(57)【要約】複合サイクルエンジン（１０）は、圧縮機（１９）、タービン部（１６，２０）、およびタービン部（１６，２０）と協働して出力を提供する少なくとも１つのサイクル・トッピング装置（１２）を含む。サイクル・トッピング装置（１２）は、タービンシャフト（２８）に対してある角度で延在する出力シャフト（２６）を有する。角をなすギアリング（３４）が、ガスタービンシャフト（２８）とサイクル・トッピング装置（１２）とを連結するために提供されている。
2006518823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、タービンシャフトを有するタービン部と、前記タービン部に入力を提供するとともに該タービン部と協働して軸馬力を提供する少なくとも１つのサイクル・トッピング装置と、を含み、前記少なくとも１つのサイクル・トッピング装置は、前記タービンシャフトに対してある角度で延在する出力シャフトを有し、ベベルギアボックスが、前記タービンシャフトと前記サイクル・トッピング装置の出力シャフトとを機械的に連結していることを特徴とする複合サイクルエンジン。
【請求項２】
前記出力シャフトは、前記タービンシャフトに対して鋭角で延在していることを特徴とする請求項１記載の複合サイクルエンジン。
【請求項３】
２つのサイクル・トッピング装置が、前記タービンシャフトの両側に配置されているとともに、該タービンシャフトに対して約９０°に方向づけられていることを特徴とする請求項１記載の複合サイクルエンジン。
【請求項４】
前面の空気取入口が、前記２つのサイクル・トッピング装置の間に定められていることを特徴とする請求項３記載の複合サイクルエンジン。
【請求項５】
前記ベベルギアボックスは、前記サイクル・トッピング装置の出力シャフトと前記タービンシャフトとにそれぞれしっかりと固定された第１および第２のベベルギアを含み、第３のベベルギアが、駆動される負荷に関連づけられた第４のベベルギアと噛み合うように前記出力シャフトに固定されていることを特徴とする請求項１記載の複合サイクルエンジン。
【請求項６】
前記タービン部は、自由タービンを含み、前記少なくとも１つのサイクル・トッピング装置は、前記圧縮機部からの圧縮空気が供給されるロータリエンジンを含むことを特徴とする請求項１記載の複合サイクルエンジン。
【請求項７】
前記ロータリエンジンは、スライドベーン型内燃機関であることを特徴とする請求項６記載の複合サイクルエンジン。
【請求項８】
前記サイクル・トッピング装置には、前記圧縮機部からの圧縮空気が供給され、前記サイクル・トッピング装置を選択的に迂回するための弁手段が提供されていることを特徴とする請求項１記載の複合サイクルエンジン。
【請求項９】
前記タービンシャフトと前記サイクル・トッピング装置の出力シャフトとは、プロペラ、発電機、ヘリコプタロータ、始動機、滑油ポンプ、燃料ポンプ、冷却ファン、および負荷圧縮機の少なくとも１つからなる群から選択された負荷を協働して駆動することを特徴とする請求項１記載の複合サイクルエンジン。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのサイクル・トッピング装置は、ロータリエンジンを含み、冷却空気流装置が前記出力シャフトと一体化されていることを特徴とする請求項１記載の複合サイクルエンジン。
【請求項１１】
前記ロータリエンジンは、ケーシングを有し、該ケーシングは、ロータリエンジンから過剰な熱を吸収するために冷媒が循環する複数の通路を画成しており、冷却ファンが、熱交換器を通るように強制的に空気を導いて、前記冷媒が前記熱交換器を通る時にこの冷媒から熱を取り除くことを特徴とする請求項１０記載の複合サイクルエンジン。
【請求項１２】
前記熱交換器は、環形状を有するとともに冷却ファン入口を取り囲んでいることを特徴とする請求項１１記載の複合サイクルエンジン。
【請求項１３】
圧縮機部と、タービン部に対してある角度に方向づけられた少なくとも１つのサイクル・トッピング装置とタービン複合されたタービン部と、を含み、前記タービン部は、共通の出力を提供するために、ベベルギアリングを介してサイクル・トッピング装置の出力シャフトと機械的に連結されたタービンシャフトを有することを特徴とする航空機エンジン。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのサイクル・トッピング装置は、前記タービンシャフトの一方側に取り付けられていることを特徴とする請求項１３記載の航空機エンジン。
【請求項１５】
２つのサイクル・トッピング装置が、前記タービンシャフトの両側に取り付けられているとともに、対応する出力シャフトが、前記タービンシャフトに対して約９０°にそれぞれ方向づけられていることを特徴とする請求項１３記載の航空機エンジン。
