(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流から順に、逆回転可能ファン部（１１２）と、ウォーム形ガス発生器（１００）と、前記逆回転可能ファン部（１１２）に動作可能に接続される逆回転可能低圧タービン（１２１）と、を備え、さらに、
前記逆回転可能ファン部（１１２）と前記ウォーム形ガス発生器（１００）との間の入口トランジションダクト（１８０）と、
前記入口トランジションダクト（１８０）内の半径方向に離間する外側および内側ベンド（１８２、１８４）と、
それぞれ前記外側および内側ベンド（１８２、１８４）内に配置される半径方向に離間する環状外側および内側そらせ板（１８６、１８８）と、
を備える、逆回転可能ファン形ガスタービンエンジン（１０）。
【請求項２】
前記逆回転可能ファン部（１１２）は、それぞれ約０．１０〜０．１５の範囲内の低い上流側および下流側入口半径比を有する逆回転可能な上流側および下流側ファン段（４、６）を含む、請求項１に記載のエンジン（１０）。
【請求項３】
前記低圧タービン（１２０）が逆回転可能である、請求項１または２に記載のエンジン（１０）。
【請求項４】
前記低圧タービン（１２０）が、駆動歯車箱（２２４）を介して単一の低圧軸（２２２）により前記逆回転可能ファン部（１１２）に駆動的に接続される単方向回転タービン（２２０）である、請求項１または２に記載のエンジン（１０）。
【請求項５】
前記ガス発生器（１００）は、
出口（２２）から軸方向に離間するとともに上流側に位置する入口（２０）と、
外側本体（１４）内に配置される内側本体（１２）を含み、前記内側および外側本体（１２、１４）は前記入口（２０）から前記出口（２２）まで延在するコア組立体（１５）と、
燃焼部（４０）と、
を備え、
前記内側および外側本体（１２、１４）は、それぞれオフセットした内側および外側軸（１６、１８）を有し、
前記内側および外側本体（１２、１４）の少なくとも一方は、前記内側および外側軸（１６、１８）の対応する一方のまわりにおいて回転可能であり、
前記内側および外側本体（１２、１４）は、噛み合った内側および外側螺旋ブレード（１７、２７）を、それぞれ前記内側および外側軸（１６、１８）のまわりに巻かれて有し、
前記内側および外側螺旋ブレード（１７、２７）は、それぞれ半径方向外方および内方に延在し、
前記コア組立体（１５）は、上流から順に、前記入口（２０）と前記出口（２２）との間に延在する第１、第２および第３の区画（２４、２６、２８）を有し、
前記内側および外側螺旋ブレード（１７、２７）は、それぞれ前記第１、第２および第３の区画（２４、２６、２８）内において第１、第２および第３のねじれ勾配（３４、３６、３８）を有し、
前記第１のねじれ勾配（３４）は、前記第２のねじれ勾配（３６）より小さく、前記第３のねじれ勾配（３８）は、前記第２のねじれ勾配（３６）より小さく、
前記燃焼部（４０）は、前記第２の区画（２６）の少なくとも一部分を通って軸方向下流に延在する、
請求項１から４のいずれかに記載のエンジン（１０）。
【請求項６】
前記外側本体（１４）は、前記外側軸（１８）のまわりにおいて回転可能とされ、前記内側本体（１２）は、前記内側軸（１６）のまわりにおいて回転可能とされる、請求項５に記載のエンジン（１０）。
【請求項７】
前記内側および外側本体（１２、１４）は、固定歯車比で互いに連動する、請求項６に記載のエンジン（１０）。
【請求項８】
前記外側本体（１４）は、前記外側軸（１８）のまわりにおいて回転可能に固定され、
前記内側本体（１２）は、前記外側軸（１８）のまわりにおいて軌道周回する、
請求項５に記載のエンジン（１０）。
【請求項９】
前記内側および外側本体（１２、１４）は、固定歯車比で互いに連動する、請求項８に記載のエンジン（１０）。
【請求項１０】
前記逆回転可能低圧タービン（１２１）は、上流側および下流側低圧タービン（１２２、１２４）を含む、請求項１から９のいずれかに記載のエンジン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、逆回転可能ファンを有するガスタービンエンジンに関し、特に、このようなエンジンにおいて、軸流容積式ガス発生器とウォームおよびスクリュー圧縮機およびタービンとを有するエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機用ガスタービンエンジンは一般に、上流から順に、ファン部と圧縮部と燃焼部とタービン部とを有する。タービン部は、一般に、圧縮部とファン部とを駆動する。燃焼部は、圧縮機により圧縮される空気流中の燃料を燃焼させて、タービンにエネルギーを供給する。