(57)【要約】      （修正有）【課題】周知の推進システムは、エンジンのファン組立体からの低圧の空気のみを使用するため、空気の圧力が相対的に低く、一般に大量の空気を必要とし、その結果、低圧空気を流通させるために相対的に大型の空気系統が必要となる。【解決手段】ターボファンエンジン（１００）を有するビークルの空気供給システムは、ターボファンエンジンの高圧圧縮機（１４）と並列に結合されたコア駆動ファン段（１０２）を含む。コア駆動ファン段は、エンジンのファン組立体（１０４）と高圧圧縮機と間からの空気の流量を調整するように構成される。コア駆動ファン段は空気をビークルへ搬送するように更に構成される。システムは、空気の流量を調整するように構成された入口案内羽根（１０６）を更に具備することができる。また、入口案内羽根（１０６）は空気の流量をほぼ０の空気流量と最大排出空気流量との間で独立して変化させるようにすることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボファンエンジン（１００）を有するビークルの空気供給システムにおいて、前記ターボファンエンジンの高圧圧縮機（１４）と並列に結合されたコア駆動ファン段（１０２）を具備し、前記コア駆動ファン段は、前記ターボファンエンジンのファン組立体（１０４）と前記高圧圧縮機との間からの空気の流量を調整するように構成され、前記コア駆動ファン段は、空気を前記ビークルへ搬送するように更に構成されるシステム。
【請求項２】
空気の流量を調整するように構成された入口案内羽根（１０６）を更に具備する請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記入口案内羽根（１０６）は空気の流量をほぼ０の空気流量と最大排出空気流量との間で独立して変化させる請求項２記載のシステム。
【請求項４】
ビークルに使用するために前記ターボファンエンジン（１００）の外部ポートへ空気を搬送するためのコレクタシステム（１０９）を更に具備する請求項１記載のシステム。
【請求項５】
エンジン推力発生に使用するために、前記ビークルにより使用されない空気をバイパス導管（１１２）へ搬送するように構成された逃がしポート（１１０）を更に具備する請求項１記載のシステム。
【請求項６】
空気の圧力比を１．２〜２の範囲内で増加するように構成された請求項１記載のシステム。
【請求項７】
流路の大きさを縮小したビークル空気分配システムに高圧空気を供給するように構成された請求項１記載のシステム。
【請求項８】
ビークルのターボファンエンジン（１０）において、
ファン組立体（１０４）と；
高圧圧縮機（１４）と；
前記高圧圧縮機と並列に結合されたコア駆動ファン段（１０２）を具備し、前記コア駆動ファン段が、前記ファン組立体と前記高圧圧縮機との間からの空気の流量を調整するように構成され、前記コア駆動ファン段が前記ビークルへ空気を搬送するように更に構成された空気供給システムと
を具備するターボファンエンジン（１０）。
【請求項９】
前記空気供給システムは、空気の流量を調整するように構成された入口案内羽根（１０６）を更に具備する請求項８記載のターボファンエンジン（１０）。
【請求項１０】
前記入口案内羽根（１０６）は空気流量をほぼ０の空気流量と最大排出空気流量との間で独立して変化させる請求項９記載のターボファンエンジン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にターボファンエンジンを含むビークルに関し、特に、ビークルに空気を供給する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくともいくつかの周知の軍用空中移動システムは、ビークルの高揚力装置の動作特性を向上するために推進システムからの空気を使用する。そのようなシステムにおいては、空気供給源は十分な量の空気を適度な圧力及び温度で供給しなければならない。更に、高揚力条件の下では最大レベルの空気流量が利用され、前進飛行条件の下では利用される空気流量が０であるので、空気の量は最大レベルから０まで容易に調整されなければならない。
【０００３】
