(57)【要約】【課題】  流れ方向で、ジェネレータ区分及びフリーパワータービン（３９）を含むガスタービンエンジンを提供する。【解決手段】  ジェネレータ区分は、一つ又はそれ以上のジェネレータタービンステージを含む。これらのジェネレータタービンステージから一つ又はそれ以上の対応するコンプレッサステージまで軸線方向前方に延びる一つ又はそれ以上の夫々のジェネレータ駆動シャフトを含む。フリーパワータービンは、第１タービンステージ（４５）及び二重反転第２タービンステージ（４６）を含む。ガスタービンエンジンは、更に、第１タービンステージから第１プロペラ（４３）に回転駆動力を伝達するため、フリーパワータービンから軸線方向に延びる第１駆動シャフト（５４）を含む。ガスタービンエンジンは、更に、第２タービンステージから二重反転第２プロペラ（４４）に二重反転回転駆動力を伝達するため、フリーパワータービンから延びる、第１駆動シャフトと同軸の第２駆動シャフト（５５）を含む。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流れ方向で、ジェネレータ区分、フリーパワータービン（３９）、及び排気ダクト（６２）を含むガスタービンエンジンにおいて、
前記ジェネレータ区分は、一つ又はそれ以上のジェネレータタービンステージと、これらのジェネレータタービンステージから一つ又はそれ以上の対応するコンプレッサステージまで軸線方向前方に延びる一つ又はそれ以上の夫々のジェネレータ駆動シャフトとを含み、
前記フリーパワータービンは、第１タービンステージ（４５）及び二重反転第２タービンステージ（４６）を含み、
前記ガスタービンエンジンは、更に、
回転軸線（２９）と、
前記第１タービンステージから第１プロペラ（４３）に回転駆動力を伝達するため、前記フリーパワータービンから軸線方向後方に延びる第１駆動シャフト（５４）と、
前記第２タービンステージから二重反転第２プロペラ（４４）に二重反転回転駆動力を伝達するため、前記フリーパワータービンから後方に延びる、前記第１駆動シャフトと同軸の第２駆動シャフト（５５）とを含み、
前記第１及び第２のプロペラは、前記排気ダクトの半径方向外方に配置されている、ガスタービンエンジン。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービンエンジンにおいて、
前記排気ダクトは排気ノズル（６２）で終端し、
前記第１及び第２のプロペラは、前記フリーパワータービンと前記排気ノズルとの間に配置されている、ガスタービンエンジン。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガスタービンエンジンにおいて、
前記第１タービンステージは、複数の第１タービンブレード列（４９）を含み、前記第２タービンステージは、作動ガスの流れ方向に沿って前記第１タービンブレード列と交互になった複数の第２タービンブレード列（５０）を含む、ガスタービンエンジン。
【請求項４】
請求項１、２、又は３に記載のガスタービンエンジンにおいて、
前記第１駆動シャフトは、前記第１タービンステージから前記第１プロペラに回転駆動力を伝達し、前記第２駆動シャフトは、前記第２タービンステージから前記第２プロペラに二重反転回転駆動力を伝達し、これらの伝達は、いずれもギヤボックスを通さないで行われる、ガスタービンエンジン。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちのいずれか一項にに記載のガスタービンエンジンにおいて、
前記第１駆動シャフトは前記第２駆動シャフトの外側にあり、前記フリーパワータービンは、更に、前記第１駆動シャフトを前記第２駆動シャフト上に支持する一つ又はそれ以上のシャフト間ベアリング（５６）を含む、ガスタービンエンジン。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちのいずれか一項にに記載のガスタービンエンジンにおいて、
前記エンジンはオープンロータ型である、ガスタービンエンジン。
【請求項７】
請求項１乃至５のうちのいずれか一項にに記載のガスタービンエンジンにおいて、
