(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のロータ（３２ａ）を含む自由出力タービン（３２）と、
プロペラシステムの長手方向軸（２）周りで、このシステムのステータ（３４）に対して回転されることが意図された第１の反転するプロペラ（７）および第２の反転するプロペラ（９）と、
前記長手方向軸（２）上に中心が置かれた太陽歯車（１７）に嵌合され、自由出力タービンの前記第１のロータ（３２ａ）によって駆動される遊星歯車機構（１５）を含む機械伝動システム（１３）であって、少なくとも１つの遊星歯車（２１）が、前記太陽歯車（１７）と係合し、１つまたは複数の遊星歯車キャリヤ（２５）が、前記第１のプロペラ（７）を、各々の遊星歯車（２１）と係合しかつ前記第２のプロペラ（９）を駆動するリング（３１）と一緒に駆動する、機械伝動システム（１３）とを含む、航空機用ターボ機械のための二重反転プロペラ（３０）のシステムであって、
前記自由出力タービン（３２）はまた、前記第１のロータ（３２ａ）に対して反転し、前記リング（３１）を回転させる第２のロータ（３２ｂ）も含むことを特徴とする、二重反転プロペラ（３０）のシステム。
【請求項２】
前記第１のプロペラ（７）が、下流側プロペラであり、前記第２のプロペラ（９）が上流側プロペラであることを特徴とする、請求項１に記載の二重反転プロペラのシステム。
【請求項３】
自由出力タービンの前記第１のロータ（３２ａ）が、内部ロータであり、自由出力タービンの前記第２のロータ（３２ｂ）が、外部ロータであることを特徴とする、請求項１または２に記載の二重反転プロペラのシステム。
【請求項４】
前記遊星歯車キャリヤ（２５）が、前記第１のプロペラ（７）と一体化しており、前記リング（３１）が、前記第２のプロペラ（９）および自由出力タービンの前記第２のロータ（３２ｂ）と一体化してい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二重反転プロペラのシステム。
【請求項５】
第１および第２のプロペラ（７、９）がそれぞれ、それらの翼の可変調整のシステムを有す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二重反転プロペラのシステム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の二重反転プロペラ（３０）のシステムを含む、航空機用ターボ機械。
【請求項７】
「オープンロータ」ターボ機械であることを特徴とする、請求項６に記載のターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、航空機用ターボ機械のための二重反転プロペラのシステムに関する。
【０００２】
本発明はまた、そのような二重反転プロペラのシステムを含む航空機のためのターボ機械にも関する。
【背景技術】
【０００３】
本発明は、好ましくは、たとえばジェットタービンまたはターボプロップのエンジンタイプの航空機用ターボ機械に適用する。本発明は、より具体的には、自由出力タービンが、減速歯車を形成し、とりわけ遊星歯車機構を含む機械伝動システムによって直接的または間接的に両方の二重反転プロペラをその中で駆動する「オープンロータ」ターボ機械と呼ばれるターボ機械に適用する。したがって、二重反転プロペラのこれらのシステムでは、プロペラは、それらの外側径方向端部にフェアリングを有さない。
【０００４】
従来技術から、二重反転プロペラのシステムを備えるターボ機械が実際に知られており、そのプロペラは、常に差動式減速歯車の形態をとる機械伝動システムによって駆動される。この差動式減速歯車は、特定の遊星歯車機構を含み、その太陽歯車は、自由出力タービンのロータによって回転され、その遊星歯車キャリヤは第１のプロペラを駆動し、そのリングは第２のプロペラを駆動する。この点において、二重反転プロペラを駆動している自由出力タービンに対する二重反転プロペラの位置に応じて、第１のプロペラは下流側のプロペラとなり、第２のプロペラは上流側のプロペラとなり、またはその反対であることが留意されたい。いずれにせよ、単一の遊星歯車機構とは異なり、リングは固定されず可動式である。
【０００５】
そのような遊星歯車機構では、２つのプロペラは、同じ空気力学的トルクを受けることはない。衛星の機械的平衡方程式は、これらの２つのトルクが、必然的に、減速歯車の幾何学的特性に応じてある定率を有することを示している。この比は、必然的に等比以外のものである。実際、第１のプロペラにかけられたトルクＣ１と第２のプロペラにかけられたトルクＣ２の間の比は、以下の通りに表される：
Ｃ１／Ｃ２＝（Ｒ＋１）／（Ｒ−１）、