航空機用ガスタービンエンジンは、１個、２個、３個または３個を上回る個数のロータまたはスプールを有しうる。圧縮機の上流の１個または２個のファンは、圧縮機と同様に、１個または２個のタービンによって駆動される。ファン、圧縮機およびタービンは、一般に、半径方向に延在するブレードを含む。航空機用ガスタービンエンジンのコア・エンジンまたはガス発生器は、一般に、高圧圧縮機と燃焼器と高圧タービンとを含み、エンジンの１個以上のファンに動力を供給するために高エネルギーの流体をタービンに供給する。連続軸流ガスタービンエンジンは、高い比エネルギー排気（単位質量毎のエネルギー）、所与の前面面積に対する高い質量流量、連続的な略定常の流体流および幅広い範囲の運転条件にわたる適当な効率等の望ましい属性を兼ね備えていることが大きな理由となって、幅広い範囲の用途において利用されている。エンジンとしては、軽量かつ高効率のものが望ましい。高効率エンジンの一種として、特許文献１９および特許文献２０に開示のタービンのような逆回転可能な低圧タービンにより付勢される逆回転可能ファンが含まれる。
【特許文献１】米国特許第１，８９２，２１７号
【特許文献２】米国特許第２，５５３，５４８号
【特許文献３】米国特許第３，９３８，９１５号
【特許文献４】米国特許第４，４８２，３０５号
【特許文献５】米国特許第４，８１８，１９７号
【特許文献６】米国特許第５，６９２，３７２号
【特許文献７】米国特許第４，１４４，００１号
【特許文献８】米国特許第４，１７９，２５０号
【特許文献９】米国特許第４，５００，２５９号
【特許文献１０】米国特許第４，８０２，８２７号
【特許文献１１】米国特許第４，８６３，３５７号
【特許文献１２】米国特許第５，０１７，０８７号
【特許文献１３】米国特許第５，１９５，８８２号
【特許文献１４】米国特許第６，１５５，８０７号
【特許文献１５】米国特許第６，６５１，４３３号
【特許文献１６】米国特許第６，９０５，３１９号
【特許文献１７】米国特許第４，８４２，４８４号
【特許文献１８】米国特許第５，０１０，７２９号
【特許文献１９】米国特許第６，７６３，６５３号
【特許文献２０】米国特許第６，７６３，６５４号
【特許文献２１】米国特許出願公開第２００４／０００５２３５号
【特許文献２２】米国特許出願公開第２００５／００８９４１４号
【特許文献２３】米国特許出願公開第２００５／０２２６７５８号
【特許文献２４】米国特許出願公開第２００７／０１３７１７３号
【特許文献２５】米国特許出願公開第２００７／０１３７１７４号
【特許文献２６】米国特許出願公開第２００７／０１７５２０２号
【特許文献２７】英国特許第４２７４７５号
【特許文献２８】仏国特許第７８７７１１号
【特許文献２９】スウェーデン特許第８９２８４号
【特許文献３０】ロシア特許第１５６７８０４号
【特許文献３１】国際公開特許第９７４７８８６号
【特許文献３２】欧州特許第３０２８７７Ｂ１号明細書
【特許文献３３】欧州特許第６２７０４１Ｂ１号明細書
【特許文献３４】欧州特許第８０５７４３Ｂ１号
【特許文献３５】欧州特許出願公開第１１３２６１８Ａ２号
【特許文献３６】欧州特許出願公開第１５００８１９Ａ２号
【非特許文献１】欧州特許出願第０６２５５３２６号に対する欧州サーチレポート（２００７年３月２６日付）、欧州特許庁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
軸流ガス発生器は、多くのターボ機械の用途において特に有用である。ガス発生器を基本とするターボ機械は、主として高い比エネルギー排気（単位質量毎のエネルギー）、所与の前面面積に対する高い質量流量、連続的な略定常の流体流および幅広い範囲の運転条件にわたる適当な熱効率等の望ましい属性を兼ね備えていることから、幅広い用途に利用されている。ガスタービンエンジン製造元の目標は、軽量かつ高効率のエンジンおよびガス発生器を得ることである。また他の目標は、ガス発生器の部品点数を可能な限り少なくして、ガス発生器の製造、据付け、修理調整、分解点検および交換費用を削減することである。したがって、ガスタービンエンジンと該エンジンのガス発生器においてこれら全ての課題を解決し、改善されたガス発生器を有する航空機用ガスタービンエンジンを得ることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
