(57)【要約】      （修正有）【課題】軽量で高効率なガスジェネレータを提供する。【解決手段】  軸流容積式エンジンは、出口の上流に離隔配置された入口を有する。内側および外側本体は、コアアセンブリの、流れに沿って連なる第１、第２、および第３の区画を通って入口から出口まで延在するオフセットした内側および外側軸を有する。両本体の少なくとも１つは、その軸周りに回転可能である。内側および外側本体が、内側および外側軸周りにそれぞれ巻かれた、噛合する内側および外側螺旋ブレードを有する。内側および外側螺旋ブレードは、それぞれ半径方向外向きおよび内向きに延出する。両螺旋ブレードは、第１、第２、および第３の捩れスロープをそれぞれ第１、第２、および第３の区画に有する。第１の捩れスロープは、第２の捩れスロープより小さく、第３の捩れスロープは、第２の捩れスロープより小さい。燃焼区画が、第２の区画の少なくとも一部に、流れに沿って軸方向に延在する。【選択図】図３
2007170374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出口（２２）の上流に軸方向に離隔配置された入口（２０）と、
外側本体（１４）内に配置された内側本体（１２）を備えるコアアセンブリ（１５）であって、前記内側および外側本体（１２、１４）が入口（２０）から出口（２２）まで延在するコアアセンブリ（１５）と
を備え、
前記内側および外側本体（１２、１４）が、オフセットされた内側および外側軸（１６、１８）をそれぞれ有し、
前記内側および外側本体（１２、１４）の少なくとも１つが、対応する少なくとも１つの内側および外側軸（１６、１８）の周りに回転可能であり、
前記内側および外側本体（１２、１４）が、前記内側および外側軸（１６、１８）周りにそれぞれ巻かれた、噛合する内側および外側螺旋ブレード（１７、２７）を有し、
前記内側および外側螺旋ブレード（１７、２７）が、それぞれ半径方向外向きおよび内向きに延出し、
前記コアアセンブリ（１５）が、流れに沿って連続して前記入口（２０）と出口（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、第１、第２、および第３の区画（２４、２６、２８）それぞれに、第１、第２、および第３の捩れスロープ（３４、３６、３８）を有し、
前記第１の捩れスロープ（３４）は、前記第２の捩れスロープ（３６）より小さく、前記第３の捩れスロープ（３８）は、前記第２の捩れスロープ（３６）より小さく、
さらに、
前記第２の区画（２６）の少なくとも一部に、流れに沿って軸方向に延在する燃焼区画（４０）を
備える軸流容積式機械（８）。
【請求項２】
機械の作動中、充填空気（５０）を前記第１の区間（２４）中に捕捉するのに十分な巻き（４３）数を有する前記螺旋ブレード（１７）を前記第１の区間（２４）にさらに備える、請求項１記載の機械（８）。
【請求項３】
充填空気（５０）を機械的に捕捉し、または充填空気（５０）を動的に捕捉するのに十分な巻き（４３）数をさらに備える、請求項２記載の機械（８）。
【請求項４】
前記外側軸（１８）周りに回転可能な前記外側本体（１４）および前記内側軸（１６）周りに回転可能な前記内側本体（１２）をさらに備える、請求項１記載の機械（８）。
【請求項５】
一定のギャー比で歯車結合された前記内側および外側本体（１２、１４）をさらに備える、請求項３記載の機械（８）。
【請求項６】
前記外側軸（１８）周りに回転可能に固定された前記外側本体（１４）および前記外側軸（１８）周りに周回する前記内側本体（１２）をさらに備える、請求項１記載の機械（８）。
【請求項７】
仕事を生成する関係において動力消費装置に接続されたガスジェネレータ（１０）であって、
出口（２２）の上流に軸方向に離隔配置された入口（２０）を有するガスジェネレータ（１０）と、
外側本体（１４）内に配置された内側本体（１２）を備えるコアアセンブリ（１５）であって、前記内側および外側本体（１２、１４）が前記入口（２０）から出口（２２）まで延在するコアアセンブリ（１５）と
を備え、
前記内側および外側本体（１２、１４）が、オフセットされた内側および外側軸（１６、１８）をそれぞれ有し、
