延びる第１の部分２０７を規定する。図３〜図４に概略的に示すように、ダンパ構造２００の第１の部分２０７は、ダンパ構造２００が結合される外側ドラム１１０（図３）または外側ドラム翼形部１１８（図４）の一部と略同方向である。
【００３８】
図３〜図４をさらに参照すると、様々な実施形態では、ダンパ構造２００は、１つまたは複数の半径２０９を第１の部分２０７に規定する。図３に概略的に示すような一実施形態では、ダンパ構造２００の半径２０９は、外側ドラム翼形部１１８のアーム２１８と少なくとも部分的に同方向に延びる。例えば、ダンパ構造２００の半径２０９は、一般に、第１の部分２０７から半径方向Ｒに沿って内向きに延びることができる。このように、ダンパ構造２００は、外側ドラム１１０の内側半径２１７に結合または接合することができる。さらに、ダンパ構造２００は、一般に、外側ドラム翼形部１１８の半径方向Ｒに沿って外向きに配置されてもよい。例えば、ダンパ構造２００は、外側ドラム翼形部１１８のアーム２１８に隣接するように、外側ドラム翼形部１１８に結合または接合することができる。加えて、または代替として、ダンパ構造２００は、外側ドラム１１０および外側ドラム翼形部１１８の２つ以上のアーム２１８に結合または接合することができる。
【００３９】
図３をさらに参照すると、外側ドラム１１０は、内側半径２１７に沿って、円周方向Ｃに沿って延びる溝２２０を規定することができる。外側ドラム１１０を通る溝２２０は、一般に、第２のロータ１２０の隣接する第２の翼形部１１９から半径方向Ｒに沿って外向きに規定され得る。
【００４０】
図４に示す例示的な実施形態のような別の実施形態では、外側ドラム翼形部１１８は、ダンパ構造２００が配置され得る内側半径２１７を規定する。例えば、外側ドラム翼形部１１８は、一般に、長手方向Ｌに沿って少なくとも部分的に延びるプラットフォーム２１９を規定することができる。外側ドラム翼形部１１８の内側半径２１７は、プラットフォーム２１９に規定される。ダンパ構造２００は、外側ドラム翼形部１１８のプラットフォーム２１９に配置されてもよい。より具体的には、ダンパ構造２００は、プラットフォーム２１９で外側ドラム翼形部１１８の内側半径２１７に結合されるか、または内側半径２１７で接合することができる。
【００４１】
図３〜図４に概略的に示すように、ダンパ構造２００の１つまたは複数の半径２０９は、ダンパ構造２００への軸方向または長手方向荷重に応じてダンパ構造２００の跳躍を可能にする。非限定的な例として、長手方向荷重は、外側ドラム翼形部１１８の熱膨張から生じ得る。別の非限定的な例として、長手方向荷重は、外側ドラム１１８のアーム２１８を互いに向かって押すように、外側ドラム１１０、外側ドラム翼形部１１８のアーム２１８、またはその両方に誘発される円周方向もしくは接線方向荷重、または半径方向荷重から生じ得、それによって長手方向荷重をダンパ構造２００に加える。ダンパ構造２００の半径２０９は、略長手方向荷重がダンパ構造２００の半径２０９にかかるときにダンパ構造２００の第１の部分２０７が外側ドラム１１０（図３）または外側ドラム翼形部１１８（図４）の内側半径２１７に対して概して反作用することができるように跳躍特性を提供することができる。
【００４２】
また別の実施形態では、ダンパ構造２００は、一般に、第１のロータアセンブリ１００の波腹に概ね配置される。波腹は、第１のロータアセンブリ１００の定在波に沿った１つまたは複数の点であり、概ね最大の振幅を規定する。波腹は、より具体的には、第１のロータアセンブリ１００の外側ドラム１１０によって規定された定在波に沿った１つまたは複数の点であり得る。一実施形態では、波腹は、外側ドラム１１０に規定された１つまたは複数の溝２２０に概ね規定されてもよい。様々な実施形態では、第１のロータアセンブリ１００は、固定境界をトルクフレーム１０１に概ね規定することができる。トルクフレーム１０１は、概して張り出し型または片持ち型の外側ドラム１１０を規定するように、上流端部９９または下流端部９８に向かって配置されてもよい。別の実施形態では、トルクフレーム１０１は、第１のロータアセンブリ１００の複数の固定境界を規定するように、第１のロータアセンブリ１００の上流端部９９および下流端部９８に、またはその間にさらに配置されてもよい。他の実施形態では、第１のロータアセンブリ１００は、別の固定境界を長手方向Ｌに沿ってトルクフレーム１０１の反対側の１つまたは複数の軸受アセンブリに概ね規定してもよい（すなわち、第１のロータアセンブリ１００を長手方向Ｌに沿って上流端部９９および下流端部９８で支持する）。
【００４３】
第１のロータアセンブリ１００および第２のロータアセンブリ１２０はタービンセクション３１の一部として図１〜図４に示されているが、本明細書で説明されるそれらの様々な実施形態は、図１に概略的に示すように、櫛型圧縮機セクション２１にさらに適用することができることを理解されたい。例えば、一実施形態では、第１の圧縮機２２は、複数の外側ドラム翼形部１１８を第２の圧縮機２４と交互に配置する外側ドラム１１０を含む。図１〜図５に概略的に示し説明したダンパ構造２００の実施形態は、櫛型圧縮機セクション２１に適用されてもよい。
【００４４】