少なくともいくつかの周知の推進システムは、低圧の空気のみを供給する空気系統を使用する。特に、それらの周知のシステムはエンジンのファン組立体からの低圧空気を搬送する。空気の圧力が相対的に低いため、周知の推進システムは一般に大量の空気を必要とし、その結果、低圧空気を流通させるために相対的に大型の空気系統が必要になる。他の周知のシステムは、所望の圧力及び温度より高い圧力及び温度を有する高圧圧縮機からの空気を搬送する。特に、それらのシステムは圧縮機の種々の段からの空気を搬送する。一般に、圧縮機及び空気系統の双方は、圧縮機の動作モードと空気系統の動作モードとの間の遷移を実現するために空気流量の調整を必要とする。調整の結果、エンジンシステムタービンへの空気の流量及び圧力は減少する。従って、エンジン性能が変化する。更に、多くの場合、空気が高温であるために、高価な構成要素が必要とされる。
【特許文献１】米国特許第７，１４０，１７４Ｂ２号公報
【特許文献２】米国特許第７，１３４，２７１Ｂ２号公報
【特許文献３】米国特許第７，０５５，３０６Ｂ２号公報
【特許文献４】米国特許第６，９０１，７３９Ｂ２号公報
【特許文献５】米国特許第６，６８４，６２６Ｂ１号公報
【特許文献６】米国特許第６，３３９，９２７Ｂ１号公報
【特許文献７】米国特許第５，８６７，９８０号公報
【特許文献８】米国特許第５，８０９，７７２号公報
【特許文献９】米国特許第５，７９４，４３２号公報
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００７／００００２３２Ａ１号
【発明の開示】
【０００４】
１つの面においては、ターボファンエンジンを有するビークルの空気供給システムが提供される。システムは、ターボファンエンジンの高圧圧縮機と並列に結合されたコア駆動ファン段を含む。コア駆動ファン段は、エンジンのファン組立体と高圧圧縮機との間からの空気の流量を調整し、空気をビークルへ搬送するように構成される。
【０００５】
別の面においては、ビークルのターボファンエンジンが提供される。エンジンはファン組立体と、高圧圧縮機と、空気供給システムとを含む。空気供給システムは、高圧圧縮機と並列に結合されたコア駆動ファン段を含む。コア駆動ファン段は、ファン組立体と高圧圧縮機との間からの空気の流量を調整し、空気をビークルへ搬送するように構成される。
【０００６】
またここでは、ビークルに空気を供給する方法が開示される。方法は、ターボファンの高圧圧縮機に並列に結合されたコア駆動ファン段によって、ターボファンエンジンのファン組立体とターボファンエンジンの高圧圧縮機との間からの空気の流量を調整することを含む。方法は、コア駆動ファン段からビークルへ空気を搬送することを更に含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、ビークルに空気を供給する方法及びシステムを提供する。特に、システムは、ターボファンエンジンの高圧圧縮機と並列に機械的に結合されたコア駆動ファン段を含む。コア駆動ファン段は、ビークルにより使用するために、ターボファンエンジンのファン組立体と高圧圧縮機との間からの空気を搬送できる。以下に更に詳細に説明される入口案内羽根は、ビークルへの排出空気流量を調整する。本発明は、ファン組立体から空気を受取る周知のターボファンエンジン組立体より高い圧力の空気をビークルに供給できる。従って、周知の空気供給システムと比較して、ビークル空気分配システムの流路の大きさを全体的に縮小できる。また、本発明は、圧縮機から空気を受取る周知のターボファンエンジン組立体の場合より相対的に低い温度で空気をビークルに供給できる。更に、空気の温度が相対的に低いために、周知のビークル空気分配システムで使用されている構成要素より安価な構成要素からビークル空気分配システムを製造できる。
【０００８】
以下に、ターボファンエンジンから機体などのビークルに空気を供給することに関連する用途に関して本発明を説明するが、本明細書中の教示に従えば、適切な変形を加えることにより、本発明のシステム及び方法を任意の種類のエンジンから任意の適切な供給先に空気を供給するのに適するシステム及び方法として提供できることは当業者には明らかであろう。
【０００９】
図１は、ターボファンエンジン１０の一例を概略的に示した図である。エンジン１０は低圧圧縮機１２、高圧圧縮機１４及び燃焼器組立体１６を含む。エンジン１０は、軸方向直列流れ関係で配列された高圧タービン１８及び低圧タービン２０を更に含む。低圧圧縮機１２及び低圧タービン２０は第１の軸２１により結合され、高圧圧縮機１４及び高圧タービン１８は第２の軸２２により結合される。