【請求項１６】
前記ベベルギアリングは、前記サイクル・トッピング装置の出力シャフトと前記タービンシャフトとにそれぞれしっかりと固定された第１および第２のベベルギアを含み、第３のベベルギアが、駆動される負荷に関連づけられた第４のベベルギアと噛み合うように前記出力シャフトに固定されていることを特徴とする請求項１３記載の航空機エンジン。
【請求項１７】
前記タービン部は、自由タービンを含み、前記少なくとも１つのサイクル・トッピング装置は、前記圧縮機部からの圧縮空気で過給されたロータリエンジンを含むことを特徴とする請求項１３記載の航空機エンジン。
【請求項１８】
前記ロータリエンジンは、スライドベーン型内燃機関であることを特徴とする請求項１７記載の航空機エンジン。
【請求項１９】
前記サイクル・トッピング装置には、前記圧縮機部からの圧縮空気が供給され、前記サイクル・トッピング装置を選択的に迂回するための弁手段が提供されていることを特徴とする請求項１３記載の航空機エンジン。
【請求項２０】
前記タービンシャフトと前記サイクル・トッピング装置の出力シャフトとは、プロペラ、発電機、ヘリコプタロータ、始動機、滑油ポンプ、燃料ポンプ、冷却ファン、および負荷圧縮機からなる群から選択された負荷を協働して駆動することを特徴とする請求項１３記載の航空機エンジン。
【請求項２１】
圧縮機と、タービン部と、このタービン部の動作を可能にするために該タービン部にエネルギ入力を提供するトッピング手段と、を含み、前記トッピング手段は、前記タービン部に対してある角度に方向づけられており、さらに、負荷を駆動する共通の出力を提供するように前記トッピング手段と前記タービン部とを機械的に連結するベベルギアリングを含むことを特徴とする複合サイクルエンジン。
【請求項２２】
圧縮機と、タービン部と、前記タービン部に入力を提供するとともに該タービン部と協働して軸馬力を提供する少なくとも１つのサイクル・トッピング装置と、を含み、前記少なくとも１つのサイクル・トッピング装置には、前記圧縮機部からの圧縮空気が供給されており、前記サイクル・トッピング装置を選択的に迂回するための弁が提供されていることを特徴とする複合サイクルエンジン。
【請求項２３】
前記弁は、前記圧縮機部から前記少なくとも１つのサイクル・トッピング装置の下流に位置するタービンボリュートに圧縮空気を放出するために、前記タービンボリュートと流体的に連通するようこれと選択的に連結可能であることを特徴とする請求項２２記載の複合サイクルエンジン。
【請求項２４】
圧縮機と、タービン部と、前記タービン部に入力を提供するとともに該タービン部と協働して軸馬力を提供する少なくとも１つのサイクル・トッピング装置と、ガスタービンエンジン補機と、を含み、前記少なくとも１つのサイクル・トッピング装置が、前記ガスタービンエンジン補機を駆動していることを特徴とする複合サイクルエンジン。
【請求項２５】
前記ガスタービンエンジン補機は、燃料ポンプ、滑油ポンプ、始動機、負荷圧縮機、回転速度計、および発電機からなる群から選択されることを特徴とする請求項２４記載の複合サイクルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合サイクルエンジンに関し、特に、航空機用途に適した小型の複合エンジンユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
共通の出力を提供するように連結された内燃機関エンジンとタービンエンジンとを有する複合サイクルエンジンの開発は、以前から試みられてきた。例えば、米国特許第４，８１５，２８２号を参照されたい。しかし、これまで提案された複合サイクルエンジン設計は大きく、航空機などの航空用途に適した小型ユニットとしてロータリエンジンなどのサイクルトッピング装置とガスタービンとを一体化する完全な解決策を提示することができなかった。
【０００３】
さらに、従来技術の複合サイクルエンジン設計は、航空機環境において実際的かつ現実的に実行可能な内燃機関エンジンの冷却に対する解決策を十分に提供することができていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明の目的は、小型の複合エンジンユニットにサイクル・トッピング装置を組み込むことである。
【０００５】
本発明の他の目的は、ロータリ燃焼装置用の小型の自冷式装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態は、特に航空機用途に適した小型ユニットを容易に得るために、ベベル式駆動装置を用いてターボ複合ユニットにロータリ・トッピング装置を組み込むことを含む。ターボプロップ、ターボシャフト、および補助動力源（ＡＰＵ）を含む異なる航空機用途のために、このユニットのいくつかの実施例が開示されている。