前記第１及び第２のプロペラは、ナセル（６４）によって取り囲まれている、ガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流れ方向でジェネレータ区分及びフリーパワータービンを持ち、二重反転プロペラを備えたガスタービンエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１を参照すると、ツインスプール二重反転フリーロータガスタービンエンジンの全体に参照番号１０が附してある。このエンジンは、主回転軸線９を有する。エンジン１０は、軸流方向で、空気インテーク１２、低圧コンプレッサ（ＬＰＣ）１４、高圧コンプレッサ１５（ＨＰＣ）、燃焼器１６、高圧タービン１７（ＨＰＴ）、低圧タービン１８（ＬＰＴ）、フリーパワータービン１９（ＦＰＴ）、及びコア排気ノズル２０を持つコアエンジン１１を含む。ナセル２１がコアエンジン全体を取り囲み、インテーク１２、ノズル２０、及びコア排気ダクト２２を形成する。エンジンは、更に、ＦＰＴに取り付けられており且つＦＰＴによって駆動される二つの二重反転プロペラ２３、２４を含む。
【０００３】
ガスタービンエンジン１０は、インテーク１２に入った空気をＬＰＴ１４によって加速し且つ圧縮し、ＨＰＣ１５に差し向け、ここで更に圧縮するように従来の方法で作動する。ＨＰＣ１５から排出された圧縮空気は燃焼器１６に差し向けられ、ここで燃料と混合し、混合物を燃焼する。結果的に発生した高温の燃焼生成物が膨張し、これによって、ノズル２０を通して排気される前にＨＰＴ１７、ＬＰＴ１８、及びＦＰＴ１９を駆動し、推進スラストを提供する。ＨＰＴ１７及びＬＰＴ１８は、夫々、適当な相互連結シャフトによってＨＰＣ１５及びＬＰＣ１４を駆動し、この際、ＦＰＴ１９の二重反転ステージ２５、２６の夫々がプロペラ２３、２４を駆動する。各ＦＰＴステージは、複数のロータブレード列を含み、一方のステージ列が、作動ガスの流れ方向で、他方のステージの列と交互になっている。
【０００４】
プロペラ２３、２４は、ノズル２０からの排気でなく、通常は、エンジンの推進スラストの大部分を提供する。
【０００５】
図１では、プロペラ２３、２４は、ＦＰＴの直ぐ外側に位置決めされている。プロペラへの機械的連結を提供しつつＦＰＴステージ２５、２６の二重反転を可能にするため、ＦＰＴ作動ガス環体の外壁で二重反転シール（図１でＡで示す箇所）が必要とされる。これは、高温のガスが外部空気に漏出しないようにするためである。二重反転タービンステージのシールは機械的に複雑であり、達成困難であり、一般的には、性能及び機械的一体性を損なう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
更に、二重反転開放ロータエンジンと関連した問題点は、第１プロペラが第２プロペラと相互作用することにより生じる後流により、騒音が発生することである。この相互作用、及び従って騒音の発生は、プロペラ間の軸線方向距離を大きくすることによって減少できる。しかしながら、図１では、プロペラ２３、２４は、ＦＰＴステージ２５、２６によって直接的に駆動される。従って、ＦＰＴステージ２５、２６の軸線方向長さは、プロペラ間の軸線方向距離を制限し、従って騒音低減範囲を制限する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従って、本発明は、流れ方向で、ジェネレータ区分、フリーパワータービン、及び排気ダクトを含むガスタービンエンジンにおいて、
ジェネレータ区分は、一つ又はそれ以上のジェネレータタービンステージと、これらのジェネレータタービンステージから一つ又はそれ以上の対応するコンプレッサステージまで軸線方向前方に延びる一つ又はそれ以上の夫々のジェネレータ駆動シャフトとを含み、
フリーパワータービンは、第１タービンステージ及び二重反転第２タービンステージを含み、
ガスタービンエンジンは、更に、
回転軸線と、
第１タービンステージから第１プロペラに回転駆動力を伝達するため、フリーパワータービンから軸線方向後方に延びる第１駆動シャフトと、
第２タービンステージから二重反転第２プロペラに二重反転回転駆動力を伝達するため、フリーパワータービンから後方に延びる、第１駆動シャフトと同軸の第２駆動シャフトとを含み、
第１及び第２のプロペラは、排気ダクトの半径方向外方に配置されている、ガスタービンエンジンを提供する。
【０００８】
第１及び第２のステージから第１及び第２のプロペラに第１及び第２の駆動シャフトを介して回転駆動力及び二重反転駆動力を伝達することによって、これらのプロペラをフリーパワータービンから軸線方向に、プロペラがフリーパワータービンの外側に直接的に設けられた場合よりも大きく離すことができる。プロペラ間の軸線方向距離は、遥かに大きい範囲内で変化させることができ、エンジンの騒音低減性能を高める。
【０００９】
更に、プロペラがフリーパワータービンの外側に直接的に設けないようにすることによって、これらのプロペラを温度が更に良好に制御された環境に置くことができ、タービンからプロペラのブレード又はプロペラのブレード保持構造への熱の直接的伝達を小さくでき、又はなくすことができる。これにより、プロペラの物理的特性に関し、例えば作動温度での強度が良好であり、熱応力の低下により構成要素の寿命が延び、プロペラブレード根部支承部の潤滑を改善するといった利点が得られる。