【００１０】
動作中、空気は低圧圧縮機１２を通って流れ、低圧圧縮機１２から高圧圧縮機１４及びバイパス導管に圧縮空気が供給される。高圧に圧縮された空気は燃焼器１６へ送り出される。燃焼器１６からの空気の流れは、ガスタービンエンジン１０から排出される前に、複数のタービンノズルを経て搬送され、タービン１８及び２０を駆動する。
【００１１】
図２は、ターボファンエンジン組立体１００の一例の一部を示した横断面図である。図３は、ターボファンエンジン組立体１００の一例の一部を示した別の横断面図である。本実施形態においては、ターボファンエンジン組立体１００はビークル（図示せず）と共に使用されるように構成される。ターボファンエンジン組立体１００は、高圧圧縮機１４と並列に機械的に結合されたコア駆動ファン段１０２を含む。本実施形態においては、当業者には理解されるように、高圧圧縮機１４は、コア駆動ファン段１０２を収容し、本明細書中で説明されるように機能するように変形されてもよい。特に、本実施形態においては、コア駆動ファン段１０２の入口１０３は、ファン組立体１０４と高圧圧縮機１４の第１の段１０５との間に配置される。コア駆動ファン段１０２は複数の入口案内羽根１０６と、入口案内羽根１０６の下流側に流体連通状態で結合された回転翼１０７とを含む。本実施形態においては、回転翼１０７は高圧圧縮機１４の第１の動翼１０８に機械的に結合され、第１の動翼１０８から延出する。一実施形態においては、出口案内羽根は回転翼１０７の下流側に結合される。
【００１２】
コレクタ導管１０９はコア駆動ファン段１０２の下流側に流体連通状態で結合される。コレクタ導管１０９は、ターボファンエンジン組立体１００の外側にある複数の接続ポート（図示せず）とも流体連通状態で結合される。接続ポートはビークルの各系統に流体結合される。例えば、本実施形態においては、接続ポートは、ビークルの高揚力装置の動作特性を向上するために利用されるビークル空気分配システムに結合される。更に、本実施形態においては、逃がしポート１１０がコア駆動ファン段１０２と流体連通状態で結合される。本実施形態においては、逃がしポート１１０はコレクタ導管１０９から半径方向外側に結合され、バイパス導管１１２とも流体連通状態で結合される。本実施形態においては、コレクタ導管１０９と逃がしポート１１０との間に弁１１３が配置される。弁１１３は、コレクタ導管１０９又は逃がしポート１１０のいずれかへ空気を搬送するように構成される。特に、図２は、空気を逃がしポート１１０へ搬送するように構成された弁１１３を示し、図３は、空気をコレクタ導管１０９へ搬送するように構成された弁１１３を示す。
【００１３】
動作中、ファン組立体１０４と高圧圧縮機１４との間からの空気は、コア駆動ファン段１０２を経て搬送される。一般に、図３に示される実施形態においては、空気はコア駆動ファン段１０２からコレクタ導管１０９を通って搬送され、その後、高揚力装置により使用されるため又はビークル内部の他の用途のためにビークル空気分配システムに供給される。特に、コア駆動ファン段１０２を通る空気の量は、入口案内羽根１０６により独立して制御される。特に、入口案内羽根１０６の食い違い構造は、ビークルの必要空気流量条件に基づいて、コア駆動ファン段１０２を通る空気の流量を選択的に制御するように可変である。例えば、高揚力条件の間、入口案内羽根１０６を通る空気の流量を増加できるように、入口案内羽根１０６は開放される。これに対し、前進飛行条件などの低揚力条件の間には、例えば、入口案内羽根１０６を通って流れる排気の量を制限するために、入口案内羽根１０６は閉鎖される。本実施形態においては、入口案内羽根１０６を通る空気の流量を０空気流量に近い値からコア駆動ファン段１０２の用途により要求される最大空気流量までの範囲内にするように、入口案内羽根１０６は独立して可変である。本実施形態においては、入口案内羽根１０６は主エンジン制御部により機械的に作動され且つ動作される。別の実施形態においては、入口案内羽根１０６は任意の適切な機構により動作される。
【００１４】
入口案内羽根１０６を通って搬送される空気は回転翼１０７に向かって搬送され、それにより、回転翼１０７における空気流れの圧力は上昇する。特に、本実施形態においては、回転翼１０７は最大空気流れの圧力比を１．２〜２．０の範囲内で増加できる。別の実施形態においては、回転翼１０７は任意の適切な範囲内で空気の圧力を増加する。
