(57)【要約】【課題】アクチュエータがガスタービンエンジンのノズル断面積を制御するリンク機構に作用する力のバランスを保つのを補助するために供給される空気圧を制御する制御装置を提供する。【解決手段】ガスタービンエンジンノズルの断面積を変化させるために、そのノズルの後部で枢動するフラップに対して、圧力バランス制御装置が設けられる。アクチュエータが、同期リングを駆動し、フラップをリンク機構を介して移動させる。アクチュエータがノズル内の高圧ガスによる力に対抗するのを補助するために、加圧空気も、同期リングに供給される。高圧ガスによるこれらの力が通常よりも低い場合、同期リングの後部への空気の流れは、減少されるかまたは阻止される。この空気流れと、ノズルの内部への冷却空気の供給の両方を制御するために、１つのリング（５１）が他のリング（５８）と共に回転する。【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用ノズルであって、
ノズル出口に所望の断面積をもたらすように移動可能な複数のフラップと、
前記フラップをリンク機構を介して駆動するアクチュエータ構造であって、前記フラップを中間部材を介して移動させる少なくとも１つのアクチュエータ部材を備える、アクチュエータ構造と、
前記中間部材の後面に加圧空気を供給する空気源であって、前記アクチュエータ部材が前記フラップを所望位置に保持し、前記ノズル内の圧力による力に対抗するのを補助する、空気源と、
前記ノズルの内周への冷却空気の流れを制御するように回転するライナリング、および前記中間部材の前記後面への加圧空気の流れを制御する弁であって、前記弁が、所定のシステム状態が検知されたとき、空気の流れを減少させるように制御され、前記ライナリングが、前記弁と共に移動する、ライナリングおよび弁と、
を備えることを特徴とするノズル。
【請求項２】
前記ノズル内の空気圧と外気圧との比率が、前記弁を制御するのに利用されることを特徴とする請求項１に記載のノズル。
【請求項３】
前記後面への加圧空気の流れが、前記比率が３未満のときに、減少されることを特徴とする請求項２に記載のノズル。
【請求項４】
前記弁は、外側リングであり、前記外側リングは、前記ライナリングと共に回転するが、前記ライナリングに対して軸方向に移動できるように、前記ライナリングから独立していることを特徴とする請求項１に記載のノズル。
【請求項５】
バネが、前記外側リングの表面と前記ライナリングの表面との間に配置され、前記外側リングを、前記中間部材の前記後面への空気の流れを制御するために、前記外側リングによって選択的に開閉される複数のポートを有する部材に対して付勢することを特徴とする請求項４に記載のノズル。
【請求項６】
回転リンク機構が、前記ライナリングを回転駆動し、前記ライナリングが、複数の離間した開口を有し、前記開口が、前記ノズル内への冷却空気の流れを許容または阻止するために、固定表面の開口と選択的に整列することを特徴とする請求項４に記載のノズル。
【請求項７】
前記回転リンク機構の軸受が、前記ライナリングのスロット内に収容されることを特徴とする請求項６に記載のノズル。
【請求項８】
前記中間部材は、加圧空気を受けるチャンバを画定する同期リングであり、前記同期リングが、前記アクチュエータ構造に連結されることを特徴とする請求項１に記載のノズル。
【請求項９】
ガスタービンエンジンのノズルを作動させる方法であって、
（１）ノズル出口に所望の断面積をもたらすように移動可能である複数のフラップを設けると共に、前記フラップを移動させる少なくとも１つの中間部材を有するアクチュエータ構造を設けるステップと、
（２）システム状態に応じて、前記中間部材への空気の流れを阻止するかまたは許容するために、前記中間部材の後面への空気流れを制御する回転可能な構造を回転させ、さらに、前記ノズルの内部への冷却空気の流れを制御するために、前記回転可能な構造を回転させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記回転可能な構造は、前記ノズルの内部への冷却空気の流れを制御するライナリングと、前記中間部材の前記後面への冷却空気の流れを制御する外側リングと、を備え、前記外側リングは、前記ライナリングと共に回転するように拘束されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータがガスタービンエンジンのノズル断面積を制御するリンク機構に作用する力のバランスを保つのを補助するために供給される空気圧を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、ファンセクション、圧縮セクション、燃焼セクション、およびタービンセクションを備える。エンジンの軸は、エンジンに沿って中心に位置し、各セクションを通って長手方向に延びる。作動媒体ガス用の主流路が、エンジンの各セクションを軸方向に貫通している。
【０００３】
