(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファン駆動タービンとファンの間にある減速器を提供するように構成されたギアシステムと、
ギアシステムの一部を可撓式に支持するマウントであって、ギアシステムと静止構造の間の径方向の動きを吸収するように中心軸線に関してガスタービンエンジンの静止構造から径方向に延在するマウントと、
潤滑剤をギアシステムに供給しかつギアシステムによって生成される熱エネルギーを除去するように構成された潤滑システムと、
を備える、ガスタービンエンジン用のファン駆動ギアシステムであって、潤滑システムが、エンジンの作動中にギアシステム内への動力入力の２％未満でありかつ０より大きい熱エネルギーをギアシステムから除去する最大能力を有することを特徴とする、ガスタービンエンジン用のファン駆動ギアシステム。
【請求項２】
ギアシステムは、１００％未満でありかつ９８％より高い効率でファン駆動タービンからファンへ動力入力を伝達するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のファン駆動ギアシステム。
【請求項３】
潤滑システムは、ギアシステム内への動力入力の１％未満の熱エネルギーを除去する能力を有することを特徴とする請求項１記載のファン駆動ギアシステム。
【請求項４】
潤滑システムは、潤滑剤流をギアシステムに供給するように構成された主潤滑システムと、主潤滑システムからの潤滑剤流の遮断に応答して潤滑剤をギアシステムに供給するように構成された補助潤滑システムと、を備えることを特徴とする請求項１記載のファン駆動ギアシステム。
【請求項５】
マウントは、不均衡状態に応答してギアシステムの動きを制限する荷重制限器を備えることを特徴とする請求項１記載のファン駆動ギアシステム。
【請求項６】
ギアシステムは、ファン駆動タービンによって駆動されるサンギアと、回転不能キャリヤと、キャリヤ上に支持されかつサンギアによって駆動される複数の中間ギアと、複数の中間ギアを囲むリングギアと、を備えることを特徴とする請求項１記載のファン駆動ギアシステム。
【請求項７】
マウントは、ファン駆動タービンによって駆動される入力シャフトとサンギアの間にある第１の可撓性継手と、静止構造とキャリヤの間にある第２の可撓性継手と、を備えることを特徴とする請求項６記載のファン駆動ギアシステム。
【請求項８】
ギアシステムは、ファン駆動タービンによって駆動されるサンギアと、回転可能キャリヤと、キャリヤ上に支持されかつサンギアによって駆動される複数のプラネットギアと、複数のプラネットギアを囲むリングギアと、を備えることを特徴とする請求項１記載のファン駆動ギアシステム。
【請求項９】
マウントは、ファン駆動タービンによって駆動される入力シャフトとサンギアの間にある第１の可撓性継手と、静止構造とリングギアの間にある第２の可撓性継手と、を備えることを特徴とする請求項８記載のファン駆動ギアシステム。
【請求項１０】
軸線周りに回転可能な複数のファンブレードを備えるファンと、
圧縮機セクションと、
圧縮機セクションと流体連通する燃焼器と、
燃焼器と連通するファン駆動タービンと、
（ａ）ファン駆動タービンとファンの間にある減速器を提供しかつ（ｂ）１００％未満でありかつ９８％より高い効率でファン駆動タービンからファンへ動力入力を伝達するように構成されたギアシステムと、
ギアシステムを可撓式に支持するマウントであって、ギアシステムと静止構造の間の径方向の動きを吸収するように中心軸線に関してガスタービンエンジンの静止構造から径方向に延在するマウントと、
潤滑剤をギアシステムに供給しかつギアシステムによって生成される熱エネルギーをギアシステムから除去するように構成された潤滑システムと、
を備えることを特徴とするガスタービンエンジン。
【請求項１１】
潤滑システムは、エンジンの作動中にギアシステム内への動力入力の２％未満でありかつ０より大きいギアシステムによって生成される熱エネルギーを除去する最大能力を有することを特徴とする請求項１０記載のガスタービンエンジン。
【請求項１２】