タービンセクション３１の一部として本明細書で概略的に示され説明されるダンパ構造２００の実施形態に関して、本明細書で一般に提供される実施形態は、重量、部品点数、および／または実装を維持または低減しながら、燃料効率、動作効率、および／または動力出力の改善を可能にすることによって既存の櫛型または逆回転タービンセクションを改善することができる。第２のロータアセンブリ１２０の複数の第２の翼形部１１９の間で櫛型の第１のロータアセンブリ１００の複数の外側ドラム翼形部１１８は、各回転構成要素の間の固定翼形部の段を減らすことによって実装（例えば、長手方向および／または半径方向寸法）を低減し、部品点数を低減することができる。
【００４５】
第１のロータアセンブリ１００に配置されたダンパ構造２００は、第１のロータアセンブリ１００を第２のロータアセンブリ１２０の前方または上流、より具体的には、第２のロータアセンブリ１２０の全段の上流に張り出させるまたは片持ちにすることを可能にすることで、第１のロータアセンブリ１００、より具体的には、外側ドラム翼形部１１８を燃焼セクション２６の下流の第１の段として配置することができる（例えば、燃焼セクション２６とタービンセクション３１の回転構成要素との間の固定タービンノズルまたはベーンを不要にするかまたは除去する）。このような構成は、燃焼ガス８６の発生とは別に消費される冷却空気を低減することによってエンジン効率をさらに改善し、それによって圧縮機セクション２１からのより多くのエネルギーをエンジン１０の燃焼および動作に利用することを可能にし得る。さらに、燃焼セクション２６とタービンセクション３１との間のタービンノズルを除去することにより、コア流路７０の環に沿った燃焼ガスのホットスポットに関連する設計上の制約を低減または排除することができる。このように、本明細書で説明したエンジン１０は、排出量の減少、リーンブローアウト（ＬＢＯ）および／もしくは高空再着火の改善、動作範囲の一部またはすべてにわたる全体的な動作性の改善、または動作範囲の増加など、他の設計基準を優先してホットスポット、または燃焼パターン係数を重視しないことによって燃焼セクション２６の設計上の制約を除去することができる。
【００４６】
本明細書で概略的に示し説明したタービンセクション３１の様々な実施形態は、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）またはブレード付きディスク、またはそれらの組合せに設置された個々のブレードとして構成され得る。ブレード、ハブ、またはブレード付きディスクは、その各々が、限定はしないが、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、限定はしないが、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、ガスタービンエンジンの高温セクションに適したセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）材料および／または金属で形成されてもよい。タービンセクション３１、またはその一部もしくはその一部の組合せは、付加製造もしくは３Ｄ印刷、または鋳造、鍛造、機械加工、または３Ｄ印刷された鋳型で形成された鋳造、またはそれらの組合せを使用して形成することができる。タービンセクション３１、またはその一部は、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、ろう付け、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合せを使用して、機械的に接合されてもよい。さらに、第１のロータアセンブリ１００および第２のロータアセンブリ１２０は、差動膨張を可能にする特徴部を組み込むことができることを理解されたい。
【００４７】
ダンパ構造２００はさらに、ダンパ構造２００がタービンセクション３１または圧縮機セクション２１などに配置される温度、圧力、流れ、および動作条件に適した、金属シートのような１つまたは複数の材料で構成することができる。
【００４８】
図１〜図５に概略的に示し、本明細書で説明したダンパ構造２００の様々な実施形態は、櫛型タービンセクション３１または圧縮機セクション２１などの櫛型ロータ構造の低次振動モードを低減するための構造を提供することができ、それによって重量、部品点数、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）を維持または低減しながら、燃料消費量を減少させ、動作性を向上させ、エンジン性能および／または動力出力を増加させることができる。本明細書で提供される実施形態は、同様の動力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しながら、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バイパス比および／または全体的な圧力比を増加させることを可能にすることができる。本明細書で説明した実施形態は、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し、それによって全体的なガスタービンエンジン効率を増加させることができる。
【００４９】