ガスタービンエンジン用のノズルは、典型的には、ノズル開口の大きさを制御するために複数のフラップを半径方向内方または外方に枢動させる作動構造を備える。先行技術では、流体アクチュエータが、同期リングを駆動し、この同期リングは、リンク機構を介して、複数のフラップに連結されている。所望の断面積をもたらすために、制御装置が、アクチュエータによってフラップを種々の位置の間で移動させる。
【０００４】
作動構造への負荷に対抗するのを補助するために、空気圧を同期リングの後面に供給することも、先行技術として知られている。この負荷の一部は、比較的高い空気圧がノズル内でフラップの内面に作用し、比較的低い外気圧がフラップの外面に作用することによって、生じる。同期リングの後面に供給される高圧は、この負荷の一部を支持するように働く。しかし、時には、ノズル内の圧力と外気圧との比率が極めて小さいことがある。一例として、低速／低高度の運転時では、通常、この比率が低い。このような運転時には、同期リングに作用する空気圧が高すぎる場合がある。
【０００５】
ノズルに隣接して配置されることが多い他の特徴部は、ノズルの内部への冷却空気の流れを制御するライナリングである。ライナリングは、冷却空気が必要であるかどうかによって、閉位置と開位置との間で回転する。条件によっては、例えば、航空機がホバリングしているときは、必要な冷却空気が比較的少ない。この場合、ノズルへの冷却空気の流れを阻止することによって、付加的な冷却空気が他の目的に利用可能となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、アクチュエータがガスタービンエンジンのノズル断面積を制御するリンク機構に作用する力のバランスを保つのを補助するために供給される空気圧を制御する制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の開示される実施形態では、当技術分野において周知のライナリングは、ガスタービンのノズルの内周への冷却空気の流れを制御するように、回転される。冷却空気が必要でないとき、ライナリングは、モータによって、ライナリングの開口がノズル内に通じるハウジング構造の開口と整列しない位置に、回転される。この位置では、冷却空気の流れが阻止され、冷却空気は、ガスタービンエンジン内において他の目的に利用される。一方、冷却空気が望まれる通常の運転中、ライナリングは、ライナリングの開口がハウジングの開口と整列する位置に回転され、冷却空気は、ノズルの内周に送給される。前述したように、本発明のこれらの特徴は、当技術分野において、すでに知られている。
【０００８】
また、ライナリングは、外側リングと共に回転するように、拘束されている。外側リングは、その端面がハウジングの弁板と当接するように、ライナリングに対して軸方向に付勢されている。この弁板は、フラップ用の作動構造の後面に通じる開口を有する。モータおよび制御装置によって、ライナリング、従って、外側リングを、同期リングの後面への流れを選択的に許容する位置または選択的に阻止する位置間で、回転させることができる。
【０００９】
単一の作動構造を利用することによって、同期リングの後面への空気の流れを制御する付加的な特徴部は、ライナリングを回転させるのにすでに利用されているのと同じモータによって、実現される。
【００１０】
本発明のこれらおよび他の特徴は、以下の詳細な説明および後で簡単に説明する図面から最もよく理解されるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１Ａは、ガスタービンエンジン１０を示している。周知のように、ファンセクション１１は、空気を動かし、軸方向中心線１２を中心として回転する。圧縮機セクション１３、燃焼セクション１４、およびタービンセクション１５も、軸方向中心線１２を中心に配置されている。タービンのノズルセクション１６は、ガスを下流に排出する。図１Ａは、極めて概略的な図であるが、ガスタービンエンジンの主な構成要素を示している。なお、特定の形式のガスタービンエンジンがこの図には示されているが、本発明は、他の形式のガスタービンエンジンにも及ぶことが理解されるべきである。
【００１２】
図１Ａにも示されるように、ノズル１６の端部の複数のフラップ３１は、ノズルの断面積を制御するために、半径方向内方または半径方向外方に枢動される。これは、当技術分野において周知であり、フラップ３１を枢動させる作動構造が、図１Ｂに示されている。図示されるように、流体アクチュエータ４１が、連結部４６を介して、同期リング４４を駆動する。ノズル内の空気圧４０がフラップ３１の内面に作用すると共に、フラップ３１の外部の外気圧４２がフラップ３１の外面に作用する。通常、空気圧４０は、外気圧よりも著しく高い。この高い圧力不均衡によって、同期リング４４およびリンク機構に作用する力が生じる。従って、この負荷に対抗するのを補助するために、加圧空気が、開口４８を通って、同期リング４４の後面に送給される。この先行技術の構造では、この空気の流れは制御されない。
【００１３】
図２は、図１Ｂの作動構造を補足し、同期リング４４の後面への空気流れを制御する構造を示している。図示されるように、アッセンブリ５０は、複数の開口５２を有するライナリング５１を備える。これらの開口５２を、冷却空気をノズルの内周およびフラップ３１に送給するために、選択的に開口５４と整列させることができる。図示されるように、外側リング５８は、ライナリング５１に隣接して配置され、後述するように、所望の空気流れが比較的少ないとき、開口５６を通って同期リング４４の後面に向かう空気流れを制御する。