【０００７】
従って、本発明の一般的な形態では、圧縮機と、タービンシャフトを有するタービン部と、タービン部に入力を提供するとともに該タービン部と協働して軸馬力を提供する少なくとも１つのサイクル・トッピング装置と、を含む複合サイクルエンジンが提供され、少なくとも１つのサイクル・トッピング装置は、タービンシャフトに対してある角度で延在する出力シャフトを有し、ベベルギアボックスが、タービンシャフトとサイクル・トッピング装置の出力シャフトとを機械的に連結している。
【０００８】
本発明の他の一般的な形態では、圧縮機部と、タービン部に対してある角度に方向づけられた少なくとも１つのサイクル・トッピング装置とタービン複合された（ｔｕｒｂｏｃｏｍｐｏｕｎｄｅｄ）タービン部と、を含む航空機エンジンが提供され、タービン部は、共通の出力を提供するために、ベベルギアリングを介してサイクル・トッピング装置の出力シャフトと機械的に連結されたタービンシャフトを有する。
【０００９】
本発明のまた他の一般的な形態では、圧縮機と、タービン部と、このタービン部の動作を可能にするために該タービン部にエネルギ入力を提供するトッピング手段と、を含む複合サイクルエンジンが提供され、トッピング手段は、タービン部に対してある角度に方向づけられており、複合サイクルエンジンは、さらに、負荷を駆動する共通の出力を提供するようにトッピング装置とタービン部とを機械的に連結するベベルギアリングを含む。
【００１０】
本発明のさらに他の一般的な形態では、圧縮機と、タービン部と、タービン部に入力を提供するとともに該タービン部と協働して軸馬力を提供する少なくとも１つのサイクル・トッピング装置と、を含む複合サイクルエンジンが提供され、少なくとも１つのサイクル・トッピング装置には、圧縮機部からの圧縮空気が供給されており、サイクル・トッピング装置を選択的に迂回するための弁が提供されている。
【００１１】
本発明のまた他の一般的な形態では、圧縮機と、タービン部と、タービン部に入力を提供するとともに該タービン部と協働して軸馬力を提供する少なくとも１つのサイクル・トッピング装置と、ガスタービンエンジン補機と、を含む複合サイクルエンジンが提供され、少なくとも１つのサイクル・トッピング装置が、ガスタービンエンジン補機を駆動している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、好ましくはターボシャフト、ターボプロップ、またはＡＰＵ（補助動力源）用途などの種々の航空用途で使用される種類の複合サイクルエンジン１０の概略図である。図１を参照すると、複合サイクルエンジン１０は、一般に少なくとも１つの（好ましくは図１に示すように１つまたは２つの）ロータリサイクル・タービントッピング装置（ｔｕｒｂｉｎｅ  ｔｏｐｐｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ  ＴＴＤ）１２と、排気タービン過給機として機能するガスタービンエンジン１４と、を含む。排気タービン過給機１４は、圧縮機１９、第一段タービン２０、および第２段すなわち出力タービン１６を含む。中空のシャフト２２が、第１段タービン２０を圧縮機１９に連結する。出力タービン１６は、好ましくは自由タービンであり、中空シャフト２２内に同心に配置されてこの中空シャフト２２から独立して回転する出力タービンシャフト２８を含む。シャフト２８は、ベベルギアセット３４を介して出力タービン１６をロータリ装置１２に連結する。好ましくは、ベベルギアセット３４は、３：１の減速ギア比を有する。しかし、このギア比は、所望のギア比とすることができることは理解されよう。圧縮機１９は、空気取入口３５および圧縮機スクロール２４と連通しており、圧縮機スクロール２４は、ロータリサイクル・トッピング装置１２の入口３７につながっている。圧縮機スクロール２４は、図２に示すように、分割スクロール（２つの１８０°のスクロール半部）からなる。ロータリ装置１２の空気出口３９は、タービン２０，１６につながるタービンボリュート３０への排気ダクト４１と連通している。排気逃し弁３２が、選択的に圧縮機スクロール２４とタービンボリュート３０を流体的に連通させる。排気逃し弁３２は、選択的に開放可能な吹出し弁を含むことが好ましい。図２に最もよく示されているように、排気逃し弁すなわち吹出し弁３２は、ロータリサイクル・トッピング装置の低速時におけるサージを防止するために、圧縮機排気がロータリサイクル・トッピング装置１２を迂回してタービンボリュート３０内に直接“吹き出す”ことを選択的に可能にする。
【００１３】