前記内側および外側本体（１２、１４）の少なくとも１つが、対応する少なくとも１つの前記内側および外側軸（１６、１８）の周りに回転可能であり、
前記内側および外側本体（１２、１４）が、前記内側および外側軸（１６、１８）周りにそれぞれ巻かれた、噛合する内側および外側螺旋ブレード（１７、２７）を有し、
前記内側および外側螺旋ブレード（１７、２７）が、それぞれ半径方向外向きおよび内向きに延出し、
前記コアアセンブリ（１５）が、流れに沿って連続して前記入口（２０）と出口（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、第１、第２、および第３の捩れスロープ（３４、３６、３８）をそれぞれ第１、第２、および第３の区画（２４、２６、２８）に有し、
前記第１の捩れスロープ（３４）は、前記第２の捩れスロープ（３６）より小さく、前記第３の捩れスロープ（３８）は、前記第２の捩れスロープ（３６）より小さく、
さらに
前記第２の区画（２６）の少なくとも一部に、流れに沿って軸方向に延在する燃焼区画（４０）
を備えるガスタービンエンジン（１００）。
【請求項８】
ガスジェネレータ（１０）をその下流に有するファン部（１１２）およびコアエンジン（１１８）と、
前記ガスジェネレータ（１０）の下流にある、少なくとも１列のタービン回転翼（１２２）を有するタービン（１２０）であって、
シャフト（１３２）によって、前記ファン部（１１２）の、円周上に離隔配置された少なくとも１列のファン回転翼（１３０）に駆動的に接続され、
前記ガスジェネレータ（１０）が、出口（２２）の上流に軸方向に離隔配置された入口（２０）を有する
タービン（１２０）と、
外側本体（１４）内に配置された内側本体（１２）を備えるコアアセンブリ（１５）であって、前記内側および外側本体（１２、１４）が前記入口（２０）から出口（２２）まで延在するコアアセンブリ（１５）と
を備え、
前記内側および外側本体（１２、１４）が、オフセットされた内側および外側軸（１６、１８）をそれぞれ有し、
前記内側および外側本体（１２、１４）の少なくとも１つが、対応する少なくとも１つの前記内側および外側軸（１６、１８）の周りに回転可能であり、
前記内側および外側本体（１２、１４）が、前記内側および外側軸（１６、１８）周りにそれぞれ巻かれた、噛合する内側および外側螺旋ブレード（１７、２７）を有し、
前記内側および外側螺旋ブレード（１７、２７）が、それぞれ半径方向外向きおよび内向きに延出し、
前記コアアセンブリ（１５）が、流れに沿って連続して前記入口（２０）と出口（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、第１、第２、および第３の捩れスロープ（３４、３６、３８）をそれぞれ第１、第２、および第３の区画（２４、２６、２８）に有し、
前記第１の捩れスロープ（３４）は、前記第２の捩れスロープ（３６）より小さく、前記第３の捩れスロープ（３８）は、前記第２の捩れスロープ（３６）より小さく、
さらに、
前記第２の区画（２６）の少なくとも一部に、流れに沿って軸方向に延在する燃焼区画（４０）を
を備える航空機用ガスタービンエンジン（１００）。
【請求項９】
エンジンの作動中、充填空気（５０）を前記第１の区間（２４）中に捕捉するのに十分な巻き（４３）数を有する前記螺旋ブレード（１７）を前記第１の区間（２４）にさらに備える、請求項８記載の航空機用ガスタービンエンジン（１００）。
【請求項１０】
ガスジェネレータ（１０）をその下流に有するファン部（１１２）およびコアエンジン（１１８）と、
前記ガスジェネレータ（１０）の下流にある、少なくとも１列のタービン回転翼（１２２）を有するタービン（１２０）であって、
シャフト（１３２）によって、前記ファン部（１１２）の、円周上に離隔配置された少なくとも１列のファン回転翼（１３０）に駆動的に接続され、
前記ガスジェネレータ（１０）が、出口（２２）の上流に軸方向に離隔配置された入口（２０）を有する
タービン（１２０）と、
外側本体（１４）内に配置された内側本体（１２）を備えるコアアセンブリ（１５）であって、前記内側および外側本体（１２、１４）が前記入口（２０）から出口（２２）まで延在するコアアセンブリ（１５）と