逆回転可能ファン形ガスタービンエンジンは、上流から順に、逆回転可能ファン部と容積式軸流またはウォーム形ガス発生器と前記逆回転可能ファン部に動作可能に接続される低圧タービンとを含む。このエンジンのひとつの実施例において、低圧タービンは、逆回転可能な低圧タービンである。容積式軸流ガス発生器は、出口から軸方向に離間するとともに上流側に位置する入口を含む。それぞれオフセットした内側および外側軸を有する内側および外側本体は、前記入口から前記出口まで延在する。本体のいずれかまたは両方が回転可能とされうる。ガス発生器のひとつの実施例では、内側本体は、外側本体内で内側軸のまわりにおいて回転可能である。外側本体は、外側軸のまわりにおいて回転可能に固定されるか、または回転可能とされうる。内側および外側本体は、噛み合わされた内側および外側螺旋ブレードをそれぞれ内側および外側軸のまわりに巻かれて有する。これらの内側および外側螺旋ブレードは、それぞれ半径方向外方および内方に延在する。
【０００５】
これらの螺旋ブレードは、それぞれ第１、第２および第３の区画内において第１、第２および第３のねじれ勾配を有する。ねじれ勾配は、軸に沿った単位距離毎の螺旋要素の断面の回転量として定義される。第１のねじれ勾配は、第２のねじれ勾配より小さく、第３のねじれ勾配は、第２のねじれ勾配より小さい。燃焼部は、第１の区画の終端部から軸方向下流に、第２の区画の少なくとも一部分を通って延在する。
【０００６】
逆回転可能な低圧タービンのひとつの例示的な実施例は、逆回転可能ファン部の逆回転可能な上流側および下流側ファン段に駆動的に接続される上流側および下流側低圧タービンを含む。逆回転可能ファン形ガスタービンエンジンのより具体的な実施例は、低圧内側軸により上流側ファン段に駆動的に接続される下流側低圧タービンと、低圧外側軸により下流側ファン段に駆動的に接続される上流側低圧タービンとを含む。
【０００７】
逆回転可能な低圧タービンのまた他の例示的な実施例は、逆回転可能ファン部の逆回転可能な上流側および下流側ファン段に駆動的に接続される環状低圧内側および外側ドラムを含む。この内側ドラムには、周方向に離間するとともに半径方向外方に延在するタービンブレードが軸方向に離間する複数列をなして含まれる。外側ドラムには、周方向に離間するとともに半径方向内方に延在するタービンブレードが軸方向に離間する複数列をなして含まれる。前記半径方向内方に延在するタービンブレードは、前記半径方向外方に延在するタービンブレードと交互嵌合する。逆回転可能ファン形ガスタービンエンジンのより具体的な実施例は、低圧外側軸により下流側ファン段に駆動的に接続される環状低圧内側ドラムと、低圧内側軸により上流側ファン段に駆動的に接続される外側ドラムとを含む。
【０００８】
このエンジンのまた他の実施例において、前記低圧タービンは、遊星歯車箱等の駆動歯車箱を介して単一低圧軸により逆回転可能ファン段に駆動的に接続される単方向回転タービンである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１に、エンジン中心線８のまわりに境界線を描く逆回転可能ファン形ガスタービンエンジン１０内の軸流容積式またはウォーム形ガス発生器１００の例示的な実施例を示す。このエンジン１０の逆回転可能ファン部１１２は、逆回転可能な上流側および下流側ファン段４、６（さらに図１６〜１８に図示）を含むとともに、周囲空気９の吸気流を受ける。上流側および下流側ファン段４、６は、それぞれ上流側および下流側ファンディスク１１７、１１９に取り付けられる上流側および下流側ファンブレード列１１３、１１５を含む。ファン部１１２の下流に、ウォーム形ガス発生器１００であるコア・エンジン１１８がある。
【００１０】
このウォーム形ガス発生器１００は、高温ガスを、逆回転可能上流側および下流側ファン段４、６を付勢する低圧タービン（ＬＰＴ）１２０内へと排出する。図１および１３に図示されている逆回転可能低圧タービン（ＬＰＴ）１２０は、逆回転可能低圧タービン（ＬＰＴ）１２１である。ウォーム形ガス発生器１００は、実質的に高圧スプール１３３である。逆回転可能ＬＰＴ１２１は、ウォーム形ガス発生器１００が逆回転可能ＬＰＴ１２１内へと排出する高温ガスによって付勢される。図１に図示されているように、逆回転可能ＬＰＴ１２１は、上流から順に、それぞれ上流側および下流側の低圧タービン１２２、１２４を有する。下流側低圧タービン１２４は、上流側低圧タービン１２２の下流にある。燃焼ガスは、ガス発生器１００から、列状の上流側低圧タービンブレード１２６を有する上流側低圧タービン１２２内へと排出される。これらの上流側低圧タービンブレード１２６は、低圧外側軸１３２により下流側ファン段６の下流側ファンブレード列１１５の下流側ファンブレード１３０に駆動的に取り付けられて、エンジン中心線８のまわりに境界線を描く低圧外側スプール１３４を形成する。
【００１１】
