(57)【要約】  本発明は、主ギアボックスと、ロータ（２０４）と、主ギアボックス（２０２）内に完全に収容されつつ前記ロータへと接続される減速装置（２０６）とを備えるヘリコプタ（２００）のタービンエンジン（１００）であって、ケーシング（１０２）と、ガス発生器シャフト（１１５）を有するガス発生器（１１４）と、ガス発生器によって生成されるガス流によって回転駆動するフリータービン（１２４）とを備えており、前記フリータービンが、フリータービンシャフト（１２８）を有しており、前記タービンエンジンがヘリコプタのギアボックスへと取り付けられるとき、フリータービンシャフトが、減速装置に直接接続されるようにヘリコプタの主ギアボックスへと軸方向に延びるタービンエンジンに関する。
2013534585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主ギアボックスと、ロータ（２０４）と、主ギアボックス（２０２）内に完全に収容されつつ前記ロータへと接続される減速装置（２０６）とを有するヘリコプタ（２００）に接続され、減速機を有していないタービンエンジン（１００）であって、ケーシング（１０２）と、ガス発生器シャフト（１１５）を有するガス発生器（１１４）と、ガス発生器によって生成されるガス流によって回転駆動するフリータービン（１２４）とを備えており、前記フリータービンが、フリータービンシャフト（１２８）を有しており、タービンエンジンがヘリコプタの主ギアボックス（ＭＧＢ）へと取り付けられるとき、フリータービンシャフトが、減速装置に直接接続されるようにヘリコプタの主ギアボックスへと軸方向に延びる、タービンエンジン。
【請求項２】
半径方向においてケーシング（１０２）とフリータービンシャフト（１２８）との間に配置された少なくとも１つの非潤滑の軸受（１５６）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のタービンエンジン。
【請求項３】
半径方向においてガス発生器シャフト（１１５）とエンジンのケーシング（１０２）との間に配置された少なくとも１つの非潤滑の軸受（１５６）をさらに備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のタービンエンジン。
【請求項４】
ガス発生器シャフトへと直接接続された発電機（１５４）をさらに備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のタービンエンジン。
【請求項５】
軸方向においてガス発生器シャフトとエンジンのケーシングとの間に配置された非潤滑の軸方向当接装置（１５２）をさらに備えることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のタービンエンジン。
【請求項６】
ガス発生器シャフトからの軸力を引き受けるための装置（１７０）をさらに備えており、該装置が、半径方向においてフリータービンシャフト（１２８）とガス発生器シャフト（１１５）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のタービンエンジン。
【請求項７】
半径方向においてフリータービンシャフト（１２８）とガス発生器シャフト（１１５）との間に配置されたシール用ガスケット（１７２）をさらに備えることを特徴とする、請求項６に記載のタービンエンジン。
【請求項８】
主ギアボックス（２０２）と、
ロータ（２０４）と、
主ギアボックス内に完全に収容される一方で、前記ロータへと接続される減速装置（２０６）と、
請求項１から７のいずれか一項に記載のタービンエンジン（１００）と
を備えており、
エンジンのケーシングが、フリータービンシャフトを主ギアボックスの内部へと軸方向に延ばして減速装置へと直接接続した状態で、主ギアボックスへと取り付けられているヘリコプタ（２００）。
【請求項９】
フリータービンシャフトからの軸力を引き受けるための装置（２１４、２１６）をさらに備えており、該装置が、ヘリコプタの主ギアボックスに収容されつつ、フリータービンのシャフトへと取り付けられていることを特徴とする、請求項８に記載のヘリコプタ。
【請求項１０】
フリータービンシャフトからの軸力を引き受けるための装置が、減速装置に取り付けられてケーシングの軸方向の当接部（２１６）と協働する転がり軸受（２１４）を備えることを特徴とする、請求項９に記載のヘリコプタ。
【請求項１１】
ヘリコプタの主ギアボックスとエンジンのケーシングとの間に配置されたシール部材（２１８）をさらに備えることを特徴とする、請求項８から１０のいずれか一項に記載のヘリコプタ。
【請求項１２】
