(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向、半径方向及び円周方向を定めるガスタービンエンジン（１０）であって、
ファンフレーム（１４４）を含むファン（３８）と、
コアフレーム（１３４）及び１又はそれ以上の回転シャフトを含むコアと、
前記コアの１又はそれ以上のシャフトのうちの１つを前記ファンに機械的に接続するギアボックス（１００）と、
前記ガスタービンエンジン内で前記ギアボックスを装着するためのカップリングシステム（１３２）と、
を備え、前記カップリングシステムが、
前記ファンフレーム又は前記コアフレームのうちの少なくとも一方に接続される可撓性カップリング（１５２）と、
前記可撓性カップリング及び前記ギアボックスに接続されるトルクフレーム（１２２）と、
前記可撓性カップリングを前記ギアボックスに緩く取り付ける偏位制限器（１７４）と、
を含み、該偏位制限器が、前記ギアボックスと、前記可撓性カップリングが取り付けられる前記フレームとの間で軸方向可動域、半径方向可動域、及び円周方向可動域を提供し、
前記偏位制限器が、前記可撓性カップリングと前記トルクフレームとの間に延びるピン（１７６）を含む、ガスタービンエンジン（１０）。
【請求項２】
前記偏位制限器が、前記軸方向可動域、前記半径方向可動域及び前記円周方向可動域を超える前記ギアボックスの移動を阻止する、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項３】
前記コアは、環状入口（２０）を定める管状の外側ケーシング（１８）と、
圧縮機セクションと、
燃焼セクション（２６）と、
タービンセクションと、
ジェット排気ノズルセクション（３２）と、
を含む、請求項１または２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項４】
前記ピンが、前記可撓性カップリング又は前記トルクフレームのうちの少なくとも一方と軸方向ギャップ（１８８，１９０）を定め、前記ピンが、前記可撓性カップリング又は前記トルクフレームのうちの少なくとも一方と半径方向ギャップ（１９２，１９４）を定め、前記ピンが、前記可撓性カップリング又は前記トルクフレームのうちの少なくとも一方と円周方向ギャップ（１９６，１９８）を定める、請求項１乃至３のいずれかに記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項５】
前記ピンが遠位端（１８２）を定め、前記ピンの遠位端が前記可撓性カップリングに取り付けられる、請求項１乃至４のいずれかに記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項６】
前記偏位制限器が、前記可撓性カップリングに装着されたバンパー（１８６）を含む、請求項１乃至５のいずれかに記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項７】
前記バンパーが、エラストマー材料から形成される、請求項６に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項８】
前記偏位制限器が、前記トルクフレームを通じて前記可撓性カップリングを前記ギアボックスに緩く取り付ける、請求項１乃至７のいずれかに記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項９】
前記可撓性カップリングが、第１の端部（１５４）にて前記コアフレームに接続される、請求項１乃至８のいずれかに記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１０】
前記ギアボックスが、サンギア（１０６）と、リングギア（１０８）と、前記サンギア及びリングギアと噛み合う複数のスターギア（１１０）と、を含み、前記複数のスターギアが、スターギアキャリア（１２０）内で回転可能に装着される、請求項１乃至９のいずれかに記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１１】
前記トルクフレームが、前記スターギアキャリアに装着される、請求項１０に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１２】
前記可撓性カップリングが、第１の端部（１５４）において前記ファンフレーム又は前記コアフレームの少なくとも一方に接続され、前記偏位制限器が、前記可撓性カップリングの第１の端部に近接した位置にて前記トルクフレーム部材を前記可撓性カップリングに緩く取り付ける、請求項１乃至１１のいずれかに記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１３】
軸方向、半径方向及び円周方向を定めるガスタービンエンジン（１０）のためのギアトレーン（１０２）であって、
前記ガスタービンエンジンのシャフトによって回転可能なサンギア（１０６）と、
リングギアシャフトに取り付けることができるリングギア（１０８）と、
ギアキャリア（１２０）に回転可能に装着され、前記サンギア及び前記リングギアと噛み合う複数の中間ギア（１１０）と、
カップリングシステム（１３２）と、
を備え、前記カップリングシステムが、
前記ガスタービンエンジンの非回転構成要素と接続する可撓性カップリング（１５２）と、
前記可撓性カップリングを前記ギアキャリアに接続するため前記前記可撓性カップリング及び前記ギアキャリアに接続されるトルクフレーム（１２２）と、
前記可撓性カップリングを前記ギアキャリアに緩く取り付ける偏位制限器（１７４）と、
を含み、前記偏位制限器が、前記ギアキャリアと前記可撓性カップリングが取り付けられる非回転構成要素との間で軸方向可動域、半径方向可動域、及び円周方向可動域を提供し、