燃焼ガスは、上流側低圧タービン１２２から、列状の下流側低圧タービンブレード１４２を有する下流側低圧タービン１２４内へと排出される。これらの下流側低圧タービンブレード１４２は、低圧内側軸１５２により上流側ファン段４の上流側ファンブレード１５０の上流側ファンブレード列１１３に駆動的に取り付けられて、エンジン中心線８のまわりに境界線を描く低圧内側スプール１５４を形成する。このように、下流側低圧タービン１２４は、低圧内側軸１５２により上流側ファン段４に駆動的に接続され、上流側低圧タービン１２２は、低圧外側軸１３２により下流側ファン段６に駆動的に接続される。
【００１２】
逆回転可能低圧タービン（ＬＰＴ）１２１のまた他の実施例が図１３に図示されている。図１３に図示されている逆回転可能低圧タービン１２１は、低圧内側軸１５２により上流側ファン段４に駆動的に接続される環状外側ドラム１５６を含む。この外側ドラム１５６には、周方向に離間するとともに半径方向内方に延在するタービンブレード１５８が軸方向に離間する複数列をなして含まれる。逆回転可能低圧タービン１２１は、さらにまた、低圧外側軸１３２により下流側ファン段６に駆動的に接続される環状低圧内側ドラム１５５を含む。この内側ドラム１５５には、周方向に離間するとともに半径方向外方に延在するタービンブレード１６０が軸方向に離間する複数列をなして含まれる。半径方向内方に延在するタービンブレード１５８は、半径方向外方に延在するタービンブレード１６０と交互嵌合する。
【００１３】
低圧外側軸１３２は、内側ドラム１５５を下流側ファンブレード列１１５に駆動的に接続する。低圧外側軸１３２と内側ドラム１５５と下流側ファンブレード列１１５とは、低圧外側スプール１３４の主要構成要素である。低圧内側軸１５２は、外側ドラム１５６を上流側ファンブレード列１１３に駆動的に接続する。低圧内側軸１５２と外側ドラム１５６と上流側ファンブレード列１１３とは、低圧内側スプール１５４の主要構成要素である。
【００１４】
図２〜５を参照すると、ガス発生器１００は、入口２０から出口２２まで延在する内側および外側本体１２および１４を有するコア組立体１５を含む。内側本体１２は、外側本体１４の空洞部１９内に配置される。内側および外側本体１２、１４は、それぞれ内側および外側軸１６、１８を有する。コア組立体１５は、連続的な下流方向の流れの関係にある第１、第２および第３の区画２４、２６、２８を有する。燃焼部４０は、第２の区画の少なくとも一部分を通って軸方向下流に延在する。ここに図示されるように、燃焼部４０は、第１の区画２４の終端部から第２の区画２６全体を通って軸方向下流に延在する。コア組立体１５は、入口２０と出口２２とを介して定常流を有する。
【００１５】
個別の給気５０は、第１の区画２４内において該区画により捕捉される。給気５０の圧縮は、給気５０が第１の区画２４から第２の区画２６へと通過するときに起こる。このため、全給気５０は、それぞれ第１および第２の区画２４、２６の両方にあっても圧縮を受ける。燃焼は、全給気５０が第１の区画２４を通過して第２の区画２６内に入った後に、第２の区画２６内において開始される。第３の区画２８は、膨張部であり、これによって燃焼する給気５０からエネルギーを取り出して、それぞれ第１および第２の区画２４、２６を付勢する。給気５０の膨張は、給気５０が第２の区画２６から第３の区画２８へと通過するときに起こる。このため、全給気５０は、第２および第３の区画２６、２８のいずれにあっても膨張を受ける。
【００１６】
いずれかまたは両方の本体は回転可能とされ得、両方の本体が回転可能である場合は、前記本体は、同じ周方向時計回りまたは反時計回りに、固定的関係により決定される異なる回転速度で回転する。一方の本体のみが回転可能である場合は、他方の本体は固定される。ガス発生器のひとつの実施例において、内側本体１２は、内側軸１６のまわりにおいて外側本体１４内で回転可能であり、外側本体１４は、外側軸１８のまわりにおいて回転可能に固定されるか、または回転可能とされる。
【００１７】
内側および外側本体１２、１４は、噛み合わされた内側および外側螺旋要素をそれぞれ内側および外側軸１６、１８のまわりに巻かれて有する。これらの要素は、それぞれ内側および外側螺旋面２１、２３を有する内側および外側螺旋ブレード１７、２７である。ウォームという用語は、ウォームまたはスクリュー圧縮機を表すために一般に使用されるという理由で用いられており、内側および外側軸１６、１８のまわりに巻かれる螺旋要素を描写している。内側螺旋ブレード１７は、内側本体１２の中空内側ハブ５１から半径方向外方に延在し、外側螺旋ブレード２７は、外側本体１４の外側シェル５３から半径方向内方に延在する。内側螺旋ブレード１７に沿った内側螺旋縁部４７は、外側螺旋ブレード２７の外側螺旋面２３に、これらのブレードが互いに相対的に回転するときに密封的に係合する。外側螺旋ブレード２７に沿った外側螺旋縁部４８は、内側螺旋ブレード１７の内側螺旋面２１に、これらのブレードが互いに相対的に回転するときに密封的に係合する。
