(57)【要約】【課題】従来技術の実施形態に関する上述の問題を克服する航空機用タービンエンジンの吸気コーンの除氷システムを提案することにある。【解決手段】本発明は、航空機のタービンエンジンの吸気コーン（４）の除氷のためのシステム（２）であって、タービンエンジンの吸気コーンへと高温の空気を届けるべくタービンエンジンの吸気コーンに装備されるように意図された空気拡散手段（１８）を含むシステムに関する。本発明によれば、システム（２）が、タービンエンジンの少なくとも１つの軸受囲いから加圧空気を取り出すための回路（２０）をさらに含み、この回路が、空気拡散手段に高温の空気を供給できるよう、空気拡散手段と連通している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機のタービンエンジンの吸気コーンの除氷のためのシステムであって、タービンエンジンの吸気コーンへと高温の空気を届けるべくタービンエンジンの吸気コーンに装備されるように意図された空気拡散手段を含むとともに、タービンエンジンの少なくとも１つの軸受囲いから加圧空気を取り出すための回路をさらに含み、前記回路が、前記空気拡散手段に高温の空気を供給できるよう前記空気拡散手段と連通している、除氷システム。
【請求項２】
タービンエンジンの少なくとも１つの軸受囲いから加圧空気を取り出すための前記回路が、タービンエンジンの駆動軸システムの内側に少なくとも一部分が位置している主空気ダクトを含み、前記主空気ダクトが、このタービンエンジンの長手軸に平行に向けられている、請求項１に記載の除氷システム。
【請求項３】
前記主空気ダクトが、タービンエンジンの長手軸上に中心を有する、請求項２に記載の除氷システム。
【請求項４】
前記主空気ダクトが、タービンエンジンの吸気コーンに装備されるように意図された前記空気拡散手段に連通する上流端と、閉じられている下流端とを有する、請求項２または３に記載の除氷システム。
【請求項５】
前記主空気ダクトが、おおむね円形かつ全長にわたって一様な断面を有する、請求項２から４のいずれか一項に記載の除氷システム。
【請求項６】
タービンエンジンの少なくとも１つの軸受囲いから加圧空気を取り出すための前記回路が、タービンエンジンの前部軸受囲いおよび後部軸受囲いと連通している、請求項２から５のいずれか一項に記載の除氷システム。
【請求項７】
加圧空気を取り出すための前記回路が、前記前部および後部軸受囲いの各々に装備される少なくとも１つの油除去システムを含み、各々の油除去システムが、取り出し回路の前記主空気ダクトと連通している、請求項６に記載の除氷システム。
【請求項８】
前記空気拡散手段が、空気搬送ダクトを含み、空気搬送ダクトの下流端が、加圧空気を取り出すための回路に接続され、空気搬送ダクトの上流端が、二次コーンの頂点の領域に位置しており、二次コーンは、前記タービンエンジンの吸気コーンと協働して高温の空気を通過させるように意図された除氷空間を画定するように意図されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の除氷システム。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の除氷システムをさらに含む、航空機のタービンエンジン。
【請求項１０】
航空機のタービンエンジンの吸気コーンの除氷方法であって、タービンエンジンの吸気コーンに装備された空気拡散手段へと高温の空気を供給するため、タービンエンジンの少なくとも１つの軸受囲いから加圧空気を取り出すための回路からの高温の空気を使用する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、ターボジェットエンジンまたはターボプロップエンジンなどの航空機用タービンエンジンの吸気コーンの除氷のためのシステムに関する。
【０００２】
さらに、本発明は、そのような吸気コーン除氷システムを備えるタービンエンジン、および航空機用タービンエンジンの吸気コーンの除氷方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
タービンエンジンの吸気コーンの除氷のためのシステムが、従来技術に開示されており、その設計は、一般的には、特に空気が後にコーンの除氷機能を実行できるように充分に高温である高圧コンプレッサの中段または出口から、空気流を取り出すことに依存している。この点に関し、この空気流の取り出しを低圧コンプレッサの出口において行うことが、タービンエンジンのこの部位において空気が少量のエネルギーしか有さないために、通常は不可能である点に留意されたい。
【０００４】