前記偏位制限器が、前記可撓性カップリングと前記トルクフレームとの間に延びるピン（１７６）を含む、ギアトレーン（１０２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の主題は、全体的に、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、ガスタービンエンジンのギアボックスのためのカップリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは一般に、互いに流れ連通して配列されたファン及びコアを含む。加えて、ガスタービンエンジンのコアは、一般に、直列流れ順に、圧縮機セクション、燃焼セクション、タービンセクション、及び排気セクションを含む。作動時には、空気がファンから圧縮機セクションの入口に供給され、ここで、空気が燃焼セクションに到達するまで、１又はそれ以上の軸流圧縮機が空気を漸次的に圧縮する。燃料は、圧縮空気と混合され、燃焼セクション内で燃焼して燃焼ガスを提供する。燃焼ガスは、燃焼セクションからタービンセクションに送られる。燃焼セクションを通る燃焼ガスの流れは、タービンセクションを駆動し、次いで、排気セクションを通って、例えば大気に送られる。加えて、コアは一般に、タービンセクションと圧縮機セクションとの間に延びる１又はそれ以上のシャフトを含み、タービンセクションの回転により圧縮機セクションを更に駆動するようになる。
【０００３】
コアの１又はそれ以上のシャフトはまた、ファンに機械的に結合されて、ガスタービンエンジンの作動中にファンの回転を可能にすることができる。しかしながら、コアの１又はそれ以上のシャフトの回転速度をより効率的な回転ファン速度まで漸減するために、ファンを駆動するファンシャフトにコアの１又はそれ以上のシャフトを機械的に結合するために、ギアボックスを設けることができる。
【０００４】
ギアボックスは、複数の支持構造体を用いて１又はそれ以上のフレーム部材に装着することができる。支持構造体は通常、例えば、ファン及び／又はコア内の振動に適応するために幾らかの移動を許容する。但し、バードストライク（鳥の衝突）又はファンブレード損失のような過酷な事象が、例えば、ガスタービンエンジンの軸方向、半径方向及び／又は円周方向に沿ったファンシャフトの相当な移動を促す可能性がある。これらの過酷な事象は、許容可能な領域を超えてギアボックスを変位させる可能性があり、これによりギアボックス内の１又はそれ以上のギアの拘束又は他の障害が引き起こされる可能性がある。
【０００５】
従って、過酷な事象中に許容可能な領域を超えるこのような変位を制限しながら、ガスタービンエンジンの軸方向、半径方向及び／又は円周方向に沿った一定量の変位への適応を可能にするギアボックス用の装着組立体が有用となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第８，７９０，０７５号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明の態様及び利点は、その一部を以下の説明に記載しており、又はこの説明から明らかにすることができ、或いは本発明を実施することにより理解することができる。
【０００８】
本開示の１つの例示的な実施形態において、軸方向、半径方向及び円周方向を定めるガスタービンエンジンが提供される。ガスタービンエンジンは、ファンフレームを有するファンと、コアフレーム及び１又はそれ以上の回転シャフトを有するコアと、を含む。ガスタービンエンジンはまた、コアの１又はそれ以上のシャフトのうちの１つをファンに機械的に接続するギアボックスと、ガスタービンエンジン内でギアボックスを装着するためのカップリングシステムと、を含む。カップリングシステムは、ファンフレーム又はコアフレームのうちの少なくとも一方に接続される可撓性カップリングと、可撓性カップリング及びギアボックスに接続されるトルクフレームと、を含む。カップリングシステムはまた、可撓性カップリングをギアボックスに緩く取り付ける偏位制限器を含み、該偏位制限器が、ギアボックスと可撓性カップリングが取り付けられるフレームとの間で、軸方向可動域、半径方向可動域、及び円周方向可動域を提供する。
【０００９】
本開示の別の例示的な実施形態において、軸方向、半径方向及び円周方向を定めるガスタービンエンジンのためのギアトレーンが提供される。ギアトレーンは、ガスタービンエンジンのシャフトによって回転可能なサンギアと、リングギアシャフトに取り付けることができるリングギアと、ギアキャリアに回転可能に装着され、サンギア及びリングギアと噛み合う複数の中間ギアと、を含む。ギアトレーンはまた、カップリングシステムを含む。カップリングシステムが、ガスタービンエンジンの非回転構成要素と接続する可撓性カップリングと、可撓性カップリングをギアキャリアに接続するため前記可撓性カップリング及びギアキャリアに接続されるトルクフレームと、を含む。
【００１０】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、以下の説明及び添付の請求項を参照するとより理解できるであろう。本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例証しており、本明細書と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。
【００１１】
添付図を参照した本明細書において、当業者に対してなしたその最良の形態を含む本発明の完全且つ有効な開示を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の主題の種々の実施形態による例示的なガスタービンエンジンの概略断面図。
【図２】本開示の例示的な実施形態によるギアボックスのギアトレーンの断面図。
【図３】ガスタービンエンジン内に装着された、図２の例示的なギアボックスの拡大断面図。
【図４】ガスタービンエンジン内で図２の例示的なギアボックスを装着するための、本開示の例示的な実施形態によるカップリングシステムの拡大断面図。
【図５】図４の例示的なカップリングシステムの偏位制限器の拡大概略図。
【図６】図４の例示的なカップリングシステムの偏位制限器の別の拡大断面図。