【００１８】
図４に、内側および外側本体１２、１４の縦断面図を示す。図６には、内側および外側本体１２、１４の軸方向断面図を示す。内側本体１２は、ここでは、２個の内側螺旋ブレード１７に対応するとともに結果的にフットボール状または先のとがった楕円形状の内側本体断面６９をもたらす２個の内側本体ローブ６０を有して図示されている。外側本体１４は、３個の外側螺旋ブレード２７（図３および４に図示）に対応する３個の外側本体ローブ６４を有する。内側および外側本体１２、１４間の３個の密封点６２が図６に図示されているが、内側および外側螺旋ブレード１７、２７間には内側および外側本体１２、１４の長さに沿って連続的な密封が存在することに注目されたい。
【００１９】
図７〜１０に、内側および外側本体１２、１４のまた他の構成の断面図を示す。内側本体１２は、図７に示すようにここでは、結果的に三角形状の内側本体断面６８をもたらす３個の螺旋ブレード１７に対応する３個の内側本体ローブ６０を有している。外側本体１４は、２個の外側螺旋ブレード２７に対応する２個の外側本体ローブ６４を有する。一般に、内側本体１２がＮ個のローブを有する場合は、外側本体１４は、Ｎ＋１個またはＮ−１個のローブを有する。図７に、内側および外側本体１２、１４間の５個の密封点６２が示されているが、内側および外側螺旋ブレード１７、２７間には内側および外側本体１２、１４の長さにわたって連続的な密封が存在することに注目されたい。
【００２０】
図５を参照すると、螺旋要素は、それぞれ第１、第２および第３の区画２４、２６、２８内において一定な第１、第２および第３のねじれ勾配３４，３６，３８を有する。ねじれ勾配Ａは、図５に示す内側軸１６等の軸に沿った距離毎の螺旋要素の断面４１（それぞれ図６および７に示す楕円形状または三角形状の内側本体断面６９、６８等）の回転量として定義される。図５には、内側本体断面４１の３６０度の回転が図示されている。ねじれ勾配Ａは、さらにまた、３６０度または２πラジアンを、図５に示す内側または外側螺旋ブレード１７、２７等の螺旋要素の同じ内側または外側螺旋縁部４７、４８に沿った２個の隣接する山頂４４間の軸方向距離ＣＤで割った値である。この軸方向距離ＣＤは、螺旋の１回分の完全な旋曲４３の距離である。
【００２１】
各々の区画内における内側要素のねじれ勾配Ａは、外側要素のねじれ勾配Ａとは異なる。外側本体１４のねじれ勾配Ａと内側本体１２のねじれ勾配Ａとの比は、内側本体１２上の内側螺旋ブレード１７の個数と外側本体１４上の外側螺旋ブレード２７の個数との比に等しい。第１のねじれ勾配３４は、第２のねじれ勾配３６より小さく、第３のねじれ勾配３８は、第２のねじれ勾配３６より小さい。前記螺旋要素をツル巻角の観点から説明することもできる。ねじをピッチとピッチ角の観点から説明する場合と略同じように、螺旋要素は、それぞれ第１、第２および第３の区画２４、２６、２８内の一定な第１、第２および第３のねじれ勾配３４、３６、３８に対応する一定な第１、第２および第３のツル巻角を有する。
【００２２】
再び図３〜５を参照する。第１の区画２４の内側螺旋ブレード１７は、ガス発生器の運転中に第１の区画２４内において給気５０を閉じ込めることができるだけの十分な旋曲数４３を有する。閉じ込められた給気５０は、容積式圧縮を可能にして、下流において生じしめられるより高い圧力が空気または給気を再び入口２０から押し出すことができないようにする。ガス発生器のひとつの実施例では、第１の区画２４における旋曲４３の個数は、給気５０を機械的に閉じ込めることができるだけの個数である。ガス発生器１００のまた他の実施例では、第１の区画２４における旋曲４３の個数は、給気５０を力学的に閉じ込めることができるだけの個数である。機械的に閉じ込められるとは、給気５０が、給気５０の下流側端部５４から第２の区画２６内へと進む前に、給気５０の上流側端部５２において入口２０と遮断されることによって、閉じ込められることを意味する。力学的に閉じ込められるとは、閉じ込められた給気の下流側端部５４は第２の区画２６内へと進みうるが、前記給気の上流側端部５２は、まだ完全に遮断されていないことを意味する。しかし、給気の下流側端部５４において、第２の区画からの圧力波が入口２０まで移動する時点までに、本体間の相対的な回転が、閉じ込められた給気５０を該給気の上流側端部５２において遮断し終える。