式中、Ｒは、遊星歯車機構によって定義された減速比である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ほぼ等しいトルクの比を得るために、減速比Ｒを増大させることが必要であるが、この減速比は、機械的な実現性に関する問題のために、１０を上回ることはできない。さらに、減速比Ｒの増大は、必ずプロペラシステムの全体的な質量の増大を招き、ターボ機械に悪影響を及ぼす。
【０００７】
トルク間の等しくない比の結果、２つのプロペラのうち一方は、他方のプロペラより大きい二次流れの回転を発生させて、出力流れの残留回転を引き起こし、推進効率をかなり抑制しかつターボ機械の音響レベルを有害的に増大させる。現実には、これは、トルクに関してより大きい負荷を常に有する遊星歯車キャリヤによって駆動される第１のプロペラである。
【０００８】
さらに、２つのトルク間のこの差異はまた、ターボ機械を航空機上に装着するために使用される手段の応力の増大も発生させ、これらの手段は、それにより、これらにかけられる余分な負荷を支持するように過大に寸法設定されなければならない。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、従来技術の実施形態に対して、上記述べられた欠点に対する解決策を少なくとも部分的に提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
これを達成するために、本発明の第１の目的は、航空機用ターボ機械のための二重反転プロペラのシステムであって：
第１のロータを含む自由出力タービンと、
プロペラシステムの長手方向軸周りでこのシステムのステータに対して回転されることが意図された第１の反転するプロペラおよび第２の反転するプロペラと、
前記長手方向軸上に中心が置かれた太陽歯車に嵌合され、自由出力タービンの前記第１のロータによって駆動される遊星歯車機構を含む機械伝動システムであって、少なくとも１つの遊星歯車が、前記太陽歯車と係合し、１つまたは複数の遊星歯車キャリヤが、前記第１のプロペラを、各々の遊星歯車と係合しかつ前記第２のプロペラを駆動するリングと一緒に駆動する、機械伝動システムとを含む、二重反転プロペラのシステムである。
【００１１】
本発明によれば、前記自由出力タービンはまた、前記第１のロータに対して反転し、前記リングを回転させる第２のロータも含む。
【００１２】
したがって、本発明は、有利には、第２のプロペラが、遊星歯車機構のリングを介して自由出力タービンの第２のロータによって部分的に駆動されるように作用することによって第２のプロペラが受けるトルクの損失に対処することを目指している。言い換えれば、リングによって第２のプロペラに伝動されたトルクは、前述の場合と同様に衛星から発するだけでなく、結果的に反転特性を持つようになる出力タービンの第２のロータからも発するものである。
【００１３】
この特徴は、２つのプロペラにそれぞれ伝動された２つのトルクの平衡をもたらし、これら２つのトルク間の比は有効的に等しい。その結果、第１には、両方のプロペラはそれぞれ、二次流れのほぼ同一の回転を発生させ、これは、出力流れの残留回転の有害的な出現を防止する。したがって、空気力学的流れは、プロペラシステムからの出力で十分に整流され、それによって改良された推進効率および生成される音響レベルの低減をもたらす。
【００１４】
さらに、トルクのこの平衡の結果、ターボ機械を航空機上に装着するために使用される手段は、それほど機械応力を受けず、その結果、妨害および質量に関してより低コストの設計のものになり得る。
【００１５】
さらに、二重反転自由出力タービン内では、第１のロータは、従来のタービンの場合より低速で回転することができ、一方でこのタービンの出力において送出された同じパワーを維持する。第１のロータの回転速度のこの減速は、それにかけられた遠心力がより小さいためにその設計を容易にして簡易化することを可能にするだけでなく、第１のロータによって駆動されたその太陽歯車の速度がより低速であるために、遊星歯車機構によって与えられる減速比を低減することもできる。質量に関して得られる多くの利得は、これら２つの利点から明確に起因するものである。
【００１６】
さらに、減速歯車は、伝動されたパワーの一部が熱に変換されることを示している、機械効率性によって特徴付けられことに留意すべきである。航空機用ターボ機械によって供給される数メガワットのパワーにより、この熱は非常に大きなものである。これらの熱量は、常に、油回路および空気−油交換器を用いることによって排出される。ナセル内のこの交換器の取り付けは、その妨害、質量および抗力により、推進組立体を内蔵することに対する主要な制約となる。本発明によって実装された遊星歯車機構では、パワーの一部はもはや減速歯車を通り抜けず、第２のプロペラに直接伝動される。その結果、交換器内で使い果たされる熱量はより少なくなり、それにより、交換器はより小さい寸法のものでもよいようになる。したがって、これは、空気−油交換器の質量、妨害、および抗力に対して有益な効果を有する。
【００１７】