【図７】本開示の別の例示的な実施形態による偏位制限器の拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ここで、その１つ又はそれ以上の実施例が添付図面に例示されている本発明の実施形態について詳細に説明する。詳細な説明では、図面中の特徴部を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様の又は類似の要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似の記号表示を使用している。本明細書で使用される用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために同義的に用いることができ、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図したものではない。
【００１４】
次に、図全体を通して同じ参照符号が同様の要素を表す図面を参照すると、図１は、本開示の例示的な実施形態による、ガスタービンエンジンの概略断面図である。より詳細には、図１の実施形態において、ガスタービンエンジンは、本明細書で「ターボファンエンジン１０」と呼ばれる高バイパスターボファンジェットエンジン１０である。図１に示すように、ターボファンエンジン１０は、軸方向Ａ（参照として設けられる長手方向中心線１２に平行に延びる）と半径方向Ｒとを定める。一般に、ターボファン１０は、ファンセクション１４と、該ファンセクション１４から下流側に配置されたコアタービンエンジン１６と、を含む。
【００１５】
図示の例示的なコアタービンエンジン１６は、一般に、環状入口２０を定める実質的に管状の外側ケーシング１８を含む。外側ケーシング１８は、直列流れ関係で、ブースタ又は低圧（ＬＰ）圧縮機２２及び高圧（ＨＰ）圧縮機２４を含む圧縮機セクションと、燃焼セクション２６と、高圧（ＨＰ）タービン２８及び低圧（ＬＰ）タービン３０を含むタービンセクションと、ジェット排気ノズルセクション３２と、を収容する。高圧（ＨＰ）シャフト又はスプール３４は、ＨＰタービン２８をＨＰ圧縮機２４に駆動可能に接続する。低圧（ＬＰ）シャフト又はスプール３６は、ＬＰタービン３０をＬＰ圧縮機２２に駆動可能に接続する。
【００１６】
図示の実施形態において、ファンセクション１４は、ディスク４２に離間した状態で結合された複数のファンブレード４０を有する可変ピッチファン３８を含む。図示のように、ファンブレード４０は、半径方向Ｒにほぼ沿ってディスク４２から外向きに延びる。各ファンブレード４０は、ファンブレード４０のピッチを一体となって全体的に変更するよう構成された好適な作動部材４４にファンブレード４０が動作可能に結合されたことで、ディスク４２に対してピッチ軸Ｐの周りに回転可能である。ファンブレード４０、ディスク４２、及び作動部材４４は、出力ギアボックス４６にわたってＬＰシャフト３６により長手方向軸線１２の周りで共に回転可能である。出力ギアボックス４６は、ＬＰシャフト３６の回転速度をより効率的なファン回転速度まで漸減するための複数のギアを含み、１又はそれ以上のカップリングシステム４７を通るコアフレーム又はファンフレームの一方又は両方に取り付けられる。
【００１７】
図１の例示的な実施形態を更に参照すると、ディスク４２は、複数のファンブレード４０を通る空気流を促進させるように空力的に輪郭形成された回転可能フロントハブ４８によって覆われる。加えて、例示的なファンセクション１４は、ファン３８及び／又はコアタービンエンジン１６の少なくとも一部を円周方向に囲む環状ファンケーシング又は外側ナセル５０を含む。ナセル５０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５２によってコアタービンエンジン１６に対して支持されるように構成することができる点は理解されたい。更に、ナセル５０の下流側セクション５４は、コアタービンエンジン１６の外側部分の上に延びて、これらの間にバイパス空気流通路５６を定めるようにすることができる。
【００１８】
ターボファンエンジン１０の作動中、所定容積の空気５８が、ナセル５０及び／又はファンセクション１４の関連する入口を通ってターボファン１０に流入する。所定容積の空気５８がファンブレード４０を通過すると、矢印６２で示される空気５８の第１の部分は、バイパス空気流通路５６内に配向又は送られ、矢印６４で示される空気５８の第２の部分は、ＬＰ圧縮機２２内に配向又は送られる。空気の第１の部分６２と空気の第２の部分６４の比は、一般にバイパス比として知られる。空気の第２の部分６４は、高圧（ＨＰ）圧縮機２４を通って燃焼セクション１６内に送られるときにその圧力が増大し、ここで燃料と混合されて燃焼し、燃焼ガス６６を発生する。
【００１９】
燃焼ガス６６は、ＨＰタービン２８を通って送られ、ここで、燃焼ガス６６から熱及び／又は運動エネルギーの一部が、外側ケーシング１８に結合されたＨＰタービンステータベーン６８と、ＨＰシャフト又はスプール３４に結合されたＨＰタービンロータブレード７０との連続する段を介して抽出され、このようにしてＨＰシャフト又はスプール３４が回転を生じて、これによりＨＰ圧縮機２４の作動が維持される。次いで、燃焼ガス６６は、ＬＰタービン３０を通って送られ、ここで、熱及び運動エネルギーの第２の部分が、外側ケーシング１８に結合されたＬＰタービンステータベーン７２と、ＬＰシャフト又はスプール３６に結合されたＬＰタービンロータブレード７４との連続する段を介して燃焼ガス６６から抽出され、このようにしてＬＰシャフト又はスプール３６が回転を生じて、これによりＬＰ圧縮機２２の作動及び／又はファン３８の回転が維持される。
【００２０】
燃焼ガス６６は、その後、コアタービンエンジン１６のジェット排気ノズルセクション３２を通って送られて、推進力を提供する。同時に、空気の第１の部分６２は、ターボファン１０のファンノズル排気セクション７６から排気される前にバイパス空気流通路５６を通って送られるときにその圧力が実質的に増大し、これもまた推進力を提供する。ＨＰタービン２８、ＬＰタービン３０、及びジェット排気ノズルセクション３２は、コアタービンエンジン１６を通って燃焼ガス６６を送るための高温ガス経路７８を少なくとも部分的に定める。
【００２１】
しかしながら、図１に示す例示的なターボファンエンジン１０は単に例証としてのものであり、他の例示的な実施形態において、ターボファンエンジン１０は、あらゆる他の好適な構成を有することができる点を理解されたい。
【００２２】