図１に示すように、ロータリサイクル・トッピング装置１２は、出力シャフト２６を有する。航空機用途に適する適切な小型ユニットを容易に得るために、本願では、ロータリサイクル・トッピング装置１２を出力タービンシャフト２８に対して約９０°、好ましくは９０°より小さい角度θに設置することを提案する。角度θは、好ましくは４５°以上である。ベベルギアセット３４は、ロータリ・トッピング装置の出力シャフト２６と出力タービン出力シャフト２８とを機械的に連結するために使用される。ベベルギアセット３４の使用は、圧縮機１９からロータリサイクル・トッピング装置１２、およびロータリサイクル・トッピング装置１２から圧縮機タービン２０および出力タービン１６への非常に短いダクト構造体を有利に提供するとともに小型の変速機を提供する。圧縮機出口およびタービン入口における構造体２４，３０は、高温でかつ重くて高価であり、できるだけ短いことが好ましい。また、ダクト構造体の長さは、エンジンの全体効率に悪影響を与える熱損失および圧力損失を最小とするために最小化する必要がある。
【００１４】
このように出力タービンシャフト２８に対してロータリサイクル・トッピング装置１２を方向づけるとともにベベルギアセットを使用することにより、エンジン１０のエンベロープおよび前面面積を最小化できる。このことは、一対のロータリサイクル・トッピング装置１２が、エンジン１０の前方においてギアボックス１７の両側に設置されており、かつエンジンの主軸に対して約９０°に方向づけられた図３から容易に理解できよう。結果的に得られるユニットは、市販されているターボプロップおよびターボシャフトガスタービンの応用例に非常に類似しており、既存の航空機のナセルやエンジン室に設置可能であると考えられる。
【００１５】
上述の小型ユニット構造によって得られる他の利点は、エンジン１０の前方に位置する単一の入口３５（図３参照）から主要サイクル空気に沿って冷却空気を引き込むことができることである。
【００１６】
圧縮機およびタービンへの比較的短いダクト構造体によって、ロータリサイクル・トッピング装置を圧縮機タービンロータと平行に配置することもできるが、潜在的に重いアイドラギアトレインが必要となる。また、前面面積が結果的に大きくなり、航空エンジンへの設置にあまり適さなくなる。
【００１７】
ロータリ・トッピング装置を直列に配置すると、タービンまたは圧縮機からロータリ・トッピング装置へのダクトが長くなるとともに設置距離が長くなるおそれがある。従って、出力タービンシャフト２８とロータリサイクル・トッピング装置１２の出力シャフト２６の機械的な連結に上述したベベルギアセットを使用することは、考えられる他の選択肢に比べて有利である。
【００１８】
より詳細には、図１に示すように、ベベルギアセット３４は、一般にロータリサイクル・トッピング装置の出力シャフト２６にしっかりと固定された第１のベベルギア３６を含み、この第１のベベルギア３６は、出力タービンシャフト２８の前端に設けられた第２のベベルギア３８と噛み合う。第３のギア４０が、ロータリサイクル・トッピング装置の出力シャフト２６の遠位端部にしっかりと固定されており、この第３のギア４０は、プロペラ（図５ｂ参照）、発電機、回転速度計、ヘリコプタロータ（図５ａ参照）、始動機（図３参照）、滑油ポンプ（図３参照）、燃料ポンプ（図３参照）、冷却ファン、および負荷圧縮機などの負荷と連結されたシャフト１８に設けられた第４のベベルギア４２と噛み合う。従って、シャフト１８は、ロータリサイクル・トッピング装置の出力シャフト２６に直接的に連結されて、これにより駆動されているとともに、ロータリ・トッピング装置の出力シャフト２６を介して出力タービンシャフト２８に間接的に連結されて、これにより駆動されている。よって、ロータリサイクル・トッピング装置１２および出力タービン１６は、シャフト１８を駆動するように機械的に連結されている。これらは協働してシャフト１８に連結された負荷の駆動に要求される軸馬力を提供する。エンジンの始動時には、ロータリサイクル・トッピング装置１２が大部分の仕事を行い、通常の動作条件では、出力タービン１６がシャフト１８への総出力に大きく貢献する。
【００１９】
ギアセット３４は、ダブルのギアセットである必要はなく、２つの平行でないシャフトの連結を可能にするものであればあらゆるギアセットを使用することができる。全てのシャフト１８，２２，２６，２８が、適切なベアリング５１を有する。
【００２０】
図１に示すように、ロータリエンジンシャフト２６は、ファン空気入口４６とファン空気出口４７とを有し、かつダクト構造体４９によって滑油冷却器５０と連通したファンすなわちブロワ４４とも連結されている。
【００２１】
ロータリサイクル・トッピング装置１２は、米国特許第５，４７１，８３４号、第５，５２２，３５６号、第５，５２４，５８７号、および第５，６９２，３７２号などに開示された適切な設計とすることができるが、当業者であれば分かるように他の設計も可能である。これらの特許文献の内容は、参照として本明細書に全て含まれる。サイクル・トッピング装置は、必ずしも内燃機関である必要はなく、必要条件はタービン動作に必要な入力（すなわち、高温のガス流れ）を生成することだけである。例えば、燃焼器に連結されたウェーブロータエンジンを、ガスタービンサイクルのトッピングすなわちエネルギ入力の提供に使用してもよい。