潤滑システムは、ギアシステム内への動力入力の１％未満でありかつ０より大きい熱エネルギーを除去する能力を有することを特徴とする請求項１０記載のガスタービンエンジン。
【請求項１３】
潤滑システムは、潤滑剤流をギアシステムに供給するように構成された主潤滑システムと、主潤滑システムからの潤滑剤流の遮断に応答して潤滑剤をギアシステムに供給するように構成された補助潤滑システムと、を備えることを特徴とする請求項１０記載のガスタービンエンジン。
【請求項１４】
ギアシステムは、ファン駆動タービンによって駆動されるサンギアと、回転不能キャリヤと、キャリヤ上に支持されかつサンギアによって駆動される複数の中間ギアと、複数の中間ギアを囲むリングギアと、を備えており、マウントは、ファン駆動タービンによって駆動される入力シャフトとサンギアの間にある第１の可撓性継手と、静止構造とキャリヤの間にある第２の可撓性継手と、を備えることを特徴とする請求項１０記載のガスタービンエンジン。
【請求項１５】
ギアシステムは、ファン駆動タービンによって駆動されるサンギアと、回転可能キャリヤと、キャリヤ上に支持されかつサンギアによって駆動される複数のプラネットギアと、複数のプラネットギアを囲むリングギアと、を備えており、マウントは、ファン駆動タービンによって駆動される入力シャフトとサンギアの間にある第１の可撓性継手と、静止構造とリングギアの間にある第２の可撓性継手と、を備えることを特徴とする請求項１０記載のガスタービンエンジン。
【請求項１６】
マウントは、不均衡状態に応答してギアシステムの動きを制限する荷重制限器を備えることを特徴とする請求項１０記載のガスタービンエンジン。
【請求項１７】
ギアシステムは、２．３より大きなギア比を有するギア減速器を備えることを特徴とする請求項１０記載のガスタービンエンジン。
【請求項１８】
ファンは、空気の一部をバイパスダクト内へ供給し、バイパス比は、バイパスダクト内へ供給される空気の部分を圧縮機セクション内へ供給される空気の量で割ったものとして定義され、バイパス比は、６．０より大きいことを特徴とする請求項１０記載のガスタービンエンジン。
【請求項１９】
ファンに亘るファン圧力比は、１．５より小さいことを特徴とする請求項１０記載のガスタービンエンジン。
【請求項２０】
ファンは、２６以下のブレードを有することを特徴とする請求項１０記載のガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基本ギアシステム構成に関する。
【０００２】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１２年５月３１日に出願された米国仮出願第６１／６５３，７３１号の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００３】
ガスタービンエンジンは一般に、ファンセクション、圧縮機セクション、燃焼器セクション、およびタービンセクションを備える。圧縮機セクションに流入する空気は、圧縮されて、燃焼器セクション内へと送られ、そこで燃料と混合され、点火されて、高速の排気ガス流を生成する。高速排気ガス流は、タービンセクションを通って膨張し、圧縮機およびファンセクションを駆動する。圧縮機セクションは一般に、低圧圧縮機および高圧圧縮機を備えており、タービンセクションは、低圧タービンおよび高圧タービンを備えている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高圧タービンは、高スプールを形成するように外側シャフトを介して高圧圧縮機を駆動し、低圧タービンは、低スプールを形成するように内側シャフトを介して低圧圧縮機を駆動する。タービンセクションとは異なる速度でファンセクションを回転させてエンジンの全体の推進効率を増大させることができるように、エピサイクリックギアアッセンブリなどの減速装置を用いてファンセクションを駆動することができる。ギアアッセンブリが動力を伝達する効率は、ギアによって駆動されるファンの開発において考慮すべき要素である。ギアボックスを介して伝達されない動力またはエネルギーは一般に、潤滑システムによって除去される熱を生成することになる。熱が多量に生成されればされるほど、潤滑システムは大きくかつ重くなる。