タービンエンジンが、ガス発生器シャフトへと直接接続された発電機（１５４）を備えており、前記発電機によって電気的に駆動される電気機器（２２０）をさらに備えることを特徴とする、請求項８から１１のいずれか一項に記載のヘリコプタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの分野に関し、とくにはヘリコプタなどの飛行機械のターボシャフトエンジンの分野に関する。
【０００２】
本発明は、さらに詳しくは、ガス発生器とガス発生器によって生成されるガス流によって回転駆動するフリータービンとを有するとくにはヘリコプタ用のターボシャフトエンジンに関する。
【背景技術】
【０００３】
伝統的に、ガス発生器は、一緒に回転するように組み合わせられた圧縮機およびタービンを少なくとも備えている。動作の原理は以下のとおりであり、すなわちエンジンへと進入する外気が圧縮機の回転の結果として圧縮され、その後に燃焼室へと届けられて燃料と混合される。次いで、燃焼からもたらされる燃焼ガスが、高速で排気される。
【０００４】
次いで、第１の膨張がガス発生器のタービンにおいて生じ、この膨張の際に、タービンが、圧縮機ならびにガス発生器の適切な動作に不可欠な機器を駆動するために必要なエネルギを抽出する。機器は、通常はガスタービンの補機箱に配置され、この補機箱が、通常はギアボックスを備えている。
【０００５】
ガス発生器のタービンが燃焼ガスからの運動エネルギをすべて吸収するのではなく、余剰の運動エネルギが、ガス発生器によって生成されるガス流に相当する。
【０００６】
したがって、発生器がフリータービンへと運動エネルギをもたらし、フリータービンにおいて第２の膨張が生じ、このタービンが、この運動エネルギを、受け手部材を直接または減速手段を介して駆動するための機械的なエネルギへと変換し、ここでそのような受け手部材は、ヘリコプタの主ギアボックス（ＭＧＢ）であってよい。
【０００７】
伝統的に、ガス発生器、フリータービン、および補機箱（さらに、場合によっては減速装置も）のすべてが、ヘリコプタの床へと取り付けられるように設計されたターボシャフトエンジンと称される単一の組立体の一部分を形成する。
【０００８】
ヘリコプタの主ギアボックスの目的は、機器の種々の品目を支持しつつ、第１には揚力をロータからヘリコプタの全体構造へと伝え、第２にはエンジンとロータとの間で歯車装置によって速度を下げることである。主ギアボックスは、エンジンの油回路部品と同じ油回路部品を含む自身の固有の潤滑系を有している。
【０００９】
フリータービンとヘリコプタの主ギアボックス（ＭＧＢ）との間で減速を行なうために出力減速部に含まれるエンジンに組み込まれた減速機ならびに補助ギアボックス内の歯車装置は、油回路によって継続的に潤滑される。
【００１０】
そのような潤滑系は、通常は、ポンプ、フィルタアセンブリ、配管、タンク、圧力および温度を監視するためのセンサ、冷却システム、ならびに脱気システムを備えている。
【００１１】
そのような潤滑系がきわめて制約的となることを、理解できるであろう。とくには、作業者にとって面倒となる可能性があり、パイロットによる油のレベルの確認を必要とする漏れの原因を構成する。さらに、エンジンは、所与の長さの時間にわたる潤滑の中断に耐えることができるものとして保証される。最後に、潤滑系が重く、高価であり、通常は汚染源である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、ヘリコプタのためのタービンエンジンの構造であって、潤滑系のサイズの縮小を可能にする構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、第１には、主ギアボックスと、ロータと、主ギアボックス内に完全に収容されつつ前記ロータへと接続される減速装置とを備えるヘリコプタのタービンエンジンであって、ケーシングと、ガス発生器シャフトを有するガス発生器と、ガス発生器によって生成されるガス流によって回転駆動するフリータービンとを備えており、前記フリータービンが、フリータービンシャフトを有しており、当該タービンエンジンがヘリコプタの主ギアボックスへと取り付けられるとき、フリータービンシャフトが、ヘリコプタの減速装置に直接接続されるようにヘリコプタの主ギアボックスへと軸方向に延びるタービンエンジンを提供する。
【００１４】
このように、本発明のタービンエンジンが、上述の先行技術と異なり、減速機を有しておらず、好ましくは補機箱も有していないことを、理解できるであろう。フリータービンの速度は、ヘリコプタの主ギアボックス（ＭＧＢ）に収容された減速装置によってのみ減速される。結果として、減速機の歯車装置が、ＭＧＢにおいてＭＧＢの固有の油回路によって潤滑され、もはや過去においてなされていたようにエンジンにおいて潤滑されることがないことを理解できるであろう。したがって、本発明によれば、エンジンにおける潤滑が著しく削減される。