ここで図２を参照すると、本開示の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンのためのギアボックス１００の前面図が示される。少なくとも特定の例示的な実施形態において、図２のギアボックス１００は、図１のターボファンエンジン１０に組み込むことができ（例えば、図示の例示的なギアボックス４６として構成される）、従って、同じ又は類似の参照符号は同じ又は類似の要素を指すことができる。
【００２３】
図２の実施形態において、ギアボックス１００は、ＬＰシャフト３６から出力シャフト又はファンシャフト１０４に回転動力を伝達するためにギアトレーン１０２を含む。より詳細には、ギアトレーン１０２は一般に、サンギア１０６、リングギア１０８、及び複数の中間ギアを含む。図示の実施形態において、ギアトレーン１０２は、スター（星形）ギアトレーンとして構成されており、従って、中間ギアは、スターギア１１０として構成される。複数のスターギア１１０が、ターボファンエンジン１０の円周方向Ｃにほぼ沿って離間して配置される。
【００２４】
サンギア１０６は、入力シャフト１１２に固定され、該入力シャフトは、以下で検討されるように、ターボファンエンジン１０のＬＰシャフト３６に取り付けることができる。リングギア１０８は、サンギア１０６の周りに同心円状に配置され、ターボファンエンジン１０のファンシャフト１０４に固定される。スターギア１１０は、サンギア１０６とリングギア１０８の間に位置付けられ、サンギア１０６及びリングギア１０８と噛み合う。スターギア１１０の各々は、それぞれのスターギア１１０の回転を促進させるために、適応する軸受１１４（図示の実施形態ではジャーナル軸受である）上に装着される。
【００２５】
更に、複数のバッフル１１６がスターギア１１０と軸受１１４との間に位置付けられる。バッフル１１６は、主潤滑マニホルド（図示せず）を通じてスターギア１１０の各々に潤滑を提供するギアボックス潤滑システムを形成する潤滑バッフルとして構成することができる。加えて、バッフル１１６は、ギアキャリア１２０（また以下で図３も参照）を形成するためスターギア１１０の前方及び後方に配置された対向プレート１１８のペアと一体的に形成され又はこれに固定することができる。軸受１１４はまた、ギアキャリア１２０に取り付けられる。図３に関して以下で詳細に検討するように、バッフル１１６を通ってギアキャリア１２０に接続されてターボファンエンジン１０内にギアトレーン１０２及びギアボックス１００を装着する延長部１２４を含む、トルクフレーム１２２（図３）が設けられる。
【００２６】
作動中、入力シャフト１１２は、ＬＰシャフト３６からの回転動力をサンギア１０６に提供して、矢印１２６で示される第１の時計回り方向のサンギア１０６の回転を生成することができる。その結果、個々のスターギア１１０は、サンギア１０６によって矢印１２８で示される第２の反時計回り方向でそれぞれの軸受１１４の周りを回転することができる。加えて、リングギア１０８も同様に、複数のスターギア１１０によって矢印１３０で示される第２の反時計回り方向で軸方向Ａの周りに回転することができる。中間のスターギア１１０に起因して、リングギア１０８及びファンシャフト１０４は、サンギア１０６及び入力シャフト１１２／ＬＰシャフト３６よりも低速でターボファンエンジン１０の軸方向Ａの周りを回転する。次いで、ファンシャフト１０４は、ファン３８を駆動して、複数のファンブレード４０を回転させ、ターボファンエンジン１０に推力を提供することができる。
【００２７】
しかしながら、図２に示す例示的なギアトレーン１０２は、単に例証として提供されており、他の例示的な実施形態では、ギアトレーン１０２はあらゆる他の好適な構成を有することができることを理解されたい。例えば、他の例示的な実施形態において、ギアトレーン１０２は、何れかの他の好適な数のスターギア１１０を含むことができ、何れかの好適な全体ギア比を定めることができる。更に、他の例示的な実施形態において、ギアトレーン１０２は、スターギアキャリアとして構成しなくてもよく、代わりにプラネタリーギアトレーンとして構成することができ、ここではリングギア１０８は固定されており、複数の中間ギアがプラネタリーギアとして構成される。このような例示的な実施形態において、複数のプラネタリーギアは、ローラー軸受の周りを回転することができ、また、例えばファンシャフト１０４に取り付けられて、該ファンシャフト１０４を回転させることができる。
【００２８】
ここで図３を再度参照すると、図２の例示的なギアボックス１００が装着された、本開示の例示的な実施形態によるターボファンエンジン１０の前方端部の拡大断面図が示される。図示のように、ギアボックス１００は、入力シャフト１１２、ファンシャフト１０４及びカップリングシステム１３２によってターボファンエンジン１０内で支持される。ギアボックス１００のギアトレーン１０２内の種々のギアは、例示を目的として仮想線で概略的に描かれている。以下で詳細に検討するように、カップリングシステム１３２は、例えば、ファンシャフト１０４によって加えられる力をギアボックス１００が吸収するのを可能にすることができる。例えば、カップリングシステム１３２は、ギアボックス１００が、ファンシャフト１０４によって加えられる様々な方向の振動及び曲げモーメントを吸収するのを可能にすると同時に、何れかの方向での所定量を超えるギアボックス１００の移動を制限（以下で検討する偏位制限器１７４によって）することができる。
【００２９】
具体的には、ＬＰシャフト３６は、入力シャフト１１２に取り付けられて該入力シャフト１１２を駆動する。ＬＰシャフト３６は、ストラット１３６を含むコアフレーム１３４によってコア１６内で支持される。ストラット１３６は、軸受組立体１３８を介してＬＰシャフト３６を支持するよう構成される。図示の実施形態において、軸受組立体１３８は、単一の転がり軸受組立体を含み、ＬＰシャフト３６の回転に適応し、半径方向Ｒに沿ったＬＰシャフト３６を支持することができる。しかしながら、これに加えて又は代替として、他の例示的な実施形態において、軸受組立体１３８は、１又はそれ以上の転がり軸受要素などの他の何れかの好適な軸受要素を含むことができる。
【００３０】