【００１０】
更に、フリーパワータービン作動ガス環体の外壁に回転シール及び二重反転シールを提供する必要をなくすことができる。このようにして、フリーパワータービンからの作動ガスの漏出を減少でき、又はなくすことができる。
【００１１】
エンジンは、以下の随意の特徴のうちの任意の一つ、又は適合する限りにおいてこれらの特徴の任意の組み合わせを備えていてもよい。
【００１２】
好ましくは、第１及び第２の駆動シャフトは、フリーパワータービンから第１及び第２のプロペラまで軸線方向後方に延びている。第１及び第２のプロペラは、フリーパワータービンの後方に配置できる。即ち、これらのプロペラは「プッシャ(pusher)」形体を備えていてもよい。しかしながら、第１及び第２の駆動シャフトをフリーパワータービンから第１及び第２のプロペラまで軸線方向前方に延ばした変形例も可能である。例えば、第１及び第２の駆動シャフトがジェネレータ駆動シャフトを通って延び、これにより第１及び第２のプロペラを前方位置に配置し、「プラー(puller)」形体を提供してもよい。
【００１３】
代表的には、第１タービンステージは、複数の第１タービンブレード列を含み、第２タービンステージは、作動ガスの流れ方向に沿って第１タービンブレード列と交互になった複数の第２タービンブレード列を含む。かくして、第１及び第２のステージは、「ステータレス」（即ち、交互の列間にステータベーンがない）であってもよい。これにより、エンジンの長さが短くなり、部品点数が減少し、重量が軽減され、比較的従来のタービン設計に対して費用が減少するといった作動上の利点が得られる。
【００１４】
有利には、第１駆動シャフトは、第１タービンステージから第１プロペラに回転駆動力を伝達でき、第２駆動シャフトは、第２タービンステージから第２プロペラに二重反転回転駆動力を伝達でき、これらの伝達は、いずれもギヤボックスを通さないで行われる。フリーパワータービンから一方の駆動力しか得られない場合には、プロペラに対して別々の回転駆動力及び二重反転駆動力を発生するため、ギヤボックス（例えばエピサイクリック型）が必要とされる。かくして、フリーパワータービンに二重反転ステージを備えたエンジン形体を採用することによって、このようなギヤボックスの追加の重量、機械的複雑さ、費用、及び信頼性を低下する可能性をなくすことができる。
【００１５】
第１駆動シャフトは第２駆動シャフトの外側にあってもよく、その場合、フリーパワータービンは、更に、第１駆動シャフトを第２駆動シャフト上に支持する一つ又はそれ以上のシャフト間ベアリングを含んでいてもよい。このようにして、第１タービンステージを第２タービンステージの駆動シャフト上に支持できる。
【００１６】
次に、本発明の実施例を添付図面を参照して例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、ツインスプール二重反転フリーロータガスタービンエンジンの長さ方向概略断面図である。
【図２】図２は、二重反転フリーロータガスタービンエンジンのフリーパワータービン及びプロペラの長さ方向概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図２は、主回転軸線２９を持つ二重反転フリーロータガスタービンエンジンのフリーパワータービン３９（ＦＰＴ）、第１プッシャプロペラ４３、及び第２プッシャプロペラ４４の長さ方向概略断面図である。ＦＰＴ３９の前方に設けられた、コンプレッサステージ及びタービンステージを含むジェネレータ区分（図示せず）、及び燃焼器が作動ガスをＦＰＴに提供する。これにより、図２では、エンジンの様々な部品の回転方向を示すことができる。ジェネレータ区分は、図１に示す従来のスタイルで配置された燃焼器、タービン、及びコンプレッサを含み、夫々のシャフトによって駆動連結された追加のタービン及びコンプレッサを含んでいてもよい。
【００１９】
ＦＰＴは、静的入口構造４７及び静的出口構造４８を有する。これらは、各々、代表的には、流れを調整しＦＰＴロータを支持するガイドベーンを含む。ＦＰＴは、これらの構造間に、複数（ここでは三枚）のタービンブレード列４９を含む第１タービンステージ４５と、第１タービンブレード列に関して作動ガスの流れ方向に沿って交互になった複数（ここでは三枚）の第２タービンブレード列５０（灰色であるように示してある）を含む第２タービンステージ４６とを有する。ＦＰＴはステータレス型であり、第２タービンステージが第１タービンステージに対して二重反転する。
【００２０】