【００２３】
固定された外側本体１４の実施例では、内側本体１２は、外側軸１８に対してクランクのように動かされて、前記内側本体が内側軸１６のまわりにおいて回転すると、図７〜１０に示すように、内側軸１６が外側軸１８のまわりを軌道周回するようになっている。内側本体１２は、内側軸１６のまわりにおいて図７の位置から図８の位置まで回転して図示されており、内側軸１６は、外側軸１８のまわりにおいて約９０度だけ軌道周回して図示されている。内側および外側本体１２、１４は、互いに連動して、常に図１および４の連結歯車箱８２内の歯車装置により図示されているように固定比で互いに相対的に回転するようになっている。
【００２４】
図７の外側本体１４が固定されていない場合は、該外側本体は、外側軸１８のまわりにおいて、内側本体１２が内側軸１６のまわりで回転する回転速度の１．５倍の回転速度で回転する。内側本体１２は、内側軸１６のまわりにおいて、該内側本体の軌道周回速度７６を内側本体ローブの個数で割った値に等しい内側本体回転速度７４で回転する。内側ローブの個数は、ブレードの個数に等しい。内側本体１２が自身の軌道周回方向と同じ方向に回転する場合は、２個のローブを有する外側本体構成が用いられる。内側本体１２が軌道周回方向とは反対の方向に回転する場合は、４個のローブを有する外側本体構成が用いられる。
【００２５】
外側本体１４のねじれ勾配は、内側本体１２のねじれ勾配に内側本体ローブの個数Ｎを掛けて外側本体ローブの個数Ｍで割った値に等しい。３個の内側ローブまたは内側螺旋ブレード１７と２個の外側ローブまたは外側螺旋ブレード２７とを有する図７〜１０に示す構成では、１個の給気５０を機械的に捕捉するためには、外側本体１４の９００度の回転と内側本体１２の６００度の回転とを必要とする。内側本体のねじれ勾配は、第１の区画２４から第２の区画２６に移ると実質的に増加する。この軸方向位置は、図２に示す圧縮平面によって示される。全給気５０が圧縮平面を越えるとともに完全に第２の区画２６内へと通過し終えると、第２の区画２６内において定容燃焼が開始される。各々の給気は、個別に燃焼され、内側および外側本体内のねじれ勾配が第２の区画２６を通して一定に保たれるため、第２の区画２６内において定容燃焼が起こる。２個の内側本体ローブ６０（２個の内側螺旋ブレード１７）を有する内側および外側本体１２、１４の実施例とのさらなる比較は、特に１個の給気５０を捕捉するために必要とされる外側本体１４の回転の角度および内側本体１２の回転の角度と第１、第２および第３の区画２４、２６および２８のねじれ勾配の違いとに関して図１１と図２とを比較することによって行なわれうる。
【００２６】
次に図２〜４を参照する。第２の区画２６内における定容燃焼に続いて、給気または作動流体は、第３の区画２８内において等エントロピーに近い膨張プロセスを受ける。この膨張は、一定温度で行なわれうる。高温かつ高圧の給気の前縁が膨張平面を越えると、給気５０の体積は軸方向の膨張しかつ増大し始める。この膨張により、前記作動流体からエネルギーが取り出されて、第１および第２の区画２４、２６を駆動するために必要な仕事が得られる。膨張後に、前記作動流体は、自身の初期状態に対して実質的に上昇した温度および圧力で後部平面を横切って下流側プレナム内に排出される。
【００２７】
図１２に、ブレイトンサイクルとウォーム形コア・サイクルと呼ばれるウォーム形エンジンのサイクルとの比較を示す温度エントロピー線図（Ｔ−Ｓ線図）を示す。ウォーム形コア・サイクルでは、Ｗｃｍｐで示すサイクルの圧縮段に仕事が入力されて圧縮が行なわれる。ウォーム形コア・サイクルでは、Ｗｃｍｂで示す点でサイクルの定容燃焼段に仕事が入力されるとともに、Ｑｃｍｂで示す点で熱が入力されて燃焼が行なわれる。ウォーム形コア・サイクルでは、Ｗｔｍｂとして示されるように、サイクルの膨張段において仕事が断熱的に取り出される。ウォーム形コア・サイクルでは、仕事は等温的に取り出されうる。ここに図示されるウォーム形コア・サイクルエンジンの例示的な実施例では、第３の区画２８は、エンジン中心線８のタービンとして機能するとともに、仕事を第１および第２の区画２４、２６内に入力する。
【００２８】
図１２に示すウォーム形コア・サイクルエンジンの正味仕事量は、ＷＣであり、ブレイトンサイクルの正味仕事量はＷＢである。ここに図示されているウォーム形サイクルおよびブレイトンサイクルの正味仕事量は、図１２において定圧線により示されるエンジン中心線８の入口圧力に対するものである。ここに図示されているウォーム形サイクルは、さらにまた第２の区画２６全体にわたる燃焼を含みうる。容積式エンジンまたはガス発生器の前記サイクルによって、正味仕事量と熱効率とのいずれの観点からもブレイトン・サイクルエンジンを超える実質的な性能上の利点がもたらされる。正味仕事量をブレイトン・サイクルより増加させることができるため、同じ動力必要量がより小さいエンジンまたはガス発生器を用いて満たされることになり、この組合せは、重さおよび大きさが問題となる用途には特に魅力的である。