【０００５】
ギア構成によって推進効率を向上させることができるとはいえ、向上した推進効率を熱除去や潤滑を含む他の要因が損なう可能性がある。従って、タービンエンジンの製造者は、熱伝達および推進効率の向上を含むエンジン性能のさらなる向上を求め続けている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の例示的な実施例によるガスタービンエンジン用のファン駆動ギアシステムは、他にも可能な物はあるが、特に、ファン駆動タービンとファンの間にある減速器を提供するギアシステムと、ギアシステムの一部を可撓式に支持するマウントと、潤滑剤をギアシステムに供給しかつギアシステムによって生成される熱エネルギーを除去する潤滑システムと、を備えており、潤滑システムは、ギアシステム内への動力入力の約２％未満に等しい熱エネルギーを除去する能力を有する。
【０００７】
上述のファン駆動ギアシステムのさらなる実施例において、ギアシステムは、約９８％より高い効率でファン駆動タービンからファンへ動力入力を伝達する。
【０００８】
上述のいずれかのファン駆動ギアシステムのさらなる実施例において、潤滑システムは、ギアシステム内への動力入力の約１％未満に等しい熱エネルギーを除去する能力を有する。
【０００９】
上述のいずれかのファン駆動ギアシステムのさらなる実施例において、潤滑システムは、潤滑剤流をギアシステムに供給する主潤滑システムと、主潤滑システムからの潤滑剤流の遮断に応答して潤滑剤をギアシステムに供給する補助潤滑システムと、を備える。
【００１０】
上述のいずれかのファン駆動ギアシステムのさらなる実施例において、マウントは、不均衡状態に応答してギアシステムの動きを制限する荷重制限器を備える。
【００１１】
上述のいずれかのファン駆動ギアシステムのさらなる実施例において、ギアシステムは、ファン駆動タービンによって駆動されるサンギアと、回転不能キャリヤと、キャリヤ上に支持されかつサンギアによって駆動される複数のスターギアと、複数のスターギアを囲むリングギアと、を備える。
【００１２】
上述のいずれかのファン駆動ギアシステムのさらなる実施例において、マウントは、ファン駆動タービンによって駆動される入力シャフトとサンギアの間にある第１の可撓性継手と、固定構造とキャリヤの間にある第２の可撓性継手と、を備える。
【００１３】
上述のいずれかのファン駆動ギアシステムのさらなる実施例において、ギアシステムは、ファン駆動タービンによって駆動されるサンギアと、回転可能キャリヤと、キャリヤ上に支持されかつサンギアによって駆動される複数のプラネットギアと、複数のプラネットギアを囲むリングギアと、を備える。
【００１４】
上述のいずれかのファン駆動ギアシステムのさらなる実施例において、マウントは、ファン駆動タービンによって駆動される入力シャフトとサンギアの間にある第１の可撓性継手と、固定構造とリングギアの間にある第２の可撓性継手と、を備える。
【００１５】
本開示の例示的な実施例によるガスタービンエンジンは、他にも可能な物はあるが、特に、軸線周りに回転可能な複数のファンブレードを備えるファンと、圧縮機セクションと、圧縮機セクションと流体連通する燃焼器と、燃焼器と連通するファン駆動タービンと、ファン駆動タービンとファンの間にある減速器を提供するギアシステムであって約９８％より高い効率でファン駆動タービンからファンへ動力入力を伝達するギアシステムと、ギアシステムの一部を可撓式に支持するマウントと、潤滑剤をギアシステムに供給しかつギアシステムによって生成される熱エネルギーをギアシステムから除去する潤滑システムと、を備える。
【００１６】
上述のガスタービンエンジンのさらなる実施例において、潤滑システムは、ギアシステム内への動力入力の約２％未満に等しい熱エネルギーを除去する能力を有する。
【００１７】
上述のいずれかのガスタービンエンジンのさらなる実施例において、潤滑システムは、ギアシステム内への動力入力の約１％未満に等しい熱エネルギーを除去する能力を有する。
【００１８】