【００２２】
図２に示すように、ロータリサイクル・トッピング装置１２は、出力シャフト２６を駆動するためにスライドベーン型ロータ２９を通して回転動作を生成することが好ましい。燃料−空気混合器２７が、圧縮機スクロール２４とロータリサイクル・トッピング装置の入口３９との間のダクト構造体の内部に提供されており、この燃料−空気混合器２７は、圧縮空気がロータリサイクル・トッピング装置１２に流入する前にこの圧縮空気に燃料を噴射する。低速濃厚化絞り弁３１が、燃料−空気混合器２７のすぐ上流においてダクト構造体内に設けられており、混合気に流入する空気量を調整する。図２から分かるように、ガス発生器（すなわち圧縮機１９および圧縮機タービン２０）は、補機を駆動せず、ロータリサイクル・トッピング装置１２を過給することが主な機能である。ギアボックス１７（図３参照）を介して補機を駆動する軸馬力を提供するのは、ロータリサイクル・トッピング装置１２と出力タービン１６である。シャフト２６は、補機を駆動するパワー・テイクオフ・シャフトとして機能する。ここでは、“補機”とは、駆動する必要があるが推進力を提供しないガスタービン部品を一般的に指す。例えば、補機は、燃料ポンプ、滑油ポンプ、空気ポンプ、始動機、回転速度計、発電機、および負荷圧縮機の形態とすることができる。
【００２３】
次に図５ａ，図５ｂを参照すると、ターボシャフト装置およびターボプロップ装置に設置された複合サイクルエンジン１０がそれぞれ示されている。図５ａでは、エンジン１０はヘリコプタロータ５３の駆動に使用される。図５ｂでは、エンジンはプロペラ５５を駆動する。ターボシャフトの応用例では空気取入口がエンジン１０の頂部に設けられており、ターボプロップの応用例では空気取入口３５がエンジン１０の前面に設けられている。
【００２４】
使用時には、空気取入口３５を通過する流入空気が、圧縮機１９により圧縮されるとともに圧縮機スクロール２４を介してサイクル・トッピング装置１２の入口３９に導かれる。圧縮空気流がロータリサイクル・トッピング装置１２に流入する直前に、図２に符号２７として概略的に示した周知の手段によってこの圧縮空気流に燃料が投入される。低速濃厚化絞り弁３１（図２）は、混合気に流入する空気量を調整する。混合気は、点火の前にロータ２９の回転動作によってさらに圧縮される。結果的に生じる燃焼ガスは、排出される前に膨張してロータ２９、そしてシャフト２６を駆動する。燃焼ガスは、タービンボリュート３０を介して圧縮機タービン２０および出力タービン１６に導かれる。圧縮機タービン２０と出力タービン１６は、膨張する燃焼ガスからエネルギを抽出するとともに、このエネルギを軸馬力に変換して圧縮機１９およびシャフト１８とともに他の補機を駆動する。使用時には、シャフト２２は典型的に約６００００〜７００００ｒｐｍで回転し、シャフト２８は約５００００ｒｐｍで回転する。ベベルギアセット３４は、約３：１の減速比を提供する。同時に、出力ベベルギアセット３４は、ターボシャフトで６０００ｒｐｍ、ターボプロップで２０００ｒｐｍなどである出力シャフト速度を必要に応じて提供する。ロータリ装置は、約１５０００ｒｐｍの回転速度を有する。上述の速度は、単に例示的な目的で挙げられており、限定的なものではない。
【００２５】
動作時には、吹出し弁３２は、ロータリサイクル・トッピング装置１２と排気タービン過給機１４の流れキャパシタの間に不一致が生じたときに典型的に開放され、このような不一致は部分的な速度動作条件などで起こりうる。
【００２６】
上述の複合サイクルエンジンは、ロータリサイクル・トッピング装置１２の閉容積式燃焼によって提供される高いサイクル圧力比および温度のために、高い熱効率を提供する。また、複合サイクルでは、質量空気流単位当たりの出力の増加により、同じ軸馬力または推力において従来の単一サイクル・ガスタービンエンジンに比べてターボ機械の寸法および重量が減少する。
【００２７】
さらに、（サイクル・トッピング装置１２の好適実施例である）ロータリ燃焼装置とガスタービンエンジンとの一体化は、特に減少した出力で動作しているときに燃料効率がかなり有利である。
【００２８】
ロータリ燃焼サイクル・トッピング装置１２は、動作時に熱を発生するので、その加熱を防ぐためにはこの熱を放散させなければならない。このようなロータリ内燃機関の冷却要求は、ガスタービンエンジンよりも高い場合があり、航空機および自動車用途で実際的な装置を形成するためには非常に小型の冷却装置の実現が重要である。
【００２９】