【００２９】
図１および１３と特に図１４とに、ファン部１１２とコア・エンジン１１８またはウォーム形ガス発生器１００との間の短い入口トランジションダクト１８０を示す。この短い入口トランジションダクト１８０は、２個の約９０度の外側および内側入口ベンド１８２、１８４を有する。それぞれ外側および内側吸込ベンド１８２、１８４内に配置される環状外側および内側入口そらせ板１８６、１８８は、これらのベンドを介して空力的に効率的な流れをもたらす。図１５に、ウォーム形ガス発生器１００と逆回転可能ＬＰＴ１２１との間の短い出口トランジションダクト１９０を示す。この出口トランジションダクト１９０は、外側および内側出口ベンド１９２、１９４として示される、半径方向に離間する２個の約９０度のベンドを有する。外側および内側出口ベンド１９２、１９４内に配置される、半径方向に離間する環状外側および内側出口そらせ板１９６、１９８によって、これらのベンドを介して空力的に効率的な流れがもたらされる。
【００３０】
図１４および１６〜１８に、上流側ファンブレード１５０をより具体的に示す。各々の上流側ファンブレード１５０は、上流側ファンディスク１１７から翼形２１２の先端２００まで半径方向外方に延在する翼形２１２を含む。この翼形２１２は、前および後縁２３２および２３４間において軸方向に延在するそれぞれ一般に凸状の負圧および凹状の圧力側２３６、２３８を含む。逆回転可能な上流側ファン段４は、約８５０フィート／秒の低い先端速度と約０．１０〜０．１５の範囲内の低い入口半径比と約４４．５１ｌｂｓ／秒の高い入口設計比流量とを有するように設計される。このように入口半径比が小さいことによって、単位前面面積毎の流量が大きくなる。
【００３１】
次に、図１４を参照する。ファン入口半径比は、入口ハブ半径２７８を入口ファンブレード先端半径２７６で割った値として定義される。入口ハブ半径２７８と入口ファンブレード先端半径２７６とは、エンジン中心線８に対して測定される。入口ファンブレード先端半径２７６は、ファン部１１２へのファン入口２０２において前記中心線８からファンブレード先端２００まで測定される。入口ハブ半径２７８は、前記中心線８からハブ２７４とファンブレード台２４６との交点まで測定される。
【００３２】
ファン段は、１０個の上流側ファンブレード１５０を有して図示されている。下流側ファン段６は、低騒音に適する圧力比要件に合致する先端速度と、従来の０．３クラスの入口半径比とを有するように設計される。軸流容積式ガス発生器１００は、速度または入口流量とは無関係に略一定な圧力比を有する定容高圧スプールである。
【００３３】
図１９に、エンジン１０のまた他の実施例を示し、低圧タービン１２０は、
単一の低圧軸２２２により逆回転可能ファン部１１２に駆動的に接続される単方向回転タービン２２０を有する。この低圧軸２２２は、遊星歯車箱等の駆動歯車箱２２４を介して上流側および下流側ファンブレード列１１３、１１５に駆動的に接続される。
【００３４】
本明細書では、本発明について好適かつ例示的と考えられる実施例を説明したが、本発明の改変形態が当業者には明らかであり、したがって、こうした全ての改変形態が本発明の真の精神および範囲に含まれるものとして、添付の特許請求の範囲において保護されることが理解できよう。したがって、特許による保護を望むのは、以下の特許請求の範囲に定義されかつ弁別されるところの発明である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】逆回転可能ファン部と、容積式軸流またはウォーム形ガス発生器とを有する例示的な航空機用ガスタービンエンジンの断面図である。
【図２】図１に示すガス発生器の断面図である。
【図３】図２に示すガス発生器の内側および外側本体の螺旋部分の部分切取斜視図である
【図４】図３に示すガス発生器の内側および外側本体間の歯車装置の断面図である。
【図５】図３に示すガス発生器の内側および外側本体の螺旋部分の切取斜視図である。
【図６】図４の６−６における内側および外側本体の断面図である。
【図７】異なる内側本体相対角位置における内側および外側本体のまた他の構成の断面図である。
【図８】異なる内側本体相対角位置における内側および外側本体のまた他の構成の断面図である。