本発明は、すべてのターボ機械、特に「オープンロータ」ターボ機械として知られていうものに適用可能である。後者の場合、本発明は、プロペラシステムがガス発生器の上流側であっても下流側であっても適用される。これらのいずれの場合も、プロペラシステム内では、二重反転プロペラの上流側または下流側に出力タービンを配置することが想到され得る。これはまた、プロペラに対する遊星歯車機構の配置にも適用可能である。
【００１８】
前記第１のプロペラは、好ましくは下流側のプロペラである、前記第２のプロペラは、上流側のプロペラである。この特有の配置は、プロペラシステムが、ターボ機械のガス発生器から下流側に配置されたとき、すなわちターボ機械が「押し出し式」設計として知られる推進力を生成する設計のものであるときに特に選択される。当然ながら、本発明の範囲を超えることなく、前記第１のプロペラが上流側のプロペラであり、前記第２のプロペラが下流側のプロペラである逆設計も想到され得る。この他の解決策は、プロペラシステムがターボ機械のガス発生器から上流側に配置されたとき、すなわちターボ機械が「けん引式」設計として知られる推進力を生成する設計のものであるときに特に選択される。
【００１９】
上記述べられたものの中の想到される設計がどのようなものであれ、太陽歯車を駆動する自由出力タービンの前記第１のロータは、内部ロータであり、リングを駆動する自由出力タービンの前記第２のロータは外部ロータであるが、本発明の範囲を超えることなく、逆設計も想到され得るように選択されるのが好ましい。
【００２０】
前記遊星歯車キャリヤは、好ましくは前記第１のプロペラと一体化しており、前記リングは、前記第２のプロペラおよび自由出力タービンの前記第２のロータと一体化している。
【００２１】
第１および第２のプロペラは、好ましくはそれらの翼の可変の調整のためのシステムをそれぞれ有する。知られている方法では、これらのシステムは、エンジン速度がどのようなものであれ、両方のプロペラの回転速度が作動中ほぼ一定で保たれるように制御される。
【００２２】
本発明の別の目的は、上記説明された二重反転プロペラのシステムを含む航空機用のターボ機械であり、この場合、このターボ機械は、たとえばターボプロップエンジンであるが、代替的に二重反転ファンを備えたターボジェットでもよい。当然ながら、後者の場合、上記述べられた機械伝動装置は、ターボジェットの二重反転ファンを動かすことが意図される。上記述べられたように、本発明は、より具体的には、自由出力タービンが、減速歯車を形成しとりわけ遊星歯車機構を含む機械伝動システムによって間接的に両方の二重反転プロペラをその中で駆動する「オープンロータ」ターボ機械と呼ばれるターボ機械に適用することが好ましい。
【００２３】
本発明の他の利点および特性が、以下の非制限的に詳述された開示において明らかになる。
【００２４】
本説明は、添付の図を参照して行われる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の好ましい実施形態による、航空機用のターボ機械の概略的な長手方向の半断面図である。
【図２】図１に示されたターボ機械に嵌合された二重反転プロペラのシステムの拡大図である。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切り取られた断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１を参照すれば、本発明の好ましい実施形態による「オープンロータ」タイプのターボ機械１が見られ得る。
【００２７】
図では、方向Ａは、長手方向または軸方向であり、ターボ機械の長手方向軸２に平行である。方向Ｂは、その部分に関して、ターボ機械の径方向である。さらに、矢印４は、ターボ機械１の推力の作用下の航空機の動作方向を示しており、この場合、この動作方向は、ターボ機械内のガスの主要な流出方向とは反するものである。これ以後の説明で使用される用語「前方」、「上流側」、「後部」、および「下流側」は、動作４の前記方向に対するものと考えなければならない。
【００２８】
前方部分では、ターボ機械は、ナセル８を通り抜けて後方に向かって続く空気取り入れ口６を有し、この場合ナセル８は、全体的に、いずれも軸２上に中心が置かれ、互いに径方向にずらされている外部スキン１０および内部スキン１２を含む。
【００２９】
内部スキン１２は、通常は前方から後部にかけて、低圧圧縮機１６、高圧圧縮機１８、燃焼チャンバ２０、高圧タービン２２、および中間圧力タービン２４を含むガス発生器１４のための外部の径方向ケーシングを形成する。圧縮機１６およびタービン２４は、シャフト２６によって機械的に接続され、したがって低圧本体を形成し、一方で圧縮機１８およびタービン２２は、シャフト２８によって機械的に接続されて、より高圧の本体を形成する。その結果として、ガス発生器１４は、好ましくは、２軸設計と呼ばれる従来の設計のものである。