入力シャフト１１２は、ＬＰシャフト３６に接続された第１の端部１４０と、ギアボックス１００に接続された第２の端部１４２との間に延びる。具体的には、図示の実施形態において、入力シャフト１１２の第２の端部１４２は、サンギア１０６に取り付けられ、該サンギア１０６を第１の方向１２６で回転させるようにする。これに応じて、ターボファンエンジン１０の作動中、ＬＰシャフト３６が入力シャフト１１２を駆動し、これによりサンギア１０６が駆動される。サンギア１０６は、複数のスターギア１１０を回転し、これはまたサンギア１０６を回転させる。
【００３１】
同様に図示されるように、リングギア１０８がファンシャフトファンシャフト１０４を回転させるようになる。ファンシャフト１０４は、第１のファンストラット１４６及び第２のファンストラット１４８を含むファンフレーム１４４により支持される。具体的には、第１及び第２のファンストラット１４６，１４８は、ファン軸受１５０のそれぞれのペアを介してファンシャフト１０４を支持する。ファン軸受１５０のそれぞれのペアは、ファンシャフト１０４の回転に適応しながら、該ファンシャフト１０４を支持するよう構成される。図示の実施形態において、ファン軸受１５０のペアの各々が、転がり軸受要素として構成される。しかしながら、他の例示的な実施形態において、他の何れかのタイプの軸受及び／又は軸受構成を設けることができる。加えて、他の例示的な実施形態において、他の何れかの好適なファンフレーム構成を設けることができる。
【００３２】
ターボファンエンジン１０の作動中、ファン３８に対する振動及び他の力は、ファンシャフト１０４を通ってギアボックス１００に伝播することができる。例えば、複数のファンブレード４０にわたる乱気流又は複数のファンブレード４０に対するバードストライクがファンシャフト１０４に応力及び振動を生じさせる可能性がある。ギアボックス１００のギアトレーン１０２内でギアの１又はそれ以上が外れることなくこのような応力及び振動に適応するために、ギアボックス１００をファンフレーム１４４又はコアフレーム１３４の少なくとも一方に撓み可能に取り付けるためにカップリングシステム１３２が設けられる。詳細には、図示の実施形態において、カップリングシステム１３２は、ギアボックス１００の後方の位置にてギアボックス１００をコアフレーム１３４に撓み可能に取り付ける。
【００３３】
ここで図４を再度参照すると、図３の例示的なカップリングシステム１３２の拡大図が示される。図示のように、カップリングシステム１３２は、一般に、コアフレーム１３４に第１の端部１５４にて接続される可撓性カップリング１５２を含む。具体的には、可撓性カップリング１５２の第１の端部１５４は、機械的ファスナー又はボルト１５７を介してコアフレーム１３４のストラット１３６に取り付けられた装着フランジ１５６を含む。しかしながら、他の例示的な態様において、可撓性カップリング１５２は、これに加えて又は代替として、コアフレーム１３４内の他の何れかの好適な位置にて取り付けることができ、或いは、例えば、第１の端部１５４にてファンフレーム１４４に取り付けることができることを理解されたい。
【００３４】
可撓性カップリング１５２の第２の端部１５４において、可撓性カップリング１５２は、別の機械的ファスナー又はボルト１６３を介してトルクフレーム１２２の対応する装着フランジ１６２に取り付けるための第２の装着フランジ１６０を含む。トルクフレーム１２２は、可撓性カップリング１５２をギアボックス１００に接続するために設けられる。具体的には、図示の実施形態において、トルクフレーム１２２は、図２を参照して上記で検討したように、ギアボックス１００のギアキャリア１２０に取り付けられる。
【００３５】
第１及び第２の端部１５４，１５８の間で、可撓性カップリング１５２は一般に、ターボファンエンジン１０の半径方向Ｒ、軸方向Ａ、及び円周方向Ｃ（図２）にほぼ沿った移動を吸収するバネ様部材１６４を含む。具体的には、可撓性カップリング１５２のバネ様部材１６４は、角度の増減、又は角度方向の変更を可能にする複数の曲げ部１６６を含み、半径方向Ｒ、軸方向Ａ、及び円周方向Ｃに沿ったコアフレーム１３４に対するギアボックス１００の移動に適応するようにする。可撓性カップリング１５２は、所望の形状に曲がる単一部品材料から形成することができ、或いは、所望の機械的特性（例えば、強度、延性、硬度、耐衝突性、その他）を有する１又はそれ以上の好適な材料から形成することができる。
【００３６】
トルクフレーム１２２部材は一般に、本体部分１６８及びディスク１７０を含み、該ディスク１７０は、本体部分１６８と装着フランジ１６２との間に延びる。トルクフレーム１２２の本体部分１６８及びディスク１７０は、ターボファンエンジン１０の円周方向Ｃ（図２を参照）に沿って延びる略環状形状を有することができる。加えて、図示してはいないが、トルクフレーム１２２部材は、可撓性カップリング１５２の相応的に離間して配置された装着フランジ１６０に取り付けるため円周方向に離間して配置される複数の装着フランジ１６２を含む。以下でより詳細に検討するように、トルクフレーム１２２の本体部分１６８の一部は、半径方向Ｒに沿って外向き延びて、半径方向の延びるタブ１７２を形成する。
【００３７】
ターボファンエンジン１０の典型的な作動中、可撓性カップリング１５２は、十分な振動減衰及び安定性をギアボックス１００に提供し、ギアボックス１００のギアトレーン１０２内の１又はそれ以上のギアが固着又は係脱状態になるのを防ぐようにする。しかしながら、過酷な事象の間、例えばファンシャフト１０４からのギアボックス１００に作用する力は、ギアボックス１００のギアトレーン１０２内の１又はそれ以上のギアが固着を引き起こす可能性がある量だけコアフレーム１３４に対してギアボックス１００が移動するのに十分な場合がある。従って、カップリングシステム１３２は更に、可撓性カップリング１５２を該可撓性カップリング１５２の第１の端部１５４に近接してギアボックス１００に緩く取り付ける偏位制限器１７４を含む。具体的には、偏位制限器１７４は、ギアボックス１００と可撓性カップリング１５２が取り付けられたフレーム部材との間で、軸方向Ａに沿った可動域（すなわち、軸方向可動域）、半径方向Ｒに沿った可動域（すなわち、半径方向可動域）、及び円周方向Ｃに沿った可動域（すなわち、円周方向可動域）を可能にする。より具体的には、偏位制限器１７４は、ギアボックス１００に作用する予想振動力を吸収するのに必要とされる典型的な移動量に相当する所定量だけ、半径方向Ｒ、軸方向Ａ、及び円周方向Ｃに沿ってギアボックス１００がコアフレーム１３４に対し移動するのを可能にする。しかしながら、ギアボックス１００が許容可能な可動域を超えて移動し始めると、偏位制限器１７４は、それ以上の移動を阻止し、ギアボックス１００のギアトレーン１０２内のギアが確実に噛み合いを維持したまま且つ固着しないようにする。具体的には、偏位制限器１７４は、軸方向、半径方向、及び円周方向可動域を超えたギアボックス１００のコアフレーム１３４に対するどのような移動も阻止する。
