(57)【要約】      （修正有）【課題】プロペラアッセンブリ等の回転アッセンブリ用の支持リングを提供する。【解決手段】支持リング３０は、プロペラブレードのブレード根部を受け入れるための支持カップ２０を含む。これらの支持カップ２０は、ブリッジ構造３２によって相互連結されている。各ブリッジ構造３２は、ブリッジウェブ３８から半径方向に延びるブリッジ壁３６を含む。ブリッジ構造３２は、かくして、チャンネル状断面を有する。ブリッジ壁３６は、半径方向外縁部４０にスカロップ形状を有する。この形体により、ブリッジ壁３６の中立軸は直線状であり、そのため、支持リング３０は、構造的に多角形として挙動する。【選択図】図３
2013091490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転アッセンブリ用の支持リングにおいて、
前記支持リングは、リング本体を備えており、リング本体は、周方向に所定間隔で配列された支持カップを有しており、これら支持カップは、ブリッジ構造によって相互連結されており、
前記支持カップは、前記支持リングの半径方向外面が開放しており、
各ブリッジ構造は、軸線方向に間隔が隔てられたブリッジ壁を含むチャンネル状の断面を有し、前記ブリッジ壁は、ブリッジウェブから前記リング軸線に関して、ブリッジウェブから外方に延びており、
各支持カップは、前記ブリッジウェブと実質的に同じ周方向平面内に半径方向内端壁を有する、支持リング。
【請求項２】
請求項１に記載の支持リングにおいて、
各ブリッジ構造は、前記リングのフープ方向に実質的に直線状の中立軸線を有し、これにより前記リングは多角形構造を形成する、支持リング。
【請求項３】
請求項２に記載の支持リングにおいて、
前記ブリッジ壁は、前記支持リングの前記軸線に沿って見て凹状をなして湾曲した半径方向外縁部を有する、支持リング。
【請求項４】
請求項３に記載の支持リングにおいて、
前記ブリッジ壁は、前記支持カップの実質的に半径方向全高に亘って、前記支持カップと隣接している、支持リング。
【請求項５】
請求項４に記載の支持リングにおいて、
各支持カップは実質的に円形断面を有し、前記ブリッジ壁は前記支持カップの側壁に対して実質的に接線方向に延びる、支持リング。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の支持リングにおいて、
前記半径方向内端壁は、中央穴を有する、支持リング。
【請求項７】
請求項６に記載の支持リングにおいて、
前記半径方向内端壁は、前記穴を取り囲む厚さを増した領域を有する、支持リング。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の支持リングにおいて、
周方向駆動フランジが、前記リング本体の軸線方向外方に延びている、支持リング。
【請求項９】
請求項８に記載の支持リングにおいて、
前記駆動フランジに穴が設けられている、支持リング。
【請求項１０】
請求項９に記載の支持リングにおいて、
前記穴は、前記支持カップと同じ角度位置に配置されている、支持リング。
【請求項１１】
請求項８乃至１１のうちのいずれか一項に記載の支持リングにおいて、
クリアランスアタッチメントまで前記リング本体の軸線方向又は半径方向に延びる周方向キャッチャ駆動フランジが設けられている、支持リング。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のうちのいずれか一項に記載の支持リングにおいて、
各ブリッジ構造のブレース壁の間を、ブレースウェブが延びている、支持リング。
【請求項１３】
請求項１２に記載の支持リングにおいて、
前記ブレースウェブは、前記ブリッジ壁のところで、又は前記ブリッジ壁間で前記支持カップと交差する、支持リング。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のうちのいずれか一項に記載の支持リングにおいて、
前記ブリッジ構造は、低応力領域において厚さが薄く、又は低応力領域において穴が設けられている、支持リング。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のうちのいずれか一項に記載の支持リングを備えたプロペラアッセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転アッセンブリ用の支持リングに関し、更に詳細には、ガスタービンエンジンによって駆動されるプロペラアッセンブリ等のブレードを備えた回転アッセンブリ用の支持リングに関するが、これに限定されない。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの後方に配置されたプロペラアッセンブリを駆動するガスタービンエンジンを含むオープンロータ推進ユニットが公知である。ガスタービンエンジンからの高温の排気ガスをダクトを介して排出し、プロペラアッセンブリの構成要素が損傷しないようにすることが重要である。この目的のため、例えば、ＷＯ２０１１／０００９４３では、エンジンの排気ガス流路の周囲を延びる支持リングでプロペラを支持することが提案されている。ブレードが、ピッチ制御を行う目的で、これらのブレードをその長さ方向軸線を中心として回転できるように支持リングによって支持されている。支持リングはエンジンにより駆動され、プロペラアッセンブリを回転する。
【０００３】
ＷＯ２０１１／０００９４３に開示された支持リングは、直径が比較的大きく、半径方向深さが小さい。この形状のため、構成要素は、フープ曲げ（楕円化あるいは円形がくずれる）方向で比較的可撓性であり、このことは、プロペラアッセンブリの全体としての安定性の観点から見て、特にブレードの一つが損傷したり失われたりすることがある極端な負荷条件下で望ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２０１１／０００９４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明によれば、回転アッセンブリ用の支持リングが提供されており、回転アッセンブリ用の支持リングはリング本体を備えており、リング本体は、周方向に所定間隔で配列された支持カップ（換言すれば、カップ状の支持体）を有しており、これら支持カップは、ブリッジ構造によって相互連結されている。支持カップは、支持リングの半径方向外面が開放しており、各ブリッジ構造は、軸線方向に間隔が隔てられたブリッジ壁を含むチャンネル状断面を有し、ブリッジ壁は、ブリッジウェブからリング軸線に関して、外方に延びている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