さらに、図１〜図５に示し、本明細書で説明したダンパ構造２００の実施形態は、振動モードを減衰させることなどによって第１のロータアセンブリ１００と第２のロータアセンブリ１２０との櫛型構成を拡張することを可能にし、それによっ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「ＡＮ２」と呼ばれる積）を低減するように、外側ドラム１１０および外側ドラム翼形部１１８の張り出し部分または片持ち部分の延長を可能にし得る。例えば、図１〜図５に示し説明したエンジン１０は、一般に、従来のギア付きターボファン構成と比較してＡＮ２を低減することができる。一般に、回転速度および／または流れ面積を低減することなどによってＡＮ２を低下させることは、必要とされる平均段仕事率（すなわち、回転翼形部の各段の平均必要負荷）を増加させる。しかし、本明細書で説明したシステムは、低速タービンを規定する第１のロータアセンブリ１００を高速タービンを規定する第２のロータアセンブリ１２０の１つまたは複数の段の間で櫛型にすることによって、（同様の推力出力および実装のエンジンと比較して）平均段仕事率を低下させ、かつタービンセクション３１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のロータアセンブリ１００は、翼形部の回転段の量を増加させる一方、平均段仕事率、したがってＡＮ２を低減し、軸方向長さの増加を緩和して同様のＡＮ２値を発生することができる。第１のロータアセンブリ１００は、同様の動力出力および／または実装のガスタービンエンジンのタービンセクションと比較して、タービンセクション３１の回転および固定の翼形部の全体的な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。
【００５０】
本明細書は、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規定され、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］
外側ドラム（１１０）と、外側ドラム翼形部（１１８）とを備える第１のロータアセンブリ（１００）を備え、前記外側ドラム翼形部（１１８）は、前記外側ドラム（１１０）に結合され、半径方向（Ｒ）に沿って内向きに延び、前記外側ドラム（１１０）または前記外側ドラム翼形部（１１８）の１つまたは複数に結合されたダンパ構造（２００）をさらに備える、ガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様２］
前記ダンパ構造（２００）が、実質的に環状のリングを規定し、前記環状のリングが、前記半径方向（Ｒ）に沿って外向きの力を生成する跳躍特性を規定する、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様３］
前記ダンパ構造（２００）が、前記ダンパ構造（２００）の第１の端部（２０１）および第２の端部（２０２）を規定するように、前記環状のリングを通る軸方向分割部（２０５）を規定する、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］
前記ダンパ構造（２００）が、前記ダンパ構造（２００）が結合される前記外側ドラム（１１０）または前記外側ドラム翼形部（１１８）の一部と略同方向に延びる第１の部分（２０７）を規定する、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］
前記ダンパ構造（２００）が、１つまたは複数の半径（２０９）を前記半径方向（Ｒ）に沿って少なくとも部分的に内向きに延びる前記第１の部分（２０７）に規定し、前記１つまたは複数の半径（２０９）が、前記ダンパ構造（２００）への軸方向荷重に応じて前記ダンパ構造（２００）の跳躍を可能にする、実施態様４に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様６］
前記ダンパ構造（２００）が、前記外側ドラム（１１０）の内側半径（２１７）に配置される、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様７］
前記ダンパ構造（２００）が、前記外側ドラム翼形部（１１８）の前記半径方向（Ｒ）に沿って外向きに配置される、実施態様６に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様８］
前記外側ドラム翼形部（１１８）が、前記半径方向（Ｒ）および長手方向（Ｌ）に少なくとも部分的に沿って延びるアーム（２１８）を規定し、前記外側ドラム（１１０）が、前記外側ドラム翼形部（１１８）の前記アーム（２１８）が配置されるハンガ溝（２１１）を規定するハンガ（２１０）を規定し、前記アーム（２１８）および前記ハンガ（２１０）が、前記外側ドラム翼形部（１１８）を前記外側ドラム（１１０）に結合する、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］
前記ダンパ構造（２００）が、前記外側ドラム（１１０）、および前記外側ドラム翼形部（１１８）の２つ以上のアーム（２１８）に結合される、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］
前記ダンパ構造（２００）が、前記外側ドラム翼形部（１１８）の内側半径（２１７）に配置される、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１１］