上述のいずれかのガスタービンエンジンのさらなる実施例において、潤滑システムは、潤滑剤流をギアシステムに供給する主潤滑システムと、主潤滑システムからの潤滑剤流の遮断に応答して潤滑剤をギアシステムに供給する補助潤滑システムと、を備える。
【００１９】
上述のいずれかのガスタービンエンジンのさらなる実施例において、ギアシステムは、ファン駆動タービンによって駆動されるサンギアと、回転不能キャリヤと、キャリヤ上に支持されかつサンギアによって駆動される複数のスターギアと、複数のスターギアを囲むリングギアと、を備えており、マウントは、ファン駆動タービンによって駆動される入力シャフトとサンギアの間にある第１の可撓性継手と、固定構造とキャリヤの間にある第２の可撓性継手と、を備える。
【００２０】
上述のいずれかのガスタービンエンジンのさらなる実施例において、ギアシステムは、ファン駆動タービンによって駆動されるサンギアと、回転可能キャリヤと、キャリヤ上に支持されかつサンギアによって駆動される複数のプラネットギアと、複数のプラネットギアを囲むリングギアと、を備えており、マウントは、ファン駆動タービンによって駆動される入力シャフトとサンギアの間にある第１の可撓性継手と、固定構造とリングギアの間にある第２の可撓性継手と、を備える。
【００２１】
上述のいずれかのガスタービンエンジンのさらなる実施例において、マウントは、不均衡状態に応答してギアシステムの動きを制限する荷重制限器を備える。
【００２２】
上述のいずれかのガスタービンエンジンのさらなる実施例において、ギアシステムは、約２．３より大きなギア比を有するギア減速器を備える。
【００２３】
上述のいずれかのガスタービンエンジンのさらなる実施例において、ファンは、空気の一部をバイパスダクト内へ供給し、バイパス比は、バイパスダクト内へ供給される空気の部分を圧縮機セクション内へ供給される空気の量で割ったものとして定義され、バイパス比は、約６．０より大きい。
【００２４】
上述のいずれかのガスタービンエンジンのさらなる実施例において、ファンに亘るファン圧力比は、約１．５より小さい。
【００２５】
上述のいずれかのガスタービンエンジンのさらなる実施例において、ファンは、２６以下のブレードを有する。
【００２６】
例示に示す特定の構成要素をさまざまな実施例が有するとはいえ、本発明の実施例は、これらの特定の組み合わせに限定されない。１つの実施例の構成要素または特徴のうちの一部を別の１つの実施例の特徴または構成要素と組み合わせて使用することができる。
【００２７】
本願に開示されたこれらの特徴および他の特徴は、以下の説明および図面から最もよく理解されることができ、以下は簡単な説明である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例のガスタービンエンジンの概略図。
【図２】スターエピサイクリックギア構成を備える実施例のファン駆動ギアシステムの概略図。
【図３】プラネタリエピサイクリックギア構成を備える実施例のファン駆動ギアシステムの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、実施例のガスタービンエンジン２０を概略的に示しており、ガスタービンエンジン２０は、ファンセクション２２、圧縮機セクション２４、燃焼器セクション２６、およびタービンセクション２８を備える。代替のエンジンは、他にもシステムまたは特徴があるが、特に、オーグメンタセクション（図示せず）を備えることが可能であろう。ファンセクション２２は、バイパス流経路Ｂに沿って空気を押し流し、圧縮機セクション２４は、コア流経路Ｃに沿って空気を吸い込み、そこで空気は、圧縮されて、燃焼器セクション２６に伝達される。燃焼器セクション２６では、空気は燃料と混合され、点火されて、高圧排気ガス流を生成し、高圧排気ガス流は、タービンセクション２８を通って膨張し、そこでエネルギーが抽出されて、ファンセクション２２および圧縮機セクション２４を駆動するために使用される。
【００３０】