除氷システムは、ダクト、１つ以上の封止システム、あるいは除氷用の空気流の流量を調節するためのバルブなど、この空気流の取り出しに特有の要素を取り入れる必要があると考えられる。
【特許文献１】仏国特許出願公開第１０９０７３３号明細書
【特許文献２】仏国特許出願公開第２６２１５５４号明細書
【特許文献３】仏国特許出願公開第１１１９８４４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
当然ながら、吸気コーンの除氷を可能にすべく特有に追加されるこれらの要素は、製造コストおよび付随の質量という点で、きわめて不利である。
【０００６】
さらには、特に高圧コンプレッサの中段または出口から空気流を取り出すことで、タービンエンジンの全体性能にかなりの程度の不利な影響がある点を、強調しておく必要がある。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、従来技術の実施形態に関する上述の問題を克服する航空機用タービンエンジンの吸気コーンの除氷システムを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これを達成するため、本発明の１つの対象は、航空機のタービンエンジンの吸気コーンの除氷のためのシステムであって、タービンエンジンの吸気コーンへと高温の空気を届けるべくタービンエンジンの吸気コーンに装備されるように意図された空気拡散手段を含むシステムである。本発明によれば、このシステムが、タービンエンジンの少なくとも１つの軸受囲いから加圧空気を取り出すための回路をさらに含み、この回路が、空気拡散手段に高温の空気を供給することができるよう、空気拡散手段と連通している。
【０００９】
さらに、本発明のもう１つの対象は、上述のような除氷システムを含む航空機用のタービンエンジンである。
【００１０】
さらに、本発明のもう１つの対象は、航空機のタービンエンジンの吸気コーンの除氷方法に関する。本方法においては、タービンエンジンの吸気コーンに装備された空気拡散手段へと高温の空気を供給するため、タービンエンジンの少なくとも１つの軸受囲いから加圧空気を取り出すための回路からの高温の空気が使用される。
【００１１】
すなわち、本発明の特別な特徴は、タービンエンジンの軸受囲いを加圧するために使用されている空気を再循環させることにあり、すなわち、この軸受囲いを出る油を含まない高温の空気を、このタービンエンジンの吸気コーンを除氷するために使用することにある。結果として、軸受囲いの内側に位置する転がり軸受において熱が放散されることに起因する熱エネルギーが、この熱エネルギーが空気へと直接伝達されて、空気が吸気コーンの除氷のために優に充分であるエネルギーのレベルを達成できる点に鑑み、好都合に利用されている。このような熱エネルギーの有益な利用は、軸受囲いを出る油を含まない空気がタービンエンジンの駆動軸システムによって下流方向に直接取り除かれる、従来技術の実施形態において直面される最適化の欠如と対照的である。
【００１２】
さらには、上述した従来技術において見られる特有の空気流の回路を、当然ながらもはや維持する必要がないため、今やタービンエンジンの設計を、目に見えて簡略化することが可能である。実際、今や吸気コーンの除氷を目的とする空気流が、軸受囲いを加圧するための専用の空気流と同じであるため、ダクト、封止システム、あるいは調節バルブのような要素をなくすことが可能である。この特別な特徴が、好都合なことに、タービンエンジンの製造コストおよび総質量に関して、削減の達成を可能にしている。
【００１３】
さらには、軸受囲いを加圧するために使用されている空気を再循環させることで、軸受囲いを加圧するために必要とされるよりも多くの空気を流す必要がもはやないため、燃料消費の低減がもたらされ、したがってタービンエンジンの全体性能の向上がもたらされる。この点に関し、本発明において実行される再循環が、共通の空気流を必ずしも空気の取り出しがはるかに不利益であることが分かっている高圧コンプレッサの中段または出口からではなく、低圧コンプレッサの出口から取り出すことができる場合に、よりいっそう好都合であることに留意されたい。
【００１４】
ここに採用された設計によれば、氷結条件の外であっても、タービンエンジンの出力を低下させることなく、吸気コーンを恒久的に除氷することができる。したがって、再循環される空気を、吸気コーンに装備されるように意図された空気拡散手段へと導入する前に専用の調節バルブに通す必要がなく、すなわち除氷の信頼性が好都合に向上する。
【００１５】