【００１５】
先行技術においては、フリータービンおよびガス発生器シャフトが、転がり軸受によって回転可能に案内されている。これらの軸受は、シャフトに加わる半径方向および／または軸方向の力を引き受けるようにも機能する。先行技術においては、これらの軸受もやはり、潤滑系によって潤滑されている。
【００１６】
好都合には、本発明のタービンエンジンは、半径方向においてエンジンのケーシングとフリータービンシャフトとの間に配置された少なくとも１つの非潤滑の軸受を備える。例として、空気軸受を使用することが可能である。結果として、フリータービンシャフトの回転の案内が、もはや油による潤滑を必要としない。
【００１７】
好都合には、少なくとも１つの非潤滑の軸受が、ガス発生器シャフトとエンジンのケーシングとの間に配置される。例として、空気軸受を使用することが可能である。結果として、ガス発生器シャフトの回転の案内が、もはや油による潤滑を必要としない。
【００１８】
先行技術においては、歯車装置で構成される補機箱が、タービンエンジンの減速機の一部を形成している。この補機箱は、ガス発生器の適切な動作に必要な設備を駆動するように機能し、おそらくはヘリコプタに特有の機器（空調ユニットまたは任意の他の補機など）も駆動するように機能する。やはり、先行技術の補機箱の歯車装置も潤滑系によって潤滑される。
【００１９】
本発明において、好都合には、補機箱を、ＭＧＢに組み込むことができ、ガス発生器へと機械的に接続することができる。
【００２０】
一変形例においては、歯車装置を、好都合にはそれぞれの機器に組み合わせられる電気モータによって置き換えることができ、前記モータを、好都合にはガス発生器シャフトへと直接接続された発電機へと接続することができる。ブラシレス型の高速発電機を使用することができる。そのような発電機は、種々の機器の電気モータの駆動のための電気の生成を可能にする。加えて、そのような発電機は、油による潤滑を必要としない。
【００２１】
先行技術のタービンエンジンにおいては、フリータービンシャフトおよびガス発生器シャフトに加わる軸力も、油で潤滑される軸受によって引き受けられる。
【００２２】
本発明においては、ガス発生器シャフトへと加わる軸力が、軸方向においてガス発生器シャフトとケーシングとの間に配置された非潤滑の軸方向当接装置によって引き受けられる。当接装置は、いずれも公知の軸方向の空気軸受または軸方向の磁気軸受であってよい。
【００２３】
一変形例においては、ガス発生器シャフトに加わる軸力が、ガス発生器シャフトの軸力を引き受けるための装置によって引き受けられ、この装置は、主ギアボックスとガス発生器シャフトとの間に配置され、あるいは半径方向においてフリータービンシャフトとガス発生器シャフトとの間に配置される。この軸力を引き受けるための装置は、好ましくは、ヘリコプタの主ギアボックスに依然として組み込まれる潤滑有りの軸方向当接装置（潤滑有りの転がり軸受など）である。そのような状況においては、シール用ガスケットも設けられ、このガスケットが、半径方向においてフリータービンシャフトとガス発生器シャフトとの間に配置され、潤滑油のエンジンへの進入を防止する。
【００２４】
本発明のフリータービンが減速装置へと堅固に固定されるように設計される結果として、フリータービンシャフトに加わる軸力が、ヘリコプタの主ギアボックスによって好都合に引き受けられることも明記される。
【００２５】
したがって、本発明が、ターボシャフトエンジンに油のない構造をもたらし、すなわち油による潤滑系が完全に存在しない構造をもたらすことで、上述の欠点の改善を可能にすることを、理解できるであろう。
【００２６】
さらに本発明は、
主ギアボックスと、
ロータと、
主ギアボックス内に完全に収容される一方で、前記ロータへと接続される減速装置と、
本発明のタービンエンジンとを備えており、エンジンのケーシングが、フリータービンシャフトを主ギアボックスの内部へと軸方向に延ばして減速装置へと直接接続した状態で、主ギアボックスへと取り付けられているヘリコプタを提供する。
【００２７】
好都合には、タービンエンジンが、フリータービンシャフトからの軸力を引き受けるための装置をさらに備え、この装置が、ヘリコプタの主ギアボックスに収容されつつ、フリータービンのシャフトへと取り付けられる。
【００２８】
好ましくは、フリータービンシャフトからの軸力を引き受けるための装置が、減速装置と主ギアボックスとの間に取り付けられて主ギアボックスの軸方向の当接部と協働する転がり軸受を備える。さらに、フリータービンシャフトが、減速装置へと堅固に固定される。当接部は、とくにはフリータービンシャフトへと加わる力がフリータービンシャフトをタービンエンジンの尾部パイプに向かって軸方向に引っ張ろうとする場合に、軸方向にフリータービンシャフトを保持するように配置される。