【００１４】
バネ６０が、外側リング５８をハウジング構造５７の開口５６に付勢している。
【００１５】
図３Ａは、ライナリング５１の詳細、特に、スロットまたはトラック６８を示している。作動構造７０は、スロット６８内に収容される軸受１７２を備える。
【００１６】
図３Ｂに示されるように、軸受１７２は、アクチュエータモータ７８によって駆動されるスピンドル７６を有する駆動装置と関連している。制流プレート７４が、固定ハウジングへのスピンドルの取付けを密封する。モータ７８用の制御装置が、エンジンの状態に関して、フィードバックデータを受信し、空気流れがノズルの内周への冷却空気として望まれているかどうか、および空気流れが同期リングに作用する空気を補足する作動空気として望まれているかどうかを決定する。制御装置およびモータ７８は、概略的に示されているが、モータ７８は、回転式であると好ましく、制御装置は、そのモータを選択的に制御する形式であると好ましい。
【００１７】
図３Ｃは、外側リング５８、特にライナリング５１のラグ６６と関連するスロット６４を示している。単一の嵌合構造６４，６６が示されているが、リングの周りに離間して配置される複数のこのような嵌合構造があってもよい。さらに、弁閉鎖体６２が、外側リング５８の前面６３から前方に延びている。これらの閉鎖体６２が開口５６と整列すると、空気流れが阻止される。外側リング５８が回転すると、閉鎖体６２が開口５６から離間し、これによって、空気が開口５６内に流れる。
【００１８】
図４Ａは、関連する航空機用の「ホバリング」位置とみなすことができる第１の位置を示している。この位置では、ノズル内の温度は、他の状態で経験されるほど高くない場合がある。図示されるように、ライナリング５１は、中実構造７０が開口５４と整列するように回転されている。この場合、冷却空気は、ノズルの内部に送給されない。一方、空気は、開口７２内および外側リングの周囲に流れ、ハウジング５７の開口５６に達する。図４Ｂは、開口５４が塞がれると共に、開口５６が開いた状態を示している。
【００１９】
図５Ａは、他の位置、例えば、本発明のタービンエンジンを有する航空機が通常の飛行状態にあるときを示している。この位置では、ライナリング５１は、開口５２が開口５４と整列するように、回転され、冷却空気が、ノズルに供給される。さらに、外側リング５８が、図４Ａに示されるのと同様の位置に回転され、これによって、空気が開口５６にも流れる。図５Ｂは、開口５４，５６の両方が開いた状態を示している。
【００２０】
図６Ａは、同期リングの後面への空気流れを減少させる必要があるさらに他の位置を示している。前述したように、このような位置は、典型的には、低速度および低高度の飛行時に生じる。この位置では、外側リング５８は、閉鎖体６２が開口５６を塞ぐように、回転される。同時に、開口５４が開かれる。ここでも、図６Ｂに示されるように、開口５６が塞がれると共に、開口５４が開かれる。
【００２１】
図示されるように、図４Ｂ，５Ｂ，６Ｂに示される位置では、他の開口２００によって、開口５４の開閉とは無関係に、最小限の冷却空気が確保される。
【００２２】
設計者であれば、ライナリングを特定量だけ単純に回転させることによって、これらの３つの位置が容易に得られるように、２つのリング構造を選択的に形成することができるだろう。
【００２３】
本発明の好ましい実施形態について、開示した。より簡素化された装置が、「ガスタービンエンジンノズル用の圧力バランスの制御」と題する同時係属中の米国特許出願第１１／５２７，１８８号に開示されている。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態を開示したが、当業者であれば、いくつかの修正が本発明の範囲内においてなされ得ることを認めるだろう。この理由から、本発明の真の範囲および内容を決定するには、特許請求の範囲が検討されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】ガスタービンエンジンを概略的に示す図である。
【図１Ｂ】当技術分野において知られているノズルのフラップを移動させる構造を示す図である。
【図２】図１Ｂの構造を補足する本発明の構造を示す図である。
【図３Ａ】作動構造の第１の特徴を示す図である。
【図３Ｂ】作動構造を示す他の図である。
【図３Ｃ】ライナリングおよび外側リングを示す図である。
【図４Ａ】第１の動作位置を示す図である。
【図４Ｂ】第１の動作位置を示す他の図である。
【図５Ａ】第２の動作位置を示す図である。
【図５Ｂ】第２の動作位置を示す他の図である。
【図６Ａ】第３の動作位置を示す図である。
【図６Ｂ】第３の動作位置を示す他の図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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