【図９】異なる内側本体相対角位置における内側および外側本体のまた他の構成の断面図である。
【図１０】異なる内側本体相対角位置における内側および外側本体のまた他の構成の断面図である。
【図１１】図７に示す内側および外側本体を有する容積式ガス発生器の断面図である。
【図１２】図２に示すガス発生器のサイクルを示すＴ−Ｓ線図である。
【図１３】逆回転可能ファン部と容積式軸流またはウォーム形ガス発生器と２個の交互嵌合低圧タービンとを有するまた別の例示的な航空機用ガスタービンエンジンの断面図である。
【図１４】逆回転可能ファンを内蔵するファン部と図１に図示されたウォーム形ガス発生器との間の短い入口トランジションダクトの断面図である。
【図１５】ウォーム形ガス発生器から図１に示す逆回転可能低圧タービンへと至る短い出口トランジションダクトの断面図である。
【図１６】図１に示す逆回転可能ファンの上流側ファン段の斜視図である。
【図１７】図１６に示す逆回転可能ファンの上流側ファン段の正面斜視図である。
【図１８】図１６に示す逆回転可能ファンの上流側ファン段の側面斜視図である。
【図１９】逆回転可能ファン部と、容積式軸流またはウォーム形ガス発生器と前記逆回転可能ファン部に駆動的に接続される単方向回転タービンとを有する、また別の例示的な航空機用ガスタービンエンジンの断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
４  上流側ファン段
６  下流側ファン段
８  エンジン中心線
９  周囲空気
１０  ガスタービンエンジン
１２  内側本体
１４  外側本体
１５  コア組立体
１６  内側軸
１７  内側螺旋ブレード
１８  外側軸
１９  空洞部
２０  入口
２１  内側螺旋面
２２  出口
２３  外側螺旋面
２４  第１の区画
２６  第２の区画
２７  外側螺旋ブレード
２８  第３の区画
３４  第１のねじれ勾配
３６  第２のねじれ勾配
３８  第３のねじれ勾配
４０  燃焼部
４１  断面
４３  旋曲
４４  ２個の隣接する山頂
４７  内側螺旋縁部
４８  外側螺旋縁部
５０  給気
５１  内側ハブ
５２  上流側端部
５３  外側シェル
５４  下流側端部
６０  内側本体ローブ
６２  密封点
６４  外側本体ローブ
６８  三角形状の内側本体断面
６９  楕円形状の内側本体断面
７４  回転速度
７６  軌道周回速度
８２  歯車箱
１００  ウォーム形ガス発生器
１１２  ファン部
１１３  上流側ファンブレード列
１１５  下流側ファンブレード列
１１７  上流側ファンディスク
１１８  コア・エンジン
１１９  下流側ファンディスク
１２０  低圧タービン（ＬＰＴ）
１２１  逆回転可能低圧タービン（ＬＰＴ）
１２２  上流側低圧タービン
１２４  下流側低圧タービン
１２６  上流側低圧タービンブレード
１３０  下流側ファンブレード
１３２  低圧外側軸
１３３  高圧スプール
１３４  低圧外側スプール
１４２  下流側低圧タービンブレード
１５０  上流側ファンブレード
１５２  低圧内側軸
１５４  低圧内側スプール
１５５  内側ドラム
１５６  外側ドラム
１５８  半径方向内方に延在するタービンブレード
１６０  半径方向外方に延在するタービンブレード
１８０  入口トランジションダクト
１８２  外側入口ベンド
１８４  内側入口ベンド
１８６  外側入口そらせ板
１８８  内側入口そらせ板
１９０  出口トランジションダクト
１９２  外側出口ベンド
１９４  内側出口ベンド
１９６  外側出口そらせ板
１９８  内側出口そらせ板
２００  先端
２０２  ファン入口
２１２  翼形
２２０  単方向回転タービン
２２２  単一低圧軸
２２４  駆動歯車箱
２３２  前縁
２３４  後縁
２３６  凸状の負圧側
２３８  凹状の圧力側
２４６  ファンブレード台
２７４  ハブ
２７６  入口ファンブレード先端半径
２７８  入口ハブ半径
Ａ  ねじれ勾配
ＣＤ  軸方向距離
Ｎ  内側本体ローブの個数
Ｍ  外側本体ローブの個数
Ｗｃｍｂ  ウォーム形コア・サイクルに入力される仕事
Ｗｃｍｐ  サイクルの圧縮段
Ｗｔｍｂ  ウォーム形コア・サイクルから断熱的に取り出される仕事
Ｑｃｍｂ  サイクルの定容燃焼段
ＷＢ  ブレイトンサイクルの正味仕事量
ＷＣ  ウォーム形コア・サイクルの正味仕事量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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