前記外側ドラム翼形部（１１８）が、長手方向（Ｌ）に少なくとも部分的に沿って延びるプラットフォーム（２１９）を規定し、前記外側ドラム翼形部（１１８）の前記内側半径（２１７）が、前記プラットフォーム（２１９）に規定され、さらに、前記ダンパ構造（２００）が、前記外側ドラム翼形部（１１８）の前記プラットフォーム（２１９）に配置される、実施態様１０に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１２］
前記第１のロータアセンブリ（１００）の前記外側ドラム（１１０）の前記半径方向（Ｒ）に沿って内向きに配置された第２の翼形部（１１９）を備える第２のロータアセンブリ（１２０）をさらに備え、前記ダンパ構造（２００）が、前記半径方向（Ｒ）に沿って前記第２の翼形部（１１９）の外向きに前記第１のロータアセンブリ（１００）の前記外側ドラム（１１０）に配置される、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１３］
前記第１のロータアセンブリ（１００）および前記第２のロータアセンブリ（１２０）が各々、前記エンジン（１０）の軸方向中心線（１２）の周りで回転可能であり、前記第１のロータアセンブリ（１００）および前記第２のロータアセンブリ（１２０）が、逆回転構成である、実施態様１２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１４］
前記ダンパ構造（２００）が、前記第１のロータアセンブリ（１００）の波腹に概ね配置される、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１５］
前記外側ドラム（１１０）が、前記外側ドラム（１１０）の内側半径（２１７）を通る溝（２２０）を規定し、前記ダンパ構造（２００）が、前記外側ドラム（１１０）の前記溝（２２０）内に配置される、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１６］
前記ダンパ構造（２００）が、前記エンジン（１０）の圧縮機セクション（２１）に配置される、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１７］
前記ダンパ構造（２００）が、前記エンジン（１０）のタービンセクション（３１）に配置される、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１８］
前記第１のロータアセンブリ（１００）が、前記外側ドラム（１１０）が結合される回転可能なトルクフレーム（１０１）をさらに備え、前記回転可能なトルクフレーム（１０１）が、前記第１のロータアセンブリ（１００）の前記外側ドラム（１１０）の回転を可能にする、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１９］
前記第１のロータアセンブリ（１００）および前記第２のロータアセンブリ（１２０）が、前記長手方向（Ｌ）に沿って交互に配置される、実施態様１２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様２０］
前記第１のロータアセンブリ（１００）が、前記第２のロータアセンブリ（１２０）の上流に配置される、実施態様１２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【符号の説明】
【００５１】
１０  ガスタービンエンジン
１２  軸方向中心線軸、軸方向中心線
１４  ファンアセンブリ
１５  ファンロータ
１８  外側ケーシング
２０  環状の入口
２１  圧縮機セクション
２２  第１の圧縮機
２４  第２の圧縮機
２６  燃焼セクション
２８  高速タービン
３０  低速タービン
３１  タービンセクション
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
４６  出口ガイドベーン／支柱
４８  バイパス空気流通路
７０  コア流路
７４  空気
７６  入口
７８  空気
８０  空気
８２  圧縮空気
８６  燃焼ガス
９８  下流端部
９９  上流端部、上流
１００  第１のロータアセンブリ
１０１  トルクフレーム
１１０  外側ドラム
１１２  内側リング
１１４  外側リング
１１６  構造部材
１１８  外側ドラム翼形部、外側ドラム
１１９  第２の翼形部
１２０  第２のロータアセンブリ、第２のロータ
２００  ダンパ構造
２０１  第１の端部
２０２  第２の端部
２０５  軸方向分割部
２０７  第１の部分
２０９  半径
２１０  ハンガ
２１１  ハンガ溝
２１７  内側半径
２１８  アーム
２１９  プラットフォーム
２２０  溝
Ｃ  円周方向
Ｌ  長手方向
Ｒ  半径方向
【図１】
2019082172.tif 000003
【図２】
2019082172.tif 000004
【図３】
2019082172.tif 000005
【図４】
2019082172.tif 000006
【図５】
2019082172.tif 000007
【外国語明細書】
2019082172000001.pdf