選択肢として、タービンエンジンの少なくとも１つの軸受囲いから加圧空気を取り出すための回路は、タービンエンジンの駆動軸システムの内側に少なくとも一部分が位置している主空気ダクトを含み、この主空気ダクトが、このタービンエンジンの長手軸に平行に向けられ、好ましくはこの長手軸上に中心を有する。この主空気ダクトの少なくとも一部分を、駆動軸システムに従来から取り付けられているダクトで構成することができ、このダクトは、「中央通気孔」または軸受囲いの排気ダクトとして知られている。しかしながら、このダクトを、同様に、駆動軸システムの中空部分の全てまたは一部で構成することができ、さらに詳しくは、一般的に上述の「中央通気孔」を収容するために使用されている最も内側の低圧軸の中空部分の全てまたは一部で構成することができる。
【００１６】
選択肢として、主空気ダクトは、タービンエンジンの吸気コーンに装備されるように意図された上記空気拡散手段に連通する上流端と、好ましくは駆動軸システムの低圧駆動軸の下流端の付近に位置する閉じられている下流端とを有する。
【００１７】
やはり選択肢として、主空気ダクト内の上流方向に満足できる高温空気の流れを可能にするため、主空気ダクトが、おおむね円形かつ全長にわたって一様な断面を有する。
【００１８】
選択肢として、タービンエンジンの少なくとも１つの軸受囲いから加圧空気を取り出すための回路が、タービンエンジンの前部軸受囲いおよび後部軸受囲いと連通している。当然ながら、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、少なくとも１つの軸受囲いから加圧空気を取り出すための回路を、上記２つの軸受囲いのうちの一方のみに連通させることも考えられる。
【００１９】
加圧空気を取り出すための回路は、好ましくは、前部および後部の軸受囲いの各々に装備される少なくとも１つの油除去システムを含み、各々の油除去システムが、取り出し回路の主空気ダクトと連通している。
【００２０】
最後に、例示のための例として、空気拡散手段が空気搬送ダクトを含み、空気搬送ダクトの下流端が、加圧空気を取り出すための回路に接続され、空気搬送ダクトの上流端が、二次コーンの頂点の領域に位置しており、二次コーンが、タービンエンジンの吸気コーンと協働して高温の空気を通過させるように意図された除氷空間を画定するように意図されている。しかしながら、当業者にとって知られており、吸気コーンへと適合させることができる任意の種類の空気拡散手段を、本発明の実施において使用することができることを、強調しておかなければならない。
【００２１】
本発明の他の利点および特徴が、本発明を限定するものではない以下の詳細な説明を通じて、明らかになるであろう。
【００２２】
この説明は、添付の図面を参照しつつ提示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
まず、本発明の好ましい実施形態による吸気コーン除氷システム２を備える航空機用タービンエンジン１について、その前部を示す図１を参照する。この点に関し、ターボジェットエンジンの形式であるタービンエンジン１が、それ自体、本発明の主題である点に留意されたい。
【００２４】
全体として、このタービンエンジン１の前部は、タービンエンジンを通って流れる空気の流れの全体的な方向（矢印６によって図式的に示されており、このタービンエンジンの長手軸７と平行である）の上流から下流へと、吸気コーン４、ファン８、低圧コンプレッサ１０、および高圧コンプレッサ１２を含む。
【００２５】
さらに、やはり当業者にとって知られているやり方で、タービンエンジンは、軸７を中心とする複数の同心軸を含み、タービンエンジンの回転要素の回転を可能にすることを主たる機能とする駆動軸システム１４を含む。この点に関し、駆動軸システム１４は、通常は、タービンエンジンの低圧コンプレッサ１０および低圧タービン（図１では見ることができない）につながっている低圧駆動軸１６を含む。この低圧駆動軸１６は、おおよそタービンエンジンの一端から他端まで延びており、通常は、軸システム１４の最も内側の軸を構成している。さらに、低圧駆動軸１６は、通常は中空であり、後述のとおり、本発明の１つの特有の特徴に従って、内側に除氷システム２の一部を収容できるようにしている。
【００２６】
具体的には、コーン４の除氷のためのシステム２が、全体的に見ると、吸気コーン４に備えられて吸気コーン４へと高温の空気を届けるように意図された空気拡散手段１８、およびタービンエンジンの少なくとも１つの軸受囲いから加圧空気を取り出すための回路２０を含み、この回路２０が、図１にはっきりと見て取れるように、手段１８の下流に位置して、手段１８と連通している。
【００２７】