【００３８】
特に、図示の実施形態において、偏位制限器１７４は、トルクフレーム１２２を通じて可撓性カップリング１５２をギアボックス１００に緩く取り付ける。しかしながら、他の実施形態では、偏位制限器１７４は、ギアボックス１００のギアキャリア１２０に直接的のような、ギアボックス１００に直接可撓性カップリング１５２を緩く取り付けることができる。
【００３９】
図５及び６を再度参照すると、図４の例示的な偏位制限器１７４の拡大概略図が示される。図５は、軸方向Ａに沿った図４の例示的な偏位制限器１７４の拡大概略図を示し、図６は、半径方向Ｒに沿った図４の例示的な偏位制限器１７４の拡大概略図を示す。
【００４０】
上述のように、偏位制限器１７４は、軸方向可動域（図５）、半径方向可動域、及び円周方向可動域（図６）を定める。図示の実施形態において、偏位制限器１７４は、可撓性カップリング１５２とトルクフレーム１２２との間に延びるピン１７６を含む。具体的には、ピン１７６は、ヘッド１７８と、該ヘッド１７８と反対側にある遠位端１８２を定める本体１８０とを含む。加えて、ピン１７６の本体１８０は、ギアキャリア１２０のタブ１７２に定められた開口１８４を通り、可撓性カップリング１５２の第１の端部１５４に近接した可撓性カップリング１５２内に延びる。ピン１７６の本体１８０の遠位端１８２は、あらゆる好適な方式で可撓性カップリング１５２に取り付けることができる。例えば、ピン１７６の本体１８０の遠位端１８２は、例えば、対応するネジ部を介して可撓性カップリング１５２と回転可能に係合することができる。しかしながら、他の例示的な実施形態において、遠位端１８２は、他のあらゆる好適な方式で可撓性カップリング１５２に取り付けることができる。例えば、他の例示的な実施形態において、ピン１７６の遠位端１８２は、ヒンジ又は他の好適な取り付け機構を用いて可撓性カップリング１５２に枢動可能に取り付けることができる。
【００４１】
同様に図示されるように、偏位制限器１７４は、可撓性カップリング１５２に装着されるバンパー１８６を含む。図示の実施形態において、バンパー１８６は、可撓性カップリング１５２とトルクフレーム１２２との間に配置され、ピン１７６の本体１８０の周りに位置付けられる。バンパー１８６は、トルクフレーム１２２のタブ１７２が可撓性カップリング１５２に接触したときに可撓性カップリング１５２又はトルクフレーム１２２への何らかの損傷を最小限にするために、例えば、エラストマー材料から形成することができる。しかしながら、他の例示的な実施形態において、偏位制限器１７４は、バンパー１８６を含むことができ、又は他の何れかの好適な材料から形成され且つ何れかの好適な位置に位置付けられるバンパー１８６を含むことができる。
【００４２】
図５及び６を更に参照すると、ピン１７６は、軸方向Ａに沿った可撓性カップリング１５２又はトルクフレーム１２２のうちの少なくとも一方とのギャップ（すなわち、図５の軸方向ギャップ）、半径方向Ｒに沿った可撓性カップリング１５２又はトルクフレーム１２２のうちの少なくとも一方とのギャップ（すなわち、図５及び６の半径方向ギャップ）、及び円周方向Ｃに沿った可撓性カップリング１５２又はトルクフレーム１２２のうちの少なくとも一方とのギャップ（すなわち、図６の円周方向ギャップ）を定める。より具体的には、偏位制限器１７４は、ピン１７６のヘッド１７８とトルクフレーム１２２のタブ１７２との間の第１の軸方向ギャップ１８８と、トルクフレーム１２２のタブ１７２と可撓性カップリング１５２との間の第２の軸方向ギャップ１９０と、を定める。加えて、偏位制限器１７４は、ピン１７６の本体１８０の両側部と、トルクフレーム１２２のタブ１７２のそれぞれの部分との（すなわち、タブ１７２の開口１８４の縁部との）間に第１の半径方向ギャップ１９２及び第２の半径方向ギャップ１９４を定める。更に、偏位制限器１７４は、ピン１７６の本体１８０の両側部と、トルクフレーム１２２のタブ１７２のそれぞれの部分との（すなわち、タブ１７２の開口１８４の縁部との）間に第１の円周方向ギャップ１９６及び第２の円周方向ギャップ１９８を定める。軸方向ギャップ１８８，１９０、半径方向ギャップ１９２，１９４、及び円周方向ギャップ１９６，１９８は、偏位制限器１７４により提供される軸方向可動域、半径方向可動域、及び円周方向可動域をそれぞれ定める。
【００４３】
少なくとも特定の例示的な実施形態において、軸方向可動域、半径方向可動域、及び円周方向可動域は全て、実質的に等しいとすることができる。しかしながら、他の例示的な実施形態において、軸方向、半径方向、及び円周方向可動域の１又はそれ以上は、他の可動域よりも大きくすることができる。単に例証として、少なくとも特定の例示的な実施形態において、軸方向、半径方向、及び円周方向可動域の１又はそれ以上は、少なくとも約０．２５インチ、少なくとも約０．５インチ、少なくとも約１インチ、少なくとも約２インチ、又は少なくとも約３インチとすることができる。また、本明細書で使用される「約」又は「ほぼ」などの近似の用語は、１０％の許容誤差内にあることを指している点は理解されたい。また、他の例示的な実施形態において、偏位制限器１７４は、軸方向、半径方向、及び円周方向可動域を定めるよう他の何れかの好適な方式で可撓性カップリング１５２をギアボックス１００に緩く取り付けることができる点は理解されたい。例えば、図７は、本開示の別の例示的な実施形態による、偏位制限器２００の拡大概略図を示す。図７に描かれた例示的な偏位制限器２００は、相補的チャンネルのペアを含む。具体的には、例示的な偏位制限器２００は、可撓性カップリング１５２に取り付けられた第１のチャンネル２０２と、トルクフレーム１２２に取り付けられた第２のチャンネル２０４とを含む。第１のチャンネル２０２は、第１のスロット２０８を定める第１のリップ２０６を含み、第２のチャンネル２０４は同様に、第２のスロット２１２を定める第２のリップ２１０を含む。