図１および図６に示すように、ロータリサイクル・トッピング装置１２用の小型の自冷式装置が、軸方向ブロワすなわち冷却ファン４４をロータリサイクル・トッピング装置１２の出力シャフト２６に直接一体化することで得られる。これは、ロータリサイクル・トッピング装置１２の（約１６０００ｒｐｍの）比較的高い出力ｒｐｍのために有利であり、これにより、小型の高流速ファンの実用化が可能になる。ファン４４がロータリサイクル・トッピング装置の出力シャフト２６に直接取り付けられているので、ファン４４を駆動するための中間ギア、チェーンやプーリが必要なく、非常に小型の冷却装置が得られる。
【００３０】
図４に示すように、直接駆動の冷却ファン４４は、冷却空気取入口４８を介して冷却空気ダクト４６から周囲空気を引き込む。冷却空気取入口４８は、エンジン１０の前方において、エンジン空気取入口３５よりも高いすなわち外側の位置でかつエンジン空気取入口３５に対して側方に配置されている。圧縮機取入口３５は、最も低い流れ部分に対応する。これにより、このような設計は、はるかに困難であるより多くの直接的な冷却空気の流れを有利に提供する。ファン４４へのダクト構造体４６は、ロータリ・トッピング装置の９０°の配置によって、空気取入口４８から有利にかなり短く設けることができる。冷却空気は、エンジン１０の両側の排気ポート５９を通して側方に排気される。任意のダクト後部６１が、エンジン１０の側面に沿って冷却空気を軸方向に排出するように排気ポート５９に連結可能である。
【００３１】
冷却空気ダクト４６は、熱交換器または滑油冷却器５０（図１，図２，図３，図６参照）を通して空気を導き、油または他の冷媒が、ポンプ５１（図６参照）によって図２に示したロータリサイクル・トッピング装置のケーシング内に画成された冷却通路５２を通って循環するに従って吸収した過剰な熱を取り除く。図６に示すように、ポンプ５１は、油の連続的な再循環流れを確実に得るために装置１２および滑油冷却器５０とともに閉ループ回路５５内に設けられている。油は、滑油冷却器５０を通って移動するに従って滑油冷却器５０を通過する強制空気に熱を放出する。続いて、このように冷却された油は、ロータリ・トッピング装置のケーシングから過剰な熱を取り除くためにロータリ・トッピング装置のケーシング内の冷却通路５２を通って再循環される。油の冷却は、燃料消費の約５％である。
【００３２】
図６に示すように、一実施例では、滑油冷却器５０は、ロータリ・トッピング装置の下流側でファン入口を囲む環状の滑油冷却器の形態で提供されることが好ましい。
【００３３】
環状の滑油冷却器５０は、ロータリ・トッピング装置と一体に設けられるとともにこれから後方に延在する。また、環状の冷却器５０は、出力シャフト２６の周囲に同心状に取り付けられており、かつ装置１２の径方向外側に配置されている。環状の滑油冷却器５０は、減速ギアボックス１７を介して適切に駆動されるポンプ５１によって循環する油のための環状の冷却通路を提供する。ファン４４は、環状の滑油冷却器５０を通して空気を径方向内側に引き込む。環状の冷却器５０は、径方向から軸方向への湾曲部を画成する空気排出通路５３を定める。環状の冷却器５０から流出する高温の空気は、ファン４４の後方で軸方向に放出される。図６に示すように、ファン４４は、冷却効率を改善するために、主に滑油冷却器５０を通る強制空気の提供に使用される。しかし、ファン入口からの吸気すなわち供給空気は、ロータリ・トッピング装置を通って画成される軸方向に延在する通路５４に空気を通過させることによって、ロータリ・トッピング装置１２のコアの冷却にも使用可能である。
【００３４】
上述した本発明の実施例は例示的なものである。従って、当業者であれば上述の説明は単に説明的なものであり、本発明の趣旨から逸脱せずに種々の変更および改良が可能であることが分かるであろう。例えば、図示の圧縮機およびタービンの構造は、多くの可能性のうちの一例に過ぎない。連続する構成要素の間のダクト構造体は、図示のものと厳密に同じである必要はなく、構成要素の相対的な配置についても同様である。本明細書は、１つのロータリ装置に関するが、１つまたは複数のロータリ装置を並列または直列に使用することができる。従って、本発明は、請求の範囲に含まれるこのような多くの代替物、改良、および変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ベベル式駆動装置と直接駆動のブロワを用いて一体化されたガスタービンエンジンとロータリ装置を示す概略説明図である。
【図２】ガスタービンとロータリ・トッピング装置を通る空気流路を示す複合サイクルエンジンの機能図である。
【図３】ターボ複合エンジンユニットの概念的な斜視図である。
【図４】所定位置に設けられた外側の空冷ダクトを示す図３のエンジンの概念的な斜視図である。