各ブリッジ構造は、前記フープ方向に実質的に直線状の中立軸線(neutral axis)を持つように形成されていてもよい。その結果、支持リングは、構造的に、支持カップが多角形の角にある多角形のように挙動する。直線状の中立軸線は、例えば、ブリッジ壁が適当な輪郭を持つようにすることによって達成される。例えば、ブリッジ壁は、リングの軸線に沿って見て凹状をなして湾曲した半径方向外縁部を備えていてもよい。ブリッジ壁は、支持カップの実質的に半径方向全高に亘って夫々の支持カップと隣接させてもよい。
【０００７】
各支持カップは実質的に円形断面を備えていてもよく、その場合、ブリッジ壁は、夫々の支持カップの側壁に対して実質的に接線方向に延びていてもよい。
各支持カップは、半径方向内端壁を備えていてもよい。半径方向内端壁は、ブリッジウェブと実質的に同じ周方向平面内にあってもよい。各半径方向内端壁は、中央穴を備えていてもよい。半径方向内端壁は、穴を取り囲む厚さを増した領域を備えていてもよい。
【０００８】
支持リングは、リング本体の軸線方向外方に延びる周方向駆動フランジを備えていてもよい。駆動フランジには、例えば駆動フランジを横切って空気を流すことができるように、穴が設けられていてもよい。これらの穴は、支持カップと同じ角度位置に配置されていてもよい。クリアランスアタッチメント(clearance attachment)までリング本体の軸線方向又は半径方向に延びる周方向キャッチャ駆動フランジが設けられていてもよい。
【０００９】
ブリッジ構造の捩じり強度を向上するため、各ブリッジ構造のブリッジ壁間にブレースウェブが設けられていてもよい。ブレースウェブは、カップ支持を更に均等に支持するため、ブリッジ壁のところで、又はブリッジ壁間でカップと交差し、又はカップに連結される。変形例では、又は追加として、捩じり及びフープ曲げが作用した状態でリングを強化（補剛）するための手段は、支持カップを越えて軸線方向に延びる軸線方向リム長さが増大するように、ブリッジ壁を形成することである。
【００１０】
一実施例では、支持リングは、プロペラアッセンブリ用のブレード支持リングを含む。この場合、アッセンブリのブレードは、支持カップ内で支持されてもよい。
本発明は、更に、上文中に説明した支持リングを持つプロペラアッセンブリが設けられたガスタービンエンジンを提供する。ガスタービンエンジンの排気ガス流路が、支持リングを通って延びている。
【００１１】
次に、本発明を更に良好に理解するため、及び本発明をどのように実施するのかを更に明瞭に示すため、添付図面を例として参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、オープンロータ推進ユニットの概略側面図である。
【図２】図２は、図１の推進ユニットのブレード用の支持構造の断面図である。
【図３】図３は、図２の支持構造の支持リングの部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１に示す推進ユニットは、ナセル４内に支持されたコアガスタービンエンジン２を含む。プロペラアッセンブリ６及び８が、ガスタービンエンジン２の後方にエンジン軸線Ｘを中心として取り付けられており、ガスタービンエンジン２によってエンジン軸線Ｘを中心として駆動される。環状排気ガス流ダクト１０が、エンジン２から延びており、プロペラアッセンブリ６、８の後方に延びている。
【００１４】
排気ダクト１０を図２に示す。排気ダクト１０の半径方向外周は、回転中空シャフトアッセンブリ１２によって形成されている。ダクト１０内の排気ガス流を矢印１４で示す。
図２は、更に、プロペラアッセンブリ６のブレード１６を示す。ブレード１６のブレード根部１８は、支持カップ（換言すれば、カップ状の支持体）２０に受け入れられ、この支持カップ２０で、ブレード１６の長さ方向軸線を中心として回転できるように、ベアリング２２、２４によって支持される。図は、代表的なベアリング配置を示すが、この他のベアリング配置が可能である。ピッチ制御機構（図示せず）からブレード１６に回転を伝達するため、ピッチ制御シャフト２６が、シュラウド２８内のダクト１０を横切って延びている。
【００１５】
支持カップ２０は、図３に示す支持リング３０に各ブレード１６に対して一つずつ設けられた複数のこのようなカップの一つである。支持カップ２０は、支持リング３０の周囲に、周方向に所定間隔に配列して設けられており（周方向アレイをなして配置されており）、ブリッジ構造（又はブリッジ構造部）３２によって相互連結されているということは理解されよう。支持リング３０の軸線は、エンジン軸線Ｘと一致する。
【００１６】
各支持カップ２０は、円形断面の側壁３４を含む。側壁３４の内面は、ベアリング２２、２４を収容する輪郭を備えており、側壁３４の形状は、ブレード１６を安定的に支持する上で適切な剛性を提供するように形成されている。
【００１７】
各ブリッジ構造３２は、支持リング３０の中央軸線に関して軸線方向及び半径方向に延びる平面で見て、概ねチャンネル状（溝状）の断面を有する。各ブリッジ構造３２は、このように、軸線方向に間隔が隔てられた二つのブリッジ壁３６を含み、これらの壁は、ブリッジウェブ３８から半径方向外方に延びている。支持カップ２０の側壁３４は、ブリッジ壁３６の間で延び、これらの壁３６と隣接している。かくして、ブリッジ構造３２は、支持カップ２０と同様に、支持リング３０の半径方向外面が開放した「ポケット」３９を形成している。
【００１８】
各ブリッジ壁３６は、支持カップ２０の半径方向全深さに亘り、各周方向端部において、支持カップ２０の側壁３４と隣接している。しかしながら、支持カップ２０間では、支持リング３０の軸線に沿って見て