第１のチャンネル２０２の第１のリップ２０６は、第２のチャンネル２０４の第２のスロット２１２に位置付けられ、第２のチャンネル２０４の第２のリップ２１０は、第１のチャンネル２０２の第１のスロット２０８に位置付けられる。偏位制限器２００は、軸方向Ａに沿った可動域を可能にするよう軸方向Ａに沿った種々の構成要素間に軸方向ギャップを定める。加えて、図７の例示的な偏位制限器２００は、トルクフレーム１２２から第２のチャンネル２０４の第２のリップ２１０のベースにわたって延びるキャップ２１４を含む。キャップ２１４は、半径方向Ｒに沿った可動域を可能にするよう第２のチャンネル２０４の第２のリップ２１０のベースと半径方向ギャップを定める。加えて、図示していないが、第１のチャンネル２０２又は第２のチャンネル２０４の一方又は両方は、円周方向Ｃに沿って対向する端部にてタブを含み、円周方向Ｃに沿った可動域を可能にするよう隣接するチャンネルと円周方向ギャップを定めることができる。
【００４４】
本開示の例示的な実施形態によるカップリングシステムを含むガスタービンエンジンは、ガスタービンエンジンのファンに作用する過酷な力に良好に適応することができる。具体的には、ギアボックスフレーム部材に取り付けるカップリングシステムを有し、該カップリングシステムが、軸方向、半径方向及び円周方向可動域を提供する偏位制限器を含むガスタービンエンジンは、ガスタービンエンジンのファンに作用する過酷な力に良好に適応することができる。
【００４５】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる組み込み方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起され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、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【００４６】
本願発明は以下の実施態様を含む。
［実施態様１］
軸方向、半径方向及び円周方向を定めるガスタービンエンジン（１０）であって、
ファンフレーム（１４４）を含むファン（３８）と、
コアフレーム（１３４）及び１又はそれ以上の回転シャフトを含むコアと、
前記コアの１又はそれ以上のシャフトのうちの１つを前記ファンに機械的に接続するギアボックス（１００）と、
前記ガスタービンエンジン内で前記ギアボックスを装着するためのカップリングシステム（１３２）と、
を備え、前記カップリングシステムが、
前記ファンフレーム又は前記コアフレームのうちの少なくとも一方に接続される可撓性カップリング（１５２）と、
前記可撓性カップリング及び前記ギアボックスに接続されるトルクフレーム（１２２）と、
前記可撓性カップリングを前記ギアボックスに緩く取り付ける偏位制限器（１７４）と、
を含み、該偏位制限器が、前記ギアボックスと、前記可撓性カップリングが取り付けられる前記フレームとの間で軸方向可動域、半径方向可動域、及び円周方向可動域を提供する、ガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様２］
前記偏位制限器が、前記軸方向可動域、前記半径方向可動域及び前記円周方向可動域を超える前記ギアボックスの移動を阻止する、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］
前記偏位制限器が、前記可撓性カップリングと前記トルクフレームとの間に延びるピン（１７６）を含む、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様４］
前記ピンが、前記可撓性カップリング又は前記トルクフレームのうちの少なくとも一方と軸方向ギャップ（１８８，１９０）を定め、前記ピンが、前記可撓性カップリング又は前記トルクフレームのうちの少なくとも一方と半径方向ギャップ（１９２，１９４）を定め、前記ピンが、前記可撓性カップリング又は前記トルクフレームのうちの少なくとも一方と円周方向ギャップ（１９６，１９８）を定める、実施態様３に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様５］
前記ピンが遠位端（１８２）を定め、前記ピンの遠位端が前記可撓性カップリングに取り付けられる、実施態様３に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様６］
前記偏位制限器が、前記可撓性カップリングに装着されたバンパー（１８６）を含む、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］
前記バンパーが、エラストマー材料から形成される、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］
前記偏位制限器が、前記トルクフレームを通じて前記可撓性カップリングを前記ギアボックスに緩く取り付ける、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様９］
前記可撓性カップリングが、第１の端部（１５４）にて前記コアフレームに接続される、実施態様１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
［実施態様１０］
前記ギアボックスが、サンギア（１０６）と、リングギア（１０８）と、前記サンギア及びリングギアと噛み合う複数のスターギア（１１０）と、を含み、前記複数のスターギアが、スターギアキャリア（１２０）内で回転可能に装着される、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］
前記トルクフレームが、前記スターギアキャリアに装着される、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］
前記可撓性カップリングが、第１の端部（１５４）において前記ファンフレーム又は前記コアフレームの少なくとも一方に接続され、前記偏位制限器が、前記可撓性カップリングの第１の端部に近接した位置にて前記トルクフレーム部材を前記可撓性カップリングに緩く取り付ける、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］