開示の非限定的実施例がターボファンガスタービンエンジンを示しているとはいえ、他の種類のタービンエンジン、例えば、３つのスプールが共通の軸線周りに同心に回転し、低スプールによって低圧タービンがギアボックスを介してファンを駆動することが可能となり、中間スプールによって中圧タービンが圧縮機セクションの第１の圧縮機を駆動することが可能となり、高スプールによって高圧タービンが圧縮機セクションの高圧圧縮機を駆動することが可能となる、３スプール構成を備えるタービンエンジンに、教示を適用することができるので、本願で記載されている概念がターボファンと共に使用することに限定されないことは理解されたい。
【００３１】
実施例のエンジン２０は一般に、いくつかの軸受システム３８を介してエンジン静止構造３６に対してエンジン中心長手軸線Ａ周りに回転するように取り付けられた低速スプール３０および高速スプール３２を備える。さまざまな位置にさまざまな軸受システム３８を代替としてまたは追加的に設けることができることは理解された。
【００３２】
低速スプール３０は一般に、ファン４２および低圧（または第１の）圧縮機セクション４４を低圧（または第１の）タービンセクション４６に結合する内側シャフト４０を備える。内側シャフト４０は、低速スプール３０より小さい速度でファン４２を駆動するようにギア構成４８などの変速装置を介してファン４２を駆動する。高速スプール３２は、高圧（または第２の）圧縮機セクション５２および高圧（または第２の）タービンセクション５４を相互に結合する外側シャフト５０を備える。内側シャフト４０および外側シャフト５０は、同心であり、エンジン中心長手軸線Ａ周りに軸受システム３８を介して回転する。
【００３３】
高圧圧縮機５２と高圧タービン５４の間に燃焼器５６が配置される。一実施例では、高圧タービン５４は、二段高圧タービン５４を提供するように少なくとも２つの段を備える。別の実施例では、高圧タービン５４は、単一の段だけを備える。本願で使用されるように、「高圧」圧縮機またはタービンは、対応する「低圧」圧縮機またはタービンより高い圧力を経験する。
【００３４】
実施例の低圧タービン４６は、約５より大きな圧力比を有する。実施例の低圧タービン４６の圧力比は、排気ノズルより前の低圧タービン４６の出口において測定された圧力に関連させて低圧タービン４６の入口より前において測定される。
【００３５】
一般に高圧タービン５４と低圧タービン４６の間にエンジン静止構造３６の中間タービンフレーム５８が配置される。中間タービンフレーム５８はさらに、タービンセクション２８内の軸受システム３８を支持するとともに、低圧タービン４６に流入する空気流を設定する。
【００３６】
コア空気流Ｃは、低圧圧縮機４４によって、次いで高圧圧縮機５２によって圧縮され、燃焼器５６内で燃料と混合され、点火されて、高速排気ガスを生成し、高速排気ガスは次いで高圧タービン５４および低圧タービン４６を通って膨張する。中間タービンフレーム５８は、ベーン６０を備えており、ベーン６０は、コア空気流経路内に位置し、低圧タービン４６のための入口ガイドベーンとして機能する。低圧タービン４６のための入口ガイドベーンとして中間タービンフレーム５８のベーン６０を使用することで、中間タービンフレーム５８の軸方向の長さを増大させずに低圧タービン４６の長さを低減する。低圧タービン４６内のベーンの数を低減または除去することで、タービンセクション２８の軸方向の長さを低減する。従って、ガスタービンエンジン２０の小型さが向上し、より高い動力密度を実現することができる。
【００３７】
一実施例において開示されたガスタービンエンジン２０は、高バイパスギア航空機エンジンである。さらなる実施例では、ガスタービンエンジン２０は、約６より大きなバイパス比を有しており、例示的な実施例は、約１０より大きい。実施例のギア構成４８は、プラネタリギアシステム、スターギアシステム、または他の既知のギアシステムなどのエピサイクリックギアトレインであり、約２．３より大きなギア減速比を有する。
【００３８】
開示の一実施例では、ガスタービンエンジン２０は、約１０（１０：１）より大きなバイパス比を有しており、ファン直径は、低圧圧縮機４４の外径よりかなり大きい。しかしながら、上述のパラメータがギア構成を備えるガスタービンエンジンの一実施例の単なる例示であること、そして本開示が他のガスタービンエンジンに適用可能であることは理解されたい。
【００３９】