この同じ図に示される例では、空気拡散手段１８が、軸７上に中心を有する空気搬送ダクト２４を含み、その下流端２４ａが、加圧空気を取り出すための回路２０に接続される一方で、上流端２４ｂは、コーン４の下流かつ内側に位置する二次コーン２６の頂点領域に位置している。二次コーン２６は、コーン４と協働して、高温空気を通過させる目的の除氷空間２８を画定するように意図されている。したがって、上流端２４ｂを通ってダクト２４から出る高温の空気は、図１に矢印３０で概略的に示されるように、この目的のために設けられた実質的に円錐形の除氷空間２８において下流かつ半径方向外向きに移動し、コーン４の下流端の付近に配置されたオリフィスを通ってタービンエンジンから運び去られる。
【００２８】
タービンエンジンの少なくとも１つの軸受囲いから加圧空気を取り出すための回路２０は、それ自体は、駆動軸システム１４内に位置する主空気ダクト３２を含む。この主空気ダクト３２は、長手軸７上に中心を有し、上流端３２ａを、空気拡散手段１８に属するダクト２４の下流端２４ａに接続して有する。
【００２９】
主空気ダクト３２は、好ましくはおおむね円形かつ全長にわたって一様な断面を有し、好ましくは低圧軸１６の下流側の端部（図１では見ることができない）まで延びている。さらに、主空気ダクト３２の大部分を、低圧軸１６に形成された長手方向の中空３４内に固定に取り付けられる「中央通気孔」として知られているダクトで構成することが考えられ、その断面が円形であって一様であるため、このダクトを使用する空気を妨げられることなく上流方向へと流すことができる。図３に最もはっきりと見て取れるように、主空気ダクト３２のわずかな後部のみが、「中央通気孔」ダクトの後方への延長に位置する軸１６の中空部３４で構成されており、「中央通気孔」ダクトの下流端３５が、事実上、ダクト３２の下流端３２ｂを塞ぐプラグ３６の上流に位置していることに留意されたい。さらに、プラグ３６が低圧軸１６の下流端１６ｂの付近に位置しており、この場合に、２つの端部１６ｂ、３２ｂが、実質的に一致していないにせよきわめて近接していると考えられる点に、注目すべきである。
【００３０】
次に、タービンエンジン１の前部を詳しく示す図２を参照すると、軸７上に中心を有しつつ方向６に互いにずらされているタービンエンジンの２つの前部軸受囲い２２ａ、２２ｂが示される。タービンエンジンの各々の軸受囲いは、当業者にとって知られているやり方で、少なくとも１つの軸転がり軸受システムを収容しており、ラビリンスシールまたは同様の形式の複数の空気／油封止システムによって閉じられている。
【００３１】
すなわち、最も上流の前部軸受囲い２２ａが、２つの軸転がり軸受システム４０、４２を取り入れてなり、一方を上流側の封止システム４４の付近に位置させ、他方をこの軸受囲いを閉じる下流側の封止システム４６の付近に位置させている。この囲い２２ａ内に存在する油が、これら同一の空気／油封止システム４４、４６を通って逃げ出すことがないようにするため、これら２つの封止システム４４、４６の各々において、空気の流れを囲い２２ａの内側に進入するように強制することが考えられる。説明のため、これらのシステム４４、４６へともたらされる空気は、通常は前部軸受囲い２２ａの加圧用空気として知られており、当業者にとって知られている従来のダクトによって封止システムまで運ばれる。
【００３２】
囲いの加圧用空気を、軸受囲い２２ａの上流側の封止システム４４へと運ぶため、矢印５０によって概略的に示される第１の空気流が取り出されるが、この空気流は、好ましくは低圧コンプレッサ１０の出口において取り出される。さらに、囲いの加圧用空気を、軸受囲い２２ａの下流側の封止システム４６へと運ぶため、矢印５２によって概略的に示される第２の空気流が取り出され、この空気流の一部５２ａが、図２にはっきりと見て取ることができるように、ラビリンス４６に向かって案内される。ここでもやはり、空気流５２は、好ましくは低圧コンプレッサ１０の出口において取り出される。
【００３３】
この点で、ここではさらに詳しい説明は省略するが、第２の空気流５２の他の部分５２ｂが、最も下流側の前部軸受囲い２２ｂの上流ラビリンス５４に向かって案内される点に留意されたい。
【００３４】
最後に、第２の空気流５２のさらに他の部分５２ｃが、図３に示される後部軸受囲い２２ｃに向かって導かれる。この目的のため、第２の空気流５２のこの部分５２ｃが、低圧軸１６と低圧軸１６を囲んでいる高圧軸５８との間に位置する環状の空間５６へと、下流方向に案内される。
【００３５】