【００２９】
主ギアボックスからの潤滑油の逃げ出しを防止するため、ヘリコプタの主ギアボックスとエンジンのケーシングとの間にシールをもたらすために、１つ以上のシール部材が設けられ、そのようなシール部材を、半径方向においてフリータービンシャフトおよび／またはガス発生器シャフト、主ギアボックスのケーシング、ならびに／あるいはエンジンのケーシングの間に配置することができる。
【００３０】
最後に、タービンエンジンが、好ましくはガス発生器シャフトへと直接接続された発電機を備え、ヘリコプタが、前記発電機によって電気的に駆動される電気機器をさらに備える。
【００３１】
あくまでも本発明を限定するものではない例として提示される２つの実施形態についての以下の説明を検討することによって、本発明をよりよく理解することができ、本発明の利点がさらに明らかになる。説明においては、添付の図面が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】先行技術のターボシャフトエンジンを示している。
【図２】ヘリコプタの主ギアボックスへと取り付けられた本発明のタービンエンジンの長手断面図である。
【図３】図２のタービンエンジンのフリータービンのシャフトの端部とヘリコプタの主ギアボックスに配置された減速歯車装置との間の接続の詳細図である。
【図４】タービンエンジンのガス発生器のシャフトからの軸力がフリータービンのシャフトによって引き受けられる図２のタービンエンジンの一変形例の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１が、先行技術のヘリコプタ用ターボシャフトエンジン１０の長手断面図である。このターボシャフトエンジン１０は、ガス発生器１４を収容するケーシング１２を備えている。ガス発生器は、遠心圧縮機ホイール１６と高圧タービン１８とを保持するガス発生器シャフト１５を有している。外気が、空気取り入れ口２０を介してターボシャフトエンジンへと進入する。次いで、圧縮機１６によって圧縮された後に、燃焼室２２へと送られ、燃料と混合される。圧縮された空気および燃料の混合物の燃焼によって、高圧タービン１８を回転駆動させるガス流Ｆが生じ、次いで高圧タービン１８が圧縮機１６を駆動する。ガス発生器は、回転の案内をもたらすとともに、ガス発生器１５に加わる力も引き受ける軸受Ｐ１およびＰ２によって保持されている。これらの軸受は、潤滑系（図示されていない）によって油で潤滑されている。さらに、ターボシャフトエンジンは、低圧タービンホイール２６をフリータービンシャフト２８に取り付けて備えているフリータービン２４も有している。図１に見て取ることができるとおり、低圧タービンホイール２６は、高圧タービンホイール１８の下流に位置している。結果として、ガス発生器１４を出る燃焼ガスの流れが、フリータービンシャフト２８を回転駆動させる。
【００３４】
フリータービンシャフト２８の端部に、歯車３２に噛合する歯車３０が設けられている。ターボシャフトエンジンの減速機に収容されたこの歯車装置が、フリータービンのシャフトの回転速度を減速させるように機能する。この減速機からの出力Ｓが、ヘリコプタのＭＧＢ（図示されていない）へと接続される。
【００３５】
この図において見て取ることができるとおり、歯車装置３０または３２は、転がり軸受Ｐ３〜Ｐ９によって保持され、これらの軸受も、やはり潤滑系によって潤滑される。
【００３６】
参照番号４０によって指し示されている補助ギアボックスも、ターボシャフトエンジン１０の減速機に収容されている。補助ギアボックスは、エンジンの適切な動作に不可欠な機器類へと回転駆動をもたらすとともに、ヘリコプタに必要なサービスを提供するための歯車装置を有している。この補助ギアボックスも、潤滑系からの油で潤滑される。
【００３７】
すでに説明したように、先行技術のターボシャフトエンジンは、潤滑系を欠いて動作することはできない。
【００３８】