高バイパス比に起因して  バイパス流Ｂによって大量の推力が提供される。エンジン２０のファンセクション２２は、特定の飛行条件、典型的には約０．８マッハおよび約３５，０００フィートでの巡航用に設計される。０．８マッハおよび３５，０００フィートの飛行条件は、エンジンがその最良の燃料消費にあり、「バケット（ｂｕｃｋｅｔ）巡航推力当たり燃料消費率（Ｔｈｒｕｓｔ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｆｕｅｌ  Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）（ＴＳＦＣ）」としても知られており、燃焼される時間当たりの燃料のポンド質量（ｌｂｍ）をその最小の位置でエンジンが生成する推力のポンド力（ｌｂｆ）で割った業界標準パラメータである。
【００４０】
「低ファン圧力比」は、ファン出口ガイドベーン（Ｆａｎ  Ｅｘｉｔ  Ｇｕｉｄｅ  Ｖａｎｅ）（ＦＥＧＶ）システムなしでファンブレードのみに亘る圧力比である。非限定的な一実施例により本願で開示される低ファン圧力比は、約１．５０より小さい。別の非限定的な実施例では、低ファン圧縮比は、約１．４５より小さい。
【００４１】
「低補正ファン先端速度」は、ｆｔ／ｓｅｃでの実際のファン先端速度を産業標準温度補正［（トラム（Ｔｒａｍ）°Ｒ）／５１８．７）0.5］で割ったものである。非限定的な一実施例により本願で開示される「低補正ファン先端速度」は、約１１５０ｆｔ／秒より小さい。
【００４２】
実施例のガスタービンエンジンは、非限定的な一実施例において約２６より少ないファンブレードを備えるファン４２を備える。別の非限定的な実施例では、ファンセクション２２は、約２０より少ないファンブレードを備える。さらに、開示の一実施例では、低圧タービン４６は、３４で概略的に示される約６を超えないタービンロータを備える。別の非限定的な例示の実施例では、低圧タービン４６は、約３つのタービンロータを備える。ファンブレード４２の数と低圧タービンロータの数の間の比は、約３．３〜約８．６である。実施例の低圧タービン４６は、ファンセクション２２を回転させる駆動力を提供し、従って、低圧タービン４６内のタービンロータ３４の数とファンセクション２２内のブレード４２の数の関係は、増大した動力伝達効率を有する実施例のガスタービンエンジン２０を開示する。
【００４３】
実施例のガスタービンエンジンは、潤滑システム９８を備える。潤滑システム９８は、軸受アッセンブリ３８およびギア構成４８を含むガスタービンエンジンの回転構成要素に潤滑剤流を供給する。潤滑システム９８はさらに、さまざまな軸受システムおよびギア構成４８内で生成される熱の除去を可能とする。
【００４４】
実施例の潤滑システム９８は、ガスタービンエンジンの通常の作動条件下で潤滑剤を供給する主システム８０を備える。主潤滑システム８０の作動を補助するように補助システム８２も含まれる。潤滑システム９０の大きさおよび重量は、ギア構成４８から熱を除去するその能力に直接関係する。熱を除去する必要が大きければ大きいほど、潤滑システム９８は大きくかつ重くなる。従って、ギア構成４８によって生成される熱の量は、ファン駆動ギアシステムの構成において考慮すべき重要な要素である。
【００４５】
図１の参照を続けながら図２を参照すると、実施例のギア構成４８は、ファン駆動ギアシステム７０の一部である。実施例のギア構成４８は、ファン駆動タービン４６によって駆動されるサンギア６２を備えるギアアッセンブリ６５を備える。この実施例では、ファン駆動タービンは、低圧タービン４６である。サンギア６２は次いで、ジャーナル軸受によってキャリヤ７４上に取り付けられた中間ギア６４を駆動する。キャリヤ７４は、静止エンジン構造３６に固定されており、従って、中間ギア６４が、サンギア６２の周囲を回ることはない。中間ギア６４は、ファン４２を駆動するようにファンシャフト６８に結合されたリングギア６６と互いに噛み合い、リングギア６６を駆動する。
【００４６】