静的エンジンケーシング５１がＦＰＴを収容している。ケーシング５１は、第１タービンステージ４５及び第２タービンステージ４６の端部をケーシングに対してシールするロータシール５２に対して静的であり、作動ガス環体からの漏出を減少する。ナセル５３がエンジンケーシングを取り囲んでいる。
【００２１】
第１タービンブレード列４９は、作動ガス環体の外壁の外側で互いに連結されている。これらの列から駆動力が、第１列の最後方から、ＦＰＴ３９から軸線方向後方に第１プロペラ４３まで延びる第１駆動シャフト５４を介して取り出される。第２二重反転タービンブレード列５０は、作動ガス環体の内壁の内側で互いに連結されている。これらの列から駆動力が、ＦＰＴ３９から後方に二重反転第２プロペラ４４まで延びる第２駆動シャフト５５を介して取り出される。第１駆動シャフト５４は第２駆動シャフト５５と同軸であり且つその外側にあり、シャフト間ベアリング５６によって第２駆動シャフト５５上に支持されている。第１プロペラは、ＦＰＴと第２プロペラとの間に配置されており、ナセル−ロータ分割線５７及びロータ−ロータ分割線５８がエンジンのこれらの部品を分ける。
【００２２】
図２のエンジンは、図１に示す二重反転エンジンの利点を維持する。即ち、ステータレスであり、これと同時に当該エンジンの欠点の幾つかを解決する。詳細には、タービンステージ４５、４６からプロペラ４３、４４に駆動シャフト５４、５５を介して駆動力を取り出すことによって、プロペラをＦＰＴの直ぐ外側に配置する必要がない。かくして、プロペラ間の間隔を広げることについての制限が遥かに少なく、従って、プロペラ間の距離を変化させることによりプロペラ間の相互作用を減少できる。
【００２３】
更に、ＦＰＴ３９の作動ガス環体の外壁を二重反転シールに対して回転する必要がなく、ケーシング５１はＦＰＴの全長を連続的に作動でき、これにより環体のシールを改善する。
【００２４】
二重反転ＦＰＴステージを持たないエンジンと比較すると、ギヤボックスを設置しないでプロペラ４３、４４の二重反転を行うことができる。かくして、ギヤボックスの費用、複雑さ、重量、及び信頼性を低下する可能性をなくすことができる。
【００２５】
ガスタービンエンジンは、更に、使用済み作動ガスをガスジェネレータ及びＦＰＴから排出するように構成された排気ダクト６０を含む。この排気ダクト６０は、排出ノズル６２で終端する。排気ダクト６０は、プロペラ４３、４４の半径方向内方に配置されている。排出ノズル６２は、後側のプロペラ４４の軸線方向後方に配置されている。作動ガスをこのように排気し、高温のガスがプロペラの前方で排出されないようにするのが有利である。高温のガスがプロペラの前方で排出される場合、空間的冷却要件を必要とする。更に、プロペラをＦＰＴの軸線方向後方に及び排気ダクトの半径方向外側に配置することにより、プロペラ及びこれらのプロペラの固定部を低温環境に設置でき、これにより材料特性が改善し、材料費が低下し、冷却要件が減少する。
【００２６】
かくして、ガスタービンエンジンの一つの重要な利点は、排気ダクトの半径方向外方のプロペラの軸線方向位置である。更に詳細には、プロペラはＦＰＴと排気ノズルとの間で軸線方向に配置される。この形体により、便利には、プロペラ４３、４４の間隔を拡げ、プロペラ間の後流相互作用により発生する騒音を最小にし、発生するスラスト及びサージマージン等のエンジンの作動性を最適にする。
【００２７】
このガスタービンエンジンは「オープンロータ」形体であり、プロペラ４３、４４はアンダクテッド型であるということは理解されるべきである。別の実施例では、プロペラ４３、４４を取り囲むナセル６４（破線で示す）が設けられる。
【００２８】
本発明を例示の実施例と関連して説明したが、本開示が与えられたとき、多くの等価の変形及び変更が当業者には明らかになるであろう。従って、上文中に説明した例示の実施例は単なる例示であって、限定ではないと理解されるべきである。ここに説明した実施例に対し、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができる。
【符号の説明】
【００２９】
２９  主回転軸線
３９  フリーパワータービン（ＦＰＴ）
４３  第１プッシャプロペラ
４４  第２プッシャプロペラ
４５  第１タービンステージ
４６  第２タービンステージ
４７  静的入口構造
４８  静的出口構造
４９  第１タービンブレード列
５０  第２タービンブレード列
５１  静的エンジンケーシング
５２  ロータシール
５３  ナセル
５４  第１駆動シャフト
５５  第２駆動シャフト
５６  シャフト間ベアリング
５７  ナセル−ロータ分割線
５８  ロータ−ロータ分割線
【図１】
2012031861.tif 000003
【図２】
2012031861.tif 000004
【外国語明細書】
2012031861000001.pdf