【００１５】
その後、空気はコレクタ導管１０９へ搬送される。コレクタ導管１０９において、空気はビークル空気分配システムへ送り出され、ビークル内部で使用される。空気はファン組立体１０４と高圧圧縮機１４との間から搬送されるため、高圧圧縮機からの空気を搬送する周知のシステムと比較して空気の圧力は低いが、ファン組立体からの空気を搬送する周知のシステムの場合よりは高い。更に、空気の温度は、高圧圧縮機から搬送される空気の温度より低い。そのため、回転翼１０７は空気の圧力及び温度の双方を最適な範囲内まで増加するために利用される。従って、ファン組立体からの空気を搬送するシステムより狭い流路を有するビークル空気分配システムが使用されてもよい。更に、圧縮機からの空気を搬送するシステムと共に使用される構成要素より低い最大動作温度を有する構成要素を有するビークル空気分配システムが使用されてもよい。そのため、周知のシステムと比較して、ビークル空気分配システムが必要とする構成要素は安価であり、低製造コスト及び／又はビークル内部で必要なスペースの縮小により、ビークル全体のコストは低減され、その一方でビークルの効率は向上する。
【００１６】
更に、本実施形態においては、ビークルは回転翼１０７から搬送される空気の全てを必要としない場合もある。そのため、図２に示される実施形態においては、ビークルにより必要とされない空気は、逃がしポート１１０を通してバイパス導管１１２へ搬送される。バイパス導管１１２に入った空気は他のバイパス空気と混合され、推力発生を増進するためにターボファンエンジン組立体１００により使用される。
【００１７】
ターボファンエンジン組立体１００は、ターボファンのエンジン効率を維持しつつ、ビークルのシステムに高圧空気を供給する。特に、入口案内羽根１０６は、ビークルの必要に応じて、ファン組立体１０４と高圧圧縮機１４との間からの空気の量を可変制御することを可能にする。更に、排出空気の圧力及び温度が最適な範囲内に入るように、回転翼１０７は排出空気の圧力を増加する。特に、ファン組立体からの空気と比較して空気の圧力が高くなるため、ファン組立体からの空気を搬送する周知の空気分配システムと比較して物理的に狭い流路を有する空気分配システムの使用が可能になる。更に、ビークルにより必要とされない空気は他のバイパス空気と混合され、スラスト発生を増進するためにターボファンエンジン組立体１００により使用される。圧縮機からの空気と比較して空気の温度が低くなるため、圧縮機からの空気を搬送するシステムと比較して、より安価な材料を使用できる。従って、周知のシステムと比較して、ビークル空気分配システムが必要とする構成要素は安価であり、低製造コスト及び／又はビークル内部で必要なスペースの縮小により、ビークル全体のコストは低減され、その一方でビークルの効率は向上する。
【００１８】
一実施形態においては、ビークルに空気を供給する方法が提供される。方法は、ターボファンエンジンの高圧圧縮機と並列に結合されたコア駆動ファン段によって、ターボファンエンジンのファン組立体とターボファンエンジンの高圧圧縮機との間からの空気の流量を調整することを含む。方法は、コア駆動ファン段からビークルへ空気を搬送することを更に含む。
【００１９】
種々の特定の実施形態によって本発明を説明したが、特許請求の範囲の趣旨の範囲内で変形を伴って本発明を実施できることは当業者には認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】周知のターボファンエンジン組立体の一例を示した横断面図である。
【図２】空気供給システムを含むターボファンエンジン組立体の一例の一部を示した横断面図である。
【図３】空気供給システムを含むターボファンエンジン組立体の一例の一部を示した別の横断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１０…ターボファンエンジン、１４…高圧圧縮機、１００…ターボファンエンジン組立体、１０２…コア駆動ファン段、１０４…ファン組立体、１０６…入口案内羽根、１０７…回転翼、１０９…コレクタ導管、１１０…逃がしポート、１１２…バイパス導管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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