ギアアッセンブリ６５は、ギア６２、６４、６６間の位置合わせを妨げる可能性がある振動による過渡的な動きから切り離されることが可能なように可撓式に取り付けられる。この実施例では、可撓性マウント７６が、キャリヤ７４を支持し、ギアアッセンブリ６５と静止構造３６の間の相対的な動きを吸収する。実施例の可撓性マウント７６は、ファン駆動ギアシステム７０の通常の作動中に生じる撓みを吸収するばね定数を備える。
【００４７】
ファン駆動タービン４６の内側シャフト４０を介する動力入力は、可撓性継手７２を介して伝達される。可撓性継手７２はまた、ギアアッセンブリ６５の構成要素が位置合わせから外れないように所定の量の撓みおよび位置合わせ不良を許容するばね定数を備える。
【００４８】
ある程度の相対的な動きは、可撓性継手７２および可撓性マウント７６によって補償されるとはいえ、所望の制限を超える動きは、ギア間の噛み合い係合に悪影響を及ぼす可能性があり、従って、荷重制限装置７８がギアボックス取り付け構造の一部として設けられる。荷重制限器７８は、ギアボックス６５の動きを抑える。制限器７８はさらに、ギアボックス６５上の不均衡荷重に反応する停止を行う。従って、制限器は、径方向の不均衡荷重および／またはねじり過荷重がガスタービンエンジン２０を損傷するのを防止する。
【００４９】
実施例のファン駆動ギアシステム７０は、潤滑システム９８によって支持される。潤滑システム９８は、ギア６２、６４、６４の回転を支持する軸受とともに、ギア６２、６４、６６の潤滑および冷却を可能にする。所望の温度を維持するようにできるだけ速く潤滑剤を循環させるのが望ましい。ギアボックス６５を介する動力伝達効率は、高い温度によって悪影響を受ける。
【００５０】
この実施例では、潤滑剤システム９８は、ギアボックス６５へおよびギアボックス６５からライン８８によって概略的に示される複数の導管を介して所望の潤滑剤流を供給する主システム８０を備える。主油システム８０はまた、所望の温度を維持するようギアボックス６５から離れるように、矢印９２で概略的に示される熱を伝達する。
【００５１】
潤滑システム９８はまた、主油システム８０からの潤滑剤流の一時的な遮断に応答して油流をギアボックス６５に供給する補助油システム８２を備える。
【００５２】
実施例のギアボックス６５およびギア構成４８全体の効率は、ファンシャフト６８への、矢印９６で概略的に示される動力出力に対する、シャフト４０を介する、矢印９４で概略的に示される動力入力の関数である。動力出力９６の量に比較した動力入力９４は、ギアボックス効率の尺度である。実施例のギアボックス６５は、約９８％より高い効率で作動する。別の開示の実施例では、実施例のギアボックス６５は、約９９％より高い効率で作動する。
【００５３】
開示の効率は、ファン４２を回転させるようにファンシャフト６８へと具体的に伝達される動力９４の量の尺度である。ギアボックス６５を介して伝達されない動力は、熱として失われ、ファン駆動ギアシステム７０の全体の効率を低減する。入力動力９４および出力動力９６の間のどのような損失も結果として熱を生成する。従って、この実施例では、入力動力９４と出力動力９６の間の１〜２％の損失が熱を生成する。すなわち、入力動力９４の１％〜２％が熱エネルギーに変換され、この熱エネルギーは、作動潤滑剤温度を作動制限内に維持するように潤滑システム９８によって吸収される必要がある。
【００５４】
実施例の潤滑剤システム９８は、低圧タービン４６からの入力動力９４の約２％に等しいかそれより少ない熱エネルギーの除去を可能とする。実施例のファン駆動ギアシステム７０の別の非限定的な実施例において、ギアボックス６５の効率は、低圧タービン４６からの動力入力のわずか１％が潤滑剤システム９８によって対処される必要のある熱エネルギーへと変換されるように、約９９％より高い。
【００５５】
理解されるように、熱エネルギーに対処しそれを除去する能力が大きくなればなるほど、潤滑剤システム９８は大きくかつ重くなる。この実施例では、主油システムは、ギアボックス６５内で生成される熱９２を吸収する熱交換器９０を備える。熱交換器９０は、熱エネルギーを除去する所望の能力に合わせて調整される、潤滑システム９８の一要素の実施例である。理解されるように、例えば潤滑剤ポンプ、潤滑システム９８内の潤滑剤の全量とともに、導管の大きさなどの他の要素もまた、増大した冷却能力を提供するように大きさおよび重量が増大するであろう。従って、潤滑システム９８の必要とされる全体の熱伝達能力を低減するように動力伝達効率を増大させるのが望ましい。