以上を踏まえ、油による潤滑を有さない本発明のタービンエンジンの構造１００を、以下で図２から図４を参照して説明する。本発明によれば、タービンエンジン１００（とくには、ヘリコプタのターボシャフトエンジン１００）が、遠心圧縮機１１６と高圧タービンホイール１１８とを保持するガス発生器シャフト１１５を備えるガス発生器１１４を収容するケーシング１０２を備えている。さらに、ターボシャフトエンジン１００は、燃焼室１２０を有している。ガス発生器１１５は、半径方向においてガス発生器シャフトとエンジンのケーシング１０２との間に位置する２つの非潤滑の軸受（とくには、空気軸受１５０）によって回転可能に案内される。これらの軸受は、ガス発生器１１５に加わる半径方向の力を引き受ける役割も果たす。図２の例では、ガス発生器１１５に加わる軸力ＦＧＧが、軸方向においてガス発生器シャフト１１５の段部１１５ａとケーシング１０２の部位１０２ａとの間に位置する非潤滑の軸方向当接装置１５２によって引き受けられる。具体的には、軸方向当接装置１５２は、空気式または磁気式の軸方向当接部である。軸力ＦＧＧの方向は、エンジンへの外気の導入の方向と反対である。
【００３９】
さらに、高速発電機１５４が、ガス発生器１１５へと直接接続されている。この発電機は、ブラシレス型である。この発電機は、ヘリコプタに位置する電気機器を動作させるための電気を生み出す役割を果たしている。
【００４０】
さらに、エンジン１００は、低圧タービンホイール１２６をフリータービンシャフト１２８へと取り付けて有するフリータービン１２４を有している。
【００４１】
フリータービンシャフト１２８の半径方向の力の引き受けおよび回転の案内は、エンジンのケーシング内で半径方向においてケーシング１０２とフリータービンシャフト１２８との間に位置する少なくとも１つの非潤滑の軸受１５６によって行なわれる。この軸受１５６は、好ましくはフリータービンホイール１２６の近くに位置する。とくにはこの軸受は、空気軸受である。
【００４２】
図２から見て取ることができるとおり、エンジン１００は、図３にさらに明確に見て取ることができるとおり、フリータービンシャフト１２８が主ギアボックス２０２の内部へと延びるようにヘリコプタ２００の主ギアボックス２０２へと取り付けられる。
【００４３】
やはり本発明の主題を構成するヘリコプタ２００は、羽根（図示されていない）へと接続されたロータ２０４と、完全に主ギアボックス２０２の内側に収容された減速装置２０６とを有する。エンジン１００は、先行技術と異なり、フリータービン１２８の速度を下げるための自身の固有の減速機を有していない。
【００４４】
この減速装置２０６は、第１には歯車装置２０８、２１０を介してロータ２０２へと接続され、第２には駆動歯車２０８へと取り付けられた結合スリーブ２１２を介してフリータービンシャフト１２８へと直接接続される。フリータービンシャフト１２８に加わる軸力ＦＴＬが、この例ではスリーブ２１２に取り付けられて主ギアボックス２０２の軸方向当接部２１６と協働する転がり軸受２１４によって構成される軸力引き受け装置によって好都合に引き受けられる。この当接部は、フリータービンシャフト１２８をエンジンのケーシングから抜け出させようとする傾向の軸力を引き受ける。また、この転がり軸受２１４は、フリータービンシャフトおよび駆動歯車２０８に加わる半径方向の力の一部を引き受けるようにも機能する。
【００４５】
この転がり軸受２１４は、ヘリコプタの潤滑手段によって潤滑される。油の漏れ（とくには、エンジンのケーシングへの）を防止するために、シール用ガスケット２１８が、半径方向においてフリータービンシャフト１２８と主ギアボックス２０２との間に配置される。もう１つのガスケットを、フリータービンシャフト１２８とエンジンのケーシングとの間に配置してもよい。
【００４６】
次に、図４を参照し、図２のターボシャフトエンジンの一変形例（より正確には、ガス発生器シャフト１１５からの軸力を引き受けるための装置の一変形例）を説明する。この変形例においては、転がり軸受１７０が、半径方向においてガス発生器シャフト１１５の一端とフリータービンシャフト１２８との間に取り付けられる。この構成によれば、ガス発生器シャフト１２８に加わる力が、フリータービンシャフト１２８によって引き受けられる。この軸受１７０は潤滑されているため、シール用ガスケット１７２が、油の漏れを避けるためにガス発生器シャフト１１５とフリータービンシャフト１２８との間に設けられる。この変形例は、非潤滑の当接装置１５２を省略可能にし、したがってエンジンのコストを下げることを可能にする。
【００４７】
以上に照らし、上述のターボシャフトエンジンの構造が、油による潤滑系の省略を可能にすることを理解できるであろう。
【図１】
2013534585.tif 000003
【図２】
2013534585.tif 000004
【図３】
2013534585.tif 000005
【図４】
2013534585.tif 000006
【国際調査報告】
2013534585.tif 000007
2013534585.tif 000008
2013534585.tif 000009
2013534585.tif 000010
2013534585.tif 000011
2013534585.tif 000012