【００３０】
中間圧力タービン２４から下流側には、ターボ機械のレシーバを形成する二重反転プロペラ３０のシステムが存在する。
【００３１】
このシステム３０は、低圧タービンを形成し、二重反転である特徴を有する自由出力タービン３２を含む。実際に図２をより詳細に参照すれば、これは、二重反転タービンの内部ロータを構成する第１のロータ３２ａと、このタービンの外部ロータを構成する第２のロータ３２ｂとを含み、この場合、この第２のロータ３２ｂはまた、外部ドラムとも呼ばれる。
【００３２】
プロペラ３０のシステムは、システムの長手方向軸２上に中心が置かれ、とりわけ前記自由出力タービン３２を封入するステータまたはケーシング３４を含む。このステータ３４は、知られている方法で、ターボ機械の他のケーシングと一体化することが意図されている。この点では、プロペラ３０のシステムは、好ましくはプロペラが、図に見えるように、これらを取り囲む外部の径方向フェアリングを有さないように設計されることが推奨される。
【００３３】
さらに、二重反転タービン３２の下流側には、プロペラシステム３０が、翼７ａを支持する第１のプロペラ７または下流側プロペラを含む。同様に、システム３０は、翼９ａを支持する第２のプロペラ９または上流側プロペラを含む。したがって、プロペラ７および９は、方向４で互いに対してずらされており、その両方は、自由タービン３２から下流側に位置している。
【００３４】
両方のプロペラ７および９は、それらの中心が置かれる軸２周りで反対方向に回転することが意図されており、その回転は、固定したままであるステータ３４に対して発生する。
【００３５】
これらの２つのプロペラ７および９の回転駆動に関しては、減速歯車を形成し、とりわけ遊星歯車機構１５を含む機械伝動システム１３が使用される。
【００３６】
図２および図３を参照すれば、駆動装置１５が、長手方向軸２上に中心が置かれた太陽歯車１７に嵌合され、同じ軸を有する太陽歯車シャフト１９によって支持され、上流側で、フランジ３８を用いることによって第１のロータ３２ａに固定して結合される。したがって、ロータ３２ａは、外部に歯が付いたホイールの形態をとる太陽歯車１７を直接回転させる。
【００３７】
駆動装置１５はまた、遊星歯車２１、好ましくは図３に見えるようにこれらの複数を含み、この場合、これらの各々は、太陽歯車１７と係合する。各々の遊星歯車２１は、軸２に対して偏心する軸を備えた遊星歯車シャフト２３によって支持され、外部に歯が付いたホイールの形態をとる。
【００３８】
さらに、駆動装置１５は、長手方向軸２上に中心が置かれ、衛星２１の各々をシャフト２３によって回転式にそれぞれ支持する遊星歯車キャリヤ２５に嵌合される。遊星歯車キャリヤ２５は、図２に見えるように、第１のプロペラ７と一体化している、同じ軸を有する遊星歯車キャリヤシャフト２９によって支持され、それによって第１のプロペラ７を直接的に回転させることができる。
【００３９】
最後に、駆動装置１５は、軸２上に中心が置かれ、同じ軸のリングシャフト３３によって支持されたリング３１を有し、このリング３１は、各々の遊星歯車２１と係合する。シャフト３３が、下流側に延び、第２のプロペラ９と一体化しており、それにより、第２のプロペラ９を直接的に回転させることができる。たとえば、このシャフト３３は、図に示されるように同心である遊星歯車キャリヤ２９のシャフト周りに位置する。
【００４０】
内部に歯が付けられたホイールの形態をとるリング３１は、同じ軸を有し、その部分に関して、上流側方向に延びる別のリングシャフト３５によって支持される追加の特徴を有する。同心である太陽歯車シャフト１９周りに配置されたこのリングシャフト３５は、フランジ４０を用いることによって第２のロータ３２ｂに固定して結合される。したがってロータ３２ｂもまた、リング３１の駆動、したがって上流側プロペラ９の駆動に直接的に関与する。このため、下流側プロペラ７および上流側プロペラ９にそれぞれ伝動されたトルク間の等比を得ることができ、その結果、ターボ機械の効率の向上が得られるようになる。
【００４１】
最後に、各々のプロペラが、それらの翼の可変の調整のためのシステムに嵌合されたこの好ましい実施形態では、遊星歯車機構１５は、二重反転自由出力タービン３２とプロペラ７、９を分離するケーシング４２に垂直に対してその中に配置されることに留意すべきである。排気ケーシングまたはここでも「静止フレーム」とも呼ばれるこのケーシング４２は、ターボ機械を航空機の構造上に装着することを可能にすることが意図されたエンジンアタッチメント４４を支持する。
【００４２】
当然ながら、非制限的な例としてのみ説明されてきた本発明に対して、さまざまな改変形態が、当業者によってなされ得る。
【図１】
0005379240.tif 000002
【図２】
0005379240.tif 000003
【図３】
0005379240.tif 000004