【図５ａ】ターボシャフト装置に設置された図４の装置の説明図である。
【図５ｂ】ターボプロップ装置に設置された図４の装置の説明図である。
【図６】一体型の環状冷却器および冷却ファンを有するロータリ・トッピング装置の概略的な断面図である。
【図１】
2006518823.tif 000003
【図２】
2006518823.tif 000004
【図３】
2006518823.tif 000005
【図４】
2006518823.tif 000006
【図５ａ】
2006518823.tif 000007
【図５ｂ】
2006518823.tif 000008
【図６】
2006518823.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成16年12月31日(2004.12.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（１９）と、タービンシャフト（２８）を有するタービン部（１６，２０）と、前記タービン部（１６，２０）に入力を提供するとともに該タービン部と協働して軸馬力を提供する少なくとも１つのサイクル・トッピング装置（１２）と、を含み、前記少なくとも１つのサイクル・トッピング装置（１２）は、前記タービンシャフト（２８）に対して鋭角で延在する出力シャフト（２６）を有し、ベベルギアボックス（３４）が、前記タービンシャフト（２８）と前記サイクル・トッピング装置の出力シャフト（２６）とを機械的に連結していることを特徴とする複合サイクルエンジン（１０）。
【請求項２】
２つのサイクル・トッピング装置が、前記タービンシャフトの両側に配置されているとともに、該タービンシャフトに対して実質的に９０°より小さい角度に方向づけられていることを特徴とする請求項１記載の複合サイクルエンジン（１０）。
【請求項３】
前面の空気取入口（３５）が、前記２つのサイクル・トッピング装置（１２）の間に定められていることを特徴とする請求項２記載の複合サイクルエンジン（１０）。
【請求項４】
前記ベベルギアボックス（３４）は、前記サイクル・トッピング装置の出力シャフト（２６）と前記タービンシャフト（２８）とにそれぞれしっかりと固定された第１および第２のベベルギア（３６，３８）を含み、第３のベベルギア（４０）が、駆動される負荷に関連づけられた第４のベベルギア（４２）と噛み合うように前記出力シャフト（２６）に固定されていることを特徴とする請求項１記載の複合サイクルエンジン（１０）。
【請求項５】
前記タービン部（１６，２０）は、自由タービン（１６）を含み、前記少なくとも１つのサイクル・トッピング装置（１２）は、前記圧縮機部（１９）からの圧縮空気が供給されるロータリエンジンを含むことを特徴とする請求項１記載の複合サイクルエンジン（１０）。
【請求項６】
前記ロータリエンジンは、スライドベーン型内燃機関であることを特徴とする請求項５記載の複合サイクルエンジン（１０）。
【請求項７】
前記サイクル・トッピング装置（１２）には、前記圧縮機部（１９）からの圧縮空気が供給され、前記サイクル・トッピング装置（１２）を選択的に迂回するための弁手段（３２）が提供されていることを特徴とする請求項１記載の複合サイクルエンジン（１０）。
【請求項８】
前記タービンシャフト（２８）と前記サイクル・トッピング装置（１２）の出力シャフト（２６）とは、プロペラ、発電機、ヘリコプタロータ、始動機、滑油ポンプ、燃料ポンプ、冷却ファン、および負荷圧縮機の少なくとも１つからなる群から選択された負荷を協働して駆動することを特徴とする請求項１記載の複合サイクルエンジン（１０）。
【請求項９】
前記少なくとも１つのサイクル・トッピング装置（１２）は、ロータリエンジンを含み、冷却空気流装置（４４）が前記出力シャフト（２６）と一体化されていることを特徴とする請求項１記載の複合サイクルエンジン（１０）。
【請求項１０】
前記ロータリエンジンは、ケーシングを有し、該ケーシングは、ロータリエンジンから過剰な熱を吸収するために冷媒が循環する複数の通路を画成しており、前記冷却空気流装置（４４）が、熱交換器（５０）を通るように強制的に空気を導いて、前記冷媒が前記熱交換器（５０）を通る時にこの冷媒から熱を取り除くことを特徴とする請求項９記載の複合サイクルエンジン（１０）。
【請求項１１】
前記熱交換器（５０）は、環形状を有するとともに冷却ファン入口を取り囲んでいることを特徴とする請求項１０記載の複合サイクルエンジン（１０）。
【請求項１２】