を備え、
前記内側および外側本体（１２、１４）が、オフセットされた内側および外側軸（１６、１８）をそれぞれ有し、
前記内側および外側本体（１２、１４）は、前記内側および外側軸（１６、１８）周りにそれぞれ回転可能であり、
前記内側および外側本体（１２、１４）が、前記内側および外側軸（１６、１８）周りにそれぞれ巻かれた、噛合する内側および外側螺旋ブレード（１７、２７）を有し、
前記内側および外側螺旋ブレード（１７、２７）が、それぞれ半径方向外向きおよび内向きに延出し、
前記コアアセンブリ（１５）が、流れに沿って連続して前記入口（２０）と出口（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、第１、第２、および第３の捩れスロープ（３４、３６、３８）をそれぞれ第１、第２、および第３の区画（２４、２６、２８）に有し、
前記第１の捩れスロープ（３４）は、前記第２の捩れスロープ（３６）より小さく、前記第３の捩れスロープ（３８）は、前記第２の捩れスロープ（３６）より小さく、
さらに、
前記第２の区画（２６）の少なくとも一部に、流れに沿って軸方向に延在する燃焼区画（４０）
を備える航空機用ガスタービンエンジン（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ターボ機械およびガスジェネレータに関し、より詳細には、軸流容積式ガスジェネレータ、ならびにウォームおよびスクリュー式の圧縮機およびタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスジェネレータは、ターボファンおよび他のガスタービンエンジン用のコアエンジンなど、ガスタービンエンジン内に使用され、流れに沿って圧縮機部、燃焼部、およびタービン部を有する。ガスジェネレータの役割は、高エネルギーの流体を供給することにあり、次いでその流体が様々な用途にパワーを与えるのに利用される。軸流ガスジェネレータは、多くのターボ機械用途に特に有用である。ターボ機械に基づくガスジェネレータは、広範囲な用途に利用され、それは、高比エネルギー排出流（単位質量当たりのエネルギー）、所与の前面面積に対する高質量流量比、連続的でほぼ定常な流体流れ、広範囲な作動条件をカバーする適度な熱効率などの一連の望ましい特性に依るところが大きい。
【特許文献１】米国特許出願第２００４／０００５２３５号
【特許文献２】米国特許出願第２００５／００８９４１４号
【特許文献３】米国特許出願第２００５／０１６９７８９号
【特許文献４】米国特許出願第２００５／０２２３７３４号
【特許文献５】米国特許出願第２００５／０２２６７５８号
【特許文献６】米国特許第４１４４００１号
【特許文献７】米国特許第４１７９２５０号
【特許文献８】米国特許第４５００２５９号
【特許文献９】米国特許第４８０２８２７号
【特許文献１０】米国特許第４８６３３５７号
【特許文献１１】米国特許第５０１７０８７号
【特許文献１２】米国特許第５１９５８８２号
【特許文献１３】米国特許第５６０５１２４号
【特許文献１４】米国特許第５９６０７１１号
【特許文献１５】米国特許第６１５５８０７号
【特許文献１６】米国特許第６２１７３０４号
【特許文献１７】米国特許第６３３２２７１号
【特許文献１８】米国特許第６６５１４３３号
【特許文献１９】米国特許第６７０５８４９号
【特許文献２０】米国特許第６９０５３１９号
【特許文献２１】米国再発行特許第３０４００号
【特許文献２２】欧州特許第３０２８７７号
【特許文献２３】欧州特許第６２７０４１号
【特許文献２４】欧州特許第８０５７４３号
【特許文献２５】欧州特許出願第１１３２６１８号
【特許文献２６】欧州特許出願第１５００８１９号
【非特許文献１】"Quindos - Screw Compressor", Measurement of Screw Rotors on Leitz Coordinate Measuring Machines, Leitz, M41-155-QNT-001, www.leitz-metrology.com, 1 page.