【００５６】
この実施例では、実施例のギアボックス６５の高い効率によって、比較的小型かつ軽量の潤滑剤システム９８が可能となる。実施例の潤滑剤システム９８は、入力動力９４の約２％以下によって生成される熱エネルギーを吸収することができる特徴を備える。すなわち、潤滑システム９８は、低圧タービン４６によって供給される入力動力の約２％以下に等しい熱エネルギーを除去する全体の最大能力を有する。
【００５７】
熱エネルギーの除去能力がより大きな量になると、結果として潤滑システム９８の大きさおよび重量が全体として増加する。入力動力９４の約２％を超えて除去する必要のある潤滑システムは、全体のエンジン効率に悪影響を及ぼす可能性があるとともにファン速度の低減によって提供される推進効率を損なう可能性がある、より大きな潤滑剤システム９８が必要となる。
【００５８】
図１の参照を続けながら図３を参照すると、別の実施例のエピサイクリックギアボックス８５が開示されており、プラネタリ構成を備える。プラネタリ構成では、エンジン軸線Ａ周りに回転可能なキャリヤ８６上にプラネットギア８４が支持される。サンギア６２は、依然として内側シャフト４０および低圧タービン４６によって駆動される。リングギア６６は、軸線周りに回転しないように、固定構造３６に取り付けられる。従って、サンギア６２の回転は、リングギア６６内のプラネットギア８４を駆動する。プラネットギア８４は、回転可能キャリヤ８６上で支持され、回転可能キャリヤ８６は次いで、ファンシャフト６８を駆動する。この構成では、ファンシャフト６８およびサンギア６２は、共通の方向に回転し、他方では、プラネットギア８４はそれぞれ、サンギア６２とは反対の方向に回転するが、ひとまとまりとしては、サンギア６２の回転と同じ方向にサンギア６２の周りを回転する。
【００５９】
図３に示される実施例のプラネタリギアボックスは、可撓性マウント７６によって支持されるリングギア６６を備える。可撓性マウント７６によって、ギアボックス８５のある程度の動きがギア６２、８４、６６の噛み合い歯間の所望の位置合わせを維持することができる。制限器７８は、径方向の不均衡および／またはねじり荷重によって生じる可能性のある損傷を防止するように所望の制限を超えるプラネタリギアボックス８５の動きを妨げる。
【００６０】
実施例の低圧タービン４６は、ギアボックス８５を駆動するように動力９４を入力する。先の実施例でのように、実施例のギアボックス８５は、入力動力９４の約９８％超を出力動力９６としてファン駆動シャフト６８に伝達する。別の実施例では、ギアボックス８５は、入力動力９４の約９９％超を出力動力９６としてファン駆動シャフト６８に伝達する。
【００６１】
入力動力９４と出力動力９６の差は、潤滑システム９８によって除去される熱エネルギーに変換される。この実施例では、潤滑システム９８は、低圧タービン４６からの入力動力９４の約２％によって生成されるより上回ることのない熱９２を除去する能力を有する。別の実施例では、潤滑システム９８は、入力動力９４の約１％によって生成されるより上回ることのない熱９２を除去する能力を有する。従って、実施例のギアボックス８５によって提供される効率によって、潤滑システム９８は、別々の比較的近い最適速度においてファンセクション２２および低圧タービン４６を回転させることで実現される推進効率を損なうことのない大きさとすることができる。
【００６２】
従って、実施例のファン駆動ギアシステムは、熱エネルギーの形態での損失を制限し、それによって、能力および大きさの低減された潤滑システムの使用を可能とすることで、推進効率の向上および実現が可能となる。
【００６３】
例示的な実施例を開示したとはいえ、当業者ならば特定の変更が本開示の範囲に含まれることを理解するであろう。それゆえ、本開示の範囲および内容を決定するには以下の特許請求の範囲を検討する必要がある。
【図１】
0005711431.tif 000002
【図２】
0005711431.tif 000003
【図３】
0005711431.tif 000004