圧縮機部（１９）と、タービン部に対して鋭角に方向づけられた少なくとも１つのサイクル・トッピング装置（１２）とタービン複合されたタービン部（１６，２０）と、を含み、前記タービン部（１６，２０）は、共通の出力を提供するために、ベベルギアリング（３４）を介してサイクル・トッピング装置（１２）の出力シャフト（２６）と機械的に連結されたタービンシャフト（２８）を有することを特徴とする航空機エンジン（１０）。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのサイクル・トッピング装置（１２）は、前記タービンシャフト（２８）の一方側に取り付けられていることを特徴とする請求項１２記載の航空機エンジン（１０）。
【請求項１４】
２つのサイクル・トッピング装置（１２）が、前記タービンシャフト（２８）の両側に取り付けられているとともに、対応する出力シャフト（２６）が、前記タービンシャフト（２８）に対して実質的に９０°よりも小さい角度にそれぞれ方向づけられていることを特徴とする請求項１２記載の航空機エンジン（１０）。
【請求項１５】
前記ベベルギアリング（３４）は、前記サイクル・トッピング装置の出力シャフト（２６）と前記タービンシャフト（２８）とにそれぞれしっかりと固定された第１および第２のベベルギア（３６，３８）を含み、第３のベベルギア（４０）が、駆動される負荷に関連づけられた第４のベベルギア（４２）と噛み合うように前記出力シャフト（２６）に固定されていることを特徴とする請求項１２記載の航空機エンジン（１０）。
【請求項１６】
前記タービン部（１６，２０）は、自由タービン（１６）を含み、前記少なくとも１つのサイクル・トッピング装置（１２）は、前記圧縮機部（１９）からの圧縮空気で過給されたロータリエンジンを含むことを特徴とする請求項１２記載の航空機エンジン（１０）。
【請求項１７】
前記ロータリエンジンは、スライドベーン型内燃機関であることを特徴とする請求項１６記載の航空機エンジン（１０）。
【請求項１８】
前記サイクル・トッピング装置（１２）には、前記圧縮機部（１９）からの圧縮空気が供給され、前記サイクル・トッピング装置（１２）を選択的に迂回するための弁手段（３２）が提供されていることを特徴とする請求項１２記載の航空機エンジン（１０）。
【請求項１９】
前記タービンシャフト（２８）と前記サイクル・トッピング装置（１２）の出力シャフト（２６）とは、プロペラ、発電機、ヘリコプタロータ、始動機、滑油ポンプ、燃料ポンプ、冷却ファン、および負荷圧縮機からなる群から選択された負荷を協働して駆動することを特徴とする請求項１２記載の航空機エンジン（１０）。
【請求項２０】
圧縮機と、タービン部（１６，２０）と、このタービン部（１６）の動作を可能にするために該タービン部にエネルギ入力を提供するトッピング手段（１２）と、を含み、前記トッピング手段（１２）は、前記タービン部（２０，１６）に対してある角度に方向づけられており、さらに、負荷を駆動する共通の出力を提供するように前記トッピング手段（１２）と前記タービン部（１６）とを機械的に連結するベベルギアリング（３４）を含み、前記タービン部（１６，２０）は、自由タービン（１６）を含み、前記トッピング手段（１２）は、前記圧縮機部（１９）から圧縮空気が供給されるロータリエンジンを含むことを特徴とする複合サイクルエンジン（１０）。
【請求項２１】
圧縮機（１９）と、タービン部（１６，２０）と、前記タービン部（１６，２０）に入力を提供するとともに該タービン部と協働して軸馬力を提供する少なくとも１つのサイクル・トッピング装置（１２）と、を含み、前記少なくとも１つのサイクル・トッピング装置（１２）には、前記圧縮機部（１９）からの圧縮空気が供給されており、前記サイクル・トッピング装置を選択的に迂回するための弁（３２）が前記圧縮機部（１９）と前記サイクル・トッピング装置（１２）との間の管路に提供されていることを特徴とする複合サイクルエンジン（１０）。
【請求項２２】
前記弁（３２）は、前記圧縮機部（１９）から前記少なくとも１つのサイクル・トッピング装置（１２）の下流に位置するタービンボリュート（３０）に圧縮空気を放出するために、前記タービンボリュート（３０）と流体的に連通するようこれと選択的に連結可能であることを特徴とする請求項２１記載の複合サイクルエンジン（１０）。
【請求項２３】
圧縮機（１９）と、タービン部（１６，２０）と、前記タービン部（１６，２０）に入力を提供するとともに該タービン部と協働して軸馬力を提供する少なくとも１つのサイクル・トッピング装置（１２）と、ガスタービンエンジン補機と、を含み、前記少なくとも１つのサイクル・トッピング装置が、前記ガスタービンエンジン補機を駆動していることを特徴とする複合サイクルエンジン（１０）。
【請求項２４】
前記ガスタービンエンジン補機は、燃料ポンプ、滑油ポンプ、始動機、負荷圧縮機、回転速度計、および発電機からなる群から選択されることを特徴とする請求項２３記載の複合サイクルエンジン（１０）。
【国際調査報告】
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