【非特許文献２】"CASHFLO for Compressed Air", The History Of Screw Compressors, Cashflo Limited, Test, 10/29/2005, http://www.cashflo.co.uk/Screw.html, 2 pages.
【非特許文献３】"SITIS Archives - Topic Details", Archives Topic List, SBIR/STTR Interactive Topic Information System (SITIS), http://www.dodsbir.net/sitis/archives_display_topic.asp ?Bookmark=27896, 10/27/2005, 3 pages.
【非特許文献４】"Prospects For Energy Conversion Efficiency Improvements By The Use Of Twin Screw Two-Phase Expanders, I K Smith, and N Stosic, Centre for Positive Displacement Compressor Technology, School of Engineering, City University, London, EC1V 0HB, U.K., 8 pages.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ガスタービン製造業者の目標は、軽量で高効率なガスジェネレータを得ることである。別の目標は、ガスジェネレータの部品をできるだけ少なくして、ガスジェネレータを製造、据付、改装、オーバーホール、および交換する費用を低減することである。したがって、これらの特性全てを改善したガスジェネレータを得ることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
容積式軸流ガスジェネレータなどの軸流容積式エンジンが、出口の上流に軸方向に離隔して配置された入口を有する。オフセットされた内側および外側軸をそれぞれ有する内側および外側本体が、入口から出口まで延在する。本体のいずれか、または両方を回転可能にすることができる。ジェネレータの一実施形態では、内側本体が、外側本体内で、内側軸周りに回転可能である。外側本体は、外側軸周りに回転可能に固定する、または回転可能にすることができる。内側および外側本体は、内側および外側軸周りにそれぞれ巻かれた互いに噛合する内側および外側螺旋ブレードを有する。内側および外側螺旋ブレードは、それぞれ半径方向外向きおよび内向きに延出する。
【０００５】
螺旋ブレードは、第１、第２、および第３の捩れスロープを、それぞれ第１、第２、および第３の区画に有する。捩れスロープは、軸に沿った単位距離当たりの、螺旋要素の断面の回転量として定義される。第１の捩れスロープは、第２の捩れスロープより小さく、第３の捩れスロープは、第２の捩れスロープより小さい。燃焼区画が、第１の区画の端から第２の区画の少なくとも一部に、軸方向に流れに沿って延在する。第２の区画では、定積燃焼が行われる。
【０００６】
第１の区画の螺旋ブレードは、ジェネレータの作動中、充填空気を第１の区画中に捕捉するのに十分な巻き数を有する。ガスジェネレータの一実施形態では、第１の区間の巻き数は、充填空気を機械的に捕捉するのに十分である。ガスジェネレータの別の実施形態では、巻き数は、充填空気を動的に捕捉するのに十分である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１に示されているのは、ここではガスタービンエンジン１００に適用されたウォームガスジェネレータ１０として示されている軸流容積式ウォームエンジン８の例示的実施形態である。ガスタービンエンジン１００では、ガスジェネレータ１０は、エンジン１００のファン部のファン１０８を駆動する仕事を生成するタービンを作動させるのに使用される。ガスジェネレータ１０は、船舶の推進駆動部および発電機、あるいは航空機のノズルまたはファンなどの動力消費装置を直接駆動するのに使用することもできる。図１に示された例示的実施形態のガスタービンエンジン１００は、ガスジェネレータ１０を備えるコアエンジン１１８をファン部１１２の下流に有する航空機用ガスタービンエンジンである。燃焼ガスが、ガスジェネレータ１０から、低圧タービン回転翼１２２列を有する低圧タービン（ＬＰＴ）１２０中に排出される。低圧タービン回転翼１２２は、低圧シャフト１３２によって、ファン部１１２中のファン１０８の、円周上に離隔配置されたファン回転翼１３０の列に駆動的に接続され、それにより、エンジン中心線１３６周りに低圧スプール１３４を形成する。ガスジェネレータ１０は、それに限定はされないが、陸上産業用ガスタービンエンジンおよび舶用ガスタービンエンジンを含む他の用途に使用することができる。
【０００８】
図２〜５を参照すると、ガスジェネレータ１０は、入口２０から出口２２まで延在する内側本体および外側本体１２、１４を有するコアアセンブリ１５を備える。内側本体１２は、外側本体１４の空洞１９内に配設されている。内側本体１２および外側本体１４は、それぞれ内側軸１６および外側軸１８を備える。コアアセンブリ１５は、第１、第２、および第３の区画２４、２６、２８を連続的に流れに沿って有する。燃焼区画４０が、第２の区画の少なくとも一部に軸方向に流れに沿って延在する。ここに示されるように、燃焼区画４０は、第１のセクション２４の端から第２のセクション２６全体を通して軸方向に流れに沿って延在する。コアアセンブリ１５は、入口２０および出口２２を通る連続流れを有する。
【０００９】
個々の充填空気５０が第１のセクション２４によって取り込まれる。充填空気５０の圧縮は、充填空気５０を第１のセクション２４から第２のセクション２６へ通過させながら行われる。すなわち、充填空気５０全体は、第１および第２のセクション２４および２６それぞれの両方にある間に圧縮される。燃焼は、充填空気５０全体が第１のセクション２４を通過し終わって第２のセクション２６に入った後に第２のセクション２６内で開始され、第２のセクション２６内での燃焼は、定積燃焼である。第３のセクション２８は膨張セクションであり、すなわち、燃焼された充填空気５０からエネルギーを取り出して、第１および第２のセクション２４、２６それぞれに動力を供給する。充填空気５０の膨張は、充填空気５０を第２のセクション２６から第３のセクション２８へ通過させながら行われる。すなわち、充填空気５０全体は、第２および第３のセクション２６および２８の両方にある間に膨張する。
【００１０】
本体のいずれか、または両方が回転可能であり得、両本体が回転可能な場合、それらは、時計方向または反時計方向の同じ円周方向に、固定関係で定ま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な場合は、他方の本体は固定されている。ジェネレータの一実施形態では、内側本体１２は、外側本体１４内で内側軸１６周りに回転可能であり、外側本体１４は、外側軸１８の周りに回転可能に固定され又は回転可能である。
【００１１】
内側および外側本体１２、１４は、内側および外側軸１６、１８周りにそれぞれ巻かれた互いに噛合する内側および外側螺旋要素を有する。両要素は、内側および外側螺旋面２１および２３を有する内側および外側ブレード１７および２７である。術語ウォームが使用されるのは、それが、ウォームまたはスクリュー式圧縮機を記述するのに通常使用され、内側および外側軸１６、１８周りに巻かれた螺旋要素を叙述しているためである。内側螺旋ブレード１７は、内側本体１２の中空内側ハブ５１から半径方向外向きに延び、外側螺旋ブレード２７は、外側本体１４の外殻５３から半径方向内向きに延びる。内側螺旋ブレード１７に沿った内側螺旋縁４７は、外側螺旋ブレード２７の外側螺旋面２３に、互いに相対回転しながら、封止的に係合する。外側螺旋ブレード２７に沿った外側螺旋縁４８は、内側螺旋ブレード１７の内側螺旋面２１に、互いに相対回転しながら、封止的に係合する。
【００１２】
図４に示されているのは、内側および外側本体１２、１４の長手方向断面である。図６に、内側および外側本体１２、１４が、軸方向断面で示されている。ここでは、内側本体１２は、２つの螺旋ブレード１７に対応し、内側本体断面６９をラグビーボールまたは尖った楕円形にする２つの内側ローブ６０を有するものとして示されている。外側本体１４は、３つの外側螺旋ブレード２７（図３および４に示す）に対応する３つの外側本体ローブ６４を有する。内側本体１２と外側本体１４との間に３つのシール点６２が図６に示されているが、内側および外側本体１２、１４の長手方向に沿って内側螺旋ブレード１７と外側螺旋ブレード２７との間には連続したシールが存在することに留意されたい。
【００１３】
内側および外側本体１２、１４の別の構成が、図７〜１０に断面で示されている。そこでは、内側本体１２は、内側螺旋ブレード１７に対応し、内側本体の断面６８を図７に示すような三角形にする３つの内側本体ローブ６０を有するものとして示されている。外側本体１４は、２つの外側螺旋ブレード２７に対応する２つの外側本体ローブ６４を有する。一般に、内側本体１２が、数Ｎのローブを有すれば、外側本体１４は、Ｎ＋１またはＮ−１のローブを有する。内側本体１２と外側本体１４との間に５つのシール点６２が図７に示されているが、内側および外側本体１２、１４の長手方向に沿って内側螺旋ブレード１７と外側螺旋ブレード２７との間には連続したシールが存在することに留意されたい。
【００１４】
図５を参照すると、螺旋要素は、一定の第１、第２、および第３の捩れスロープ３４、３６、３８をそれぞれ第１、第２、および第３の区画２４、２６、２８に有する。捩れスロープＡは、図５に示すように、内側軸１６などの軸に沿った単位距離当たりの、螺旋要素の断面４１（図６および７にそれぞれ示された楕円形または三角形の内側本体断面６９および６８など）の回転量として定義される。図５に示されているのは、内側本体断面４１の３６０度回転である。捩れスロープＡはまた、３６０度または２πを、図５に示された内側または外側螺旋ブレード１７または２７などの螺旋要素の同一の螺旋縁４７および４８に沿う隣接する２つの稜４４間の軸方向距離ＣＤで割った商である。軸方向距離ＣＤは、螺旋が完全に１巻き４３する距離である。
【００１５】
各区画の内側要素の捩れスロープＡは、外側要素の捩れスロープＡとは異なる。内側本体１２の捩れスロープＡに対する外側本体１４の捩れスロープＡの比は、外側本体１４の外側螺旋ブレード２７の数に対する内側本体１２の内側螺旋ブレード１７の数の比に等しい。第１の捩れスロープ３４は、第２の捩れスロープ３６より小さく、第３の捩れスロープ３８は、第２の捩れスロープ３６より小さい。螺旋要素を螺旋角度で表現して記述することもできる。螺旋要素は、第１、第２、および第３の区画２４、２６、２８の一定な第１、第２、および第３の捩れスロープ３４、３６、３８にそれぞれ対応する一定な第１、第２、および第３の螺旋角度を有する。これは、ねじをピッチおよびピッチ角度で表現して記述するのとよく似ている。
【００１６】
図３〜５を参照すると、第１の区画２４の内側螺旋ブレード１７は、ジェネレータの作動中、充填空気５０を第１の区間２４中に捕捉するのに十分な巻き４３数を有する。捕捉された充填空気５０は、下流で生成される高圧が充填空気を入口２０から逆流出させることがないように、容積式圧縮を行うことができる。ガスジェネレータの一実施形態では、第１の区間２４の巻き４３数は、充填空気５０を機械的に捕捉するのに十分である。ガスジェネレータ１０の別の実施形態では、第１の区間２４の巻き４３数は、充填空気５０を動的に捕捉するのに十分である。機械的に捕捉されているとは、充填空気５０が、充填空気５０の上流端５２で入口２０から封鎖され、第２の区間２６に入っていく前に充填空気５０の下流端５４で封鎖されることによって捕捉されていることを意味する。動的に捕捉されているとは、捕捉された充填空気の下流端５４は第２の区間２６に入り込めているが、充填空気の上流端５２はまだ完全には閉じられていないことを意味する。ただし、第２の区画からの圧力波が入口２０に移動する時間までに、両本体間の相対回転によって空気の捕捉充填空気５０が上流端５２で封鎖される。
【００１７】
外側本体１４が固定されている実施形態では、内側本体１２は外側軸１８に対してクランク関係になっており、その結果、内側本体が内側軸１６周りに回転すると、内側軸１６は、図７〜１０に示されるように外側軸１８の周りを周回する。内側本体１２が、図７の位置から図８の位置へ内側軸１６の周りを回転したところが示されており、内側軸１６は、外側軸１８の周りに約９０度周回したところが示されている。図１および４に示すギャーボックス８２中の歯車装置により、内側および外側本体１２、１４は互いに歯車結合されており、その結果、図示の通り常に一定の比率で互いに相対的に回転する。
【００１８】
図７の外側本体１４が固定されていない場合、外側本体は、内側本体１２が内側軸１６周りを回転する回転速度の１．５倍で外側軸１８の周りを回転する。内側本体１２は、周回速度７６を内側本体ローブの数で割った商に等しい内側本体回転速度７４で内側軸１６周りを回転する。内側ローブの数は、ブレードの数に等しい。内側本体１２が、その周回方向と同じ方向に回転する場合、２ローブ式の外側本体構成が用いられる。内側本体１２が、その周回方向と逆方向に回転する場合、４ローブ式の外側本体構成が用いられる。
【００１９】
外側本体１４の捩れスロープは、内側本体１２の捩れスロープに内側本体ローブの数Ｎを掛けて外側本体ローブの数Ｍで割った値に等しい。３つの内側ローブまたは内側螺旋ブレード１７を有し、２つの外側ローブまたは外側螺旋ブレード２７を有する図７〜１０に示された構成では、１回の充填空気５０を機械的に捕捉するために、外側本体１４が９００度の回転を行い、内側本体１２が６００度の回転を行う。第１の区画２４から第２の区画２６に移行するとき、内側本体の捩れスロープはかなり増加する。この軸方向位置は、図２に示すように圧縮面と呼ばれる。燃焼は、充填空気５０の上流端が圧縮面を横切ったとき、第２の区画２６中で開始される。各充填空気は、個々に燃焼され、第２の区画２６を通じて内側および外側本体の捩れスロープが一定に留まるので、第２の区画２６内では定積燃焼が行われる。図１１を図２と比較することによって、特に、１回の充填空気５０を捕捉するのに必要な外側本体１４の回転角度と内側本体１２の回転角度、ならびに第１、第２、および第３の区画２４、２６、および２８の捩れスロープの差に関し、２つの内側本体ローブ６０（２つの螺旋ブレード１７）を有する内側本体および外側本体１２、１４の実施形態との比較をさらに行うことができる。
【００２０】
図２〜４を参照すると、第２の区画２６での定積燃焼に続いて、充填空気または作動流体は、第３の区画２８で等エントロピに近い膨張過程をたどり、第３の区画２８から仕事が取り出される。高温高圧の充填空気の前縁が膨張面を横切った後は、充填空気５０の体積は膨張し、軸方向に伸長し始める。この膨張により、流体からエネルギーが取り出され、第１および第２の区画２４、２６を駆動し、ガス発生プロセスを維持するのに必要な仕事が供給される。膨張後、流体は、最初の状態に対してかなり高い温度および圧力で、後面を横切って下流のプレナム中に排出される。
【００２１】
図１２は、ウォームコアサイクル対ブレイトンサイクルと名付けた、ウォームエンジン８のサイクルの温度−エントロピ線図（Ｔ−Ｓ線図）を示す。ウォームコアサイクルは、サイクルの圧縮段階にＷｃｍｐと称する圧縮のための仕事を加える。ウォームコアサイクルは、サイクルの定積燃焼段階２６にＷｃｍｂと称する仕事を加え、Ｑｃｍｂと称する燃焼のための熱を加える。ウォームコアサイクルは、サイクルの膨張段階中にＷｔｍｂと称する仕事を断熱的に取り出す。本図に示されたウォームコアサイクルエンジンの例示的実施形態では、第３の区画２８がエンジン８のタービンとして働き、第１および第２の区画２４、２６に仕事を供給する。
【００２２】
図１２に示されるように、ウォームコアサイクルエンジンの正味仕事はＷＣであり、ブレイトンサイクルの正味仕事はＷＢである。本図に示したウォームサイクルおよびブレイトンサイクルの正味仕事は、図１２の圧力一定ラインで示されるエンジン８の入口圧力を基準にしている。本図に示されたウォームサイクルはまた、第２の区画２６全体を通して行われる燃焼を含む。容積式エンジンまたはガスジェネレータに関するこのサイクルは、正味仕事および熱効率の点でブレイトンサイクルエンジンよりかなり優れた性能を発揮する。ブレイトンサイクルよりも正味仕事を増加することができることによって、より小さなエンジンまたはガスジェネレータで同じ動力要求を満足することができることになり、重量および大きさに敏感な用途に対して組み合わせると特に魅力的になる。
【００２３】
本明細書には、本発明の好ましく例示的な実施形態と考えられるものを記述してきたが、本明細書の教示から、本発明の他の変更形態が当業者にとって明らかであり、したがって、そのような変更形態は全て本発明の真の精神および範囲内に包含されるものとして添付特許請求の範囲で保証されることが望ましい。したがって、本特許で保証されることが望まれるのは、添付請求の範囲で定義され弁別された本発明である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】容積式軸流ガスジェネレータを有する例示的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に示す容積式ガスジェネレータの断面線図である。
【図３】図２に示すガスジェネレータの内側および外側本体の螺旋部分の部分切欠透視線図である。
【図４】図３に示すガスジェネレータの内側本体と外側本体との間の歯車装置の断面線図である。
【図５】図３に示すガスジェネレータの内側および外側本体の螺旋部分の切欠透視線図である。
【図６】図４の６−６に沿った内側および外側本体の断面線図である。
【図７】別の内側および外側本体構成の断面線図であり、内側本体がある相対角度位置にある状態を示している。
【図８】別の内側および外側本体構成の断面線図であり、内側本体が別の相対角度位置にある状態を示している。
【図９】別の内側および外側本体構成の断面線図であり、内側本体が更に別の相対角度位置にある状態を示している。
【図１０】別の内側および外側本体構成の断面線図であり、内側本体が更に別の相対角度位置にある状態を示している。
【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ジェネレータの断面線図である。
【図１２】図２に示すガスジェネレータのサイクルを示すＴＳ温度−エントロピ線図である。
【符号の説明】
【００２５】
８  軸流容積式エンジン
１０  ガスジェネレータ
１２  内側本体
１４  外側本体
１５  コアアセンブリ
１６  内側軸
１７  内側螺旋ブレード
１８  外側軸
１９  空洞
２０  入口
２１  内側螺旋面
２２  出口
２３  外側螺旋面
２４  第１の区間
２６  第２の区間
２７  外側螺旋ブレード
２８  第３の区間
３４  第１の捩れスロープ
３６  第２の捩れスロープ
３８  第３の捩れスロープ
４０  燃焼区画
４１  断面
４２  膨張−燃焼部分
４３  巻き
４４  隣接する２つの稜
４７  内側螺旋縁
４８  外側螺旋縁
５０  充填空気
５１  内側ハブ
５２  上流端
５３  外殻
５４  下流端
６０  内側本体ローブ
６２  シール点
６４  外側本体ローブ
６８  三角形の内側本体断面
６９  楕円形の内側本体断面
７４  回転速度
７６  周回速度
８２  ギャーボックス
１００  ガスタービンエンジン
１０８  ファン
１１２  ファン部
１１８  コアエンジン
１２０  低圧タービン（ＬＰＴ）
１２２  低圧タービン回転翼
１３０  ファン回転翼
１３２  低圧シャフト
１３４  低圧スプール
１３６  エンジン中心線
Ａ−捩れスロープ
Ｗ−回転
Ｘ−軸
Ｚ−距離
ＣＤ−軸方向距離
【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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