軸方向、半径方向及び円周方向を定めるガスタービンエンジン（１０）のためのギアトレーン（１０２）であって、
前記ガスタービンエンジンのシャフトによって回転可能なサンギア（１０６）と、
リングギアシャフトに取り付けることができるリングギア（１０８）と、
ギアキャリア（１２０）に回転可能に装着され、前記サンギア及び前記リングギアと噛み合う複数の中間ギア（１１０）と、
カップリングシステム（１３２）と、
を備え、前記カップリングシステムが、
前記ガスタービンエンジンの非回転構成要素と接続する可撓性カップリング（１５２）と、
前記可撓性カップリングを前記ギアキャリアに接続するため前記前記可撓性カップリング及び前記ギアキャリアに接続されるトルクフレーム（１２２）と、
前記可撓性カップリングを前記ギアキャリアに緩く取り付ける偏位制限器（１７４）と、
を含み、前記偏位制限器が、前記ギアキャリアと前記可撓性カップリングが取り付けられる非回転構成要素との間で軸方向可動域、半径方向可動域、及び円周方向可動域を提供する、ギアトレーン（１０２）。
［実施態様１４］
前記偏位制限器が、前記軸方向可動域、前記半径方向可動域及び前記円周方向可動域を超える前記ギアボックスの移動を阻止する、実施態様１３に記載のギアトレーン（１０２）。
［実施態様１５］
前記偏位制限器が、前記可撓性カップリングと前記トルクフレームとの間に延びるピン（１７６）を含む、実施態様１３に記載のギアトレーン（１０２）。
［実施態様１６］
前記ピンが、前記可撓性カップリング又は前記トルクフレームのうちの少なくとも一方と軸方向ギャップ（１８８，１９０）を定め、前記ピンが、前記可撓性カップリング又は前記トルクフレームのうちの少なくとも一方と半径方向ギャップ（１９２，１９４）を定め、前記ピンが、前記可撓性カップリング又は前記トルクフレームのうちの少なくとも一方と円周方向ギャップ（１９６，１９８）を定める、実施態様１５に記載のギアトレーン（１０２）。
［実施態様１７］
前記偏位制限器が、前記可撓性カップリングに装着されたバンパー（１８６）を含む、実施態様１３に記載のギアトレーン（１０２）。
［実施態様１８］
前記偏位制限器が、前記トルクフレームを通じて前記可撓性カップリングを前記ギアボックスに緩く取り付ける、実施態様１３に記載のギアトレーン（１０２）。
［実施態様１９］
前記可撓性カップリングが、第１の端部にて前記ガスタービンエンジンの非回転構成要素と接続するよう構成され、前記偏位制限器が、前記可撓性カップリングの第１の端部に近接した位置にて前記トルクフレーム部材を前記可撓性カップリングに緩く取り付ける、実施態様１３に記載のギアトレーン（１０２）。
［実施態様２０］
前記ギアトレーンがスターギアトレーンであり、前記複数の中間ギアが複数のスターギアである、実施態様１３に記載のギアトレーン（１０２）。
【符号の説明】
【００４７】
１０  ターボファンジェットエンジン
１２  長手方向又は軸方向中心線
１４  ファンセクション
１６  コアタービンエンジン
１８  外側ケーシング
２０  入口
２２  低圧圧縮機
２４  高圧圧縮機
２６  燃焼セクション
２８  高圧タービン
３０  低圧タービン
３２  ジェット排気セクション
３４  高圧シャフト／スプール
３６  低圧シャフト／スプール
３８  ファン
４０  ブレード
４２  ディスク
４４  作動部材
４６  出力ギアボックス
４７  カップリングシステム
４８  ナセル
５０  ファンケーシング又はナセル
５２  出口ガイドベーン
５４  下流側セクション
５６  バイパス空気流通路
５８  空気
６０  入口
６２  空気の第１の部分
６４  空気の第２の部分
６６  燃焼ガス
６８  ステータベーン
７０  タービンロータブレード
７２  ステータブレード
７４  タービンロータブレード
７６  ファンノズル排気セクション
７８  高温ガス経路
１００  ギアボックス
１０２  スターギアトレーン
１０４  ファンシャフト
１０６  サンギア
１０８  リングギア
１１０  スターギア
１１２  入力シャフト
１１４  ジャーナル軸受
１１６  バッフル
１１８  プレート
１２０  ギアキャリア
１２２  トルクフレーム
１２４  トルクフレームの延長部
１２６  回転方向
１２８  回転方向
１３０  回転方向
１３２  カップリングシステム
１３４  コアフレーム
１３６  コアストラット
１３８  コア軸受組立体
１４０  入力シャフトの第１の端部
１４２  入力シャフトの第２の端部
１４４  ファンフレーム
１４６  第１のファンストラット
１４８  第２のファンストラット
１５０  ファン軸受
１５２  可撓性カップリング
１５４  可撓性カップリングの第１の端部
１５６  第１の端部にある装着フランジ
１５８  可撓性カップリングの第２の端部
１６０  第２の端部にある装着フランジ
１６２  トルクフレームの装着フランジ
１６４  バネ様部材
１６６  曲げ部
１６８  本体部分
１７０  ディスク
１７２  タブ
１７４  偏位制限器
１７６  ピン
１７８  ヘッド
１８０  本体
１８２  遠位端
１８４  開口
１８６  バンパー
１８８  第１の軸方向ギャップ
１９０  第２の軸方向ギャップ
１９２  第１の半径方向ギャップ
１９４  第２の半径方向ギャップ
１９６  第１の円周方向ギャップ
１９８  第２の円周方向ギャップ
２００  偏位制限器
２０２  第１のチャンネル
２０４  第２のチャンネル
２０６  第１のリップ
２０８  第１のスロット
２１０  第２のリップ
２１２  第２のスロット
２１４  キャップ
【図１】
0006412073.tif 000002
【図２】
0006412073.tif 000003
【図３】
0006412073.tif 000004
【図４】
0006412073.tif 000005
【図５】
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【図６】
0006412073.tif 000007
【図７】
0006412073.tif 000008