さらに図２を参照すると、除氷システム２の一体部分を形成している加圧空気を取り出すための回路２０が、油除去システム６０を、環状の囲い２２ａの半径方向内側の部分に備え付けて含むことに着目できる。したがって、この囲い２２ａの内側に位置して、転がり軸受４０、４２の発する熱によって加熱された空気／油混合物が、混合物から油を濾し取って吸気コーン４に備えられた空気拡散手段１８へと供給することができる再循環の高温空気流６２をもたらすことを目的とする油除去システム６０によって、半径方向内側に運び去られる。実際、空気流５０、５２から由来して油除去システム６０の出口において得られる再循環の高温空気流６２は、ダクト３２を通ってダクト３２の唯一の開放端３２ａへと移動し、吸気コーン４に備えられた空気拡散手段１８へと達する。
【００３６】
次に、タービンエンジン１の後部を示す図３を参照すると、後部軸受囲い２２ｃが、２つの軸転がり軸受システム７１、７３を取り入れてなること、およびこの囲い２２ｃが、上流側の複数の封止システム６６、６８、７０および下流側の封止システム７２によって閉じられていることが示される。ここでもやはり、この囲い２２ｃ内に存在する油が、空気−油封止システムを通って逃げ出すことがないようにするため、これらの封止システムの各々において、空気の流れを囲い２２ｃの内側に進入するように強制することが考えられる。
【００３７】
囲いの加圧用空気を、軸受囲い２２ｃの封止システム６６、６８、７０、７２の各々へと運ぶため、軸１６および５８の間に位置する環状の空間５６を下流方向に通過する第２の空気流５２の一部分５２ｃが使用される。すなわち、空気流５２の一部分５２ｃが、各々が空気／油封止システム６６、６８、７０、７２の各々を通って囲い２２ｃへと進入する４つの加圧空気流７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄへと分割される。
【００３８】
さらに図３を参照すると、加圧空気を取り出すための回路２０が、やはり油除去システム７５を、環状の囲い２２ｃの半径方向内側の部分に備え付けて含むことを見て取ることができる。したがって、この囲い２２ｃ内に位置して、転がり軸受７１、７３の発する熱によって加熱された空気／油混合物が、混合物から油を濾し取って吸気コーン４に備えられた空気拡散手段１８へと供給されるべく、再循環の流れ６２に合流できる再循環の高温空気流７６をもたらすことを目的とする油除去システム７５によって、半径方向内側に運び去られる。
【００３９】
具体的には、空気流５２から由来して油除去システム７５の出口側において得られる再循環の高温空気流７６が、ダクト３２の唯一の開放端３２ａに向かってダクト３２を通過して、吸気コーン４に備えられた空気拡散手段１８へと達する。説明のため、この再循環の高温空気流７６が、低圧軸１６の中空３４によって画定されるダクト３２の後部においてダクト３２へと入るため、主空気ダクト３２に沿って上流方向に或る距離だけ移動した後でなければ「中央通気孔」へと達しない点に留意されたい。
【００４０】
当然ながら、当業者であれば、あくまで本発明を限定するものではない例としてここに説明したタービンエンジン１について、さまざまな変更を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の好ましい実施形態による吸気コーン除氷システムを備えるタービンエンジンの前部の縦断面図を示す。
【図２】図１に示した図の一部分の詳細図を示す。
【図３】図１に示したタービンエンジンの後部の一部分の詳細な縦断面図を示す。
【符号の説明】
【００４２】
１  タービンエンジン
２  除氷システム
４  吸気コーン
６、３０  矢印
７  長手軸
８  ファン
１０  低圧コンプレッサ
１２  高圧コンプレッサ
１４  駆動軸システム
１６  低圧駆動軸
１６ｂ、２４ａ、３２ｂ、３５  下流端
１８  空気拡散手段
２０  回路
２２ａ、２２ｂ  前部軸受囲い
２４  空気搬送ダクト
２４ｂ、３２ａ  上流端
２６  二次コーン
２８  除氷空間
３２  主空気ダクト
３２ａ  開放端
３４  中空
３６  プラグ
４０、４２  軸受システム
４４、４６、６６、６８、７０、７２  空気／油封止システム
５２  空気流
５４  ラビリンス
５８  高圧軸
６０  油除去システム
６２、７６  高温空気流
７１、７３  転がり軸受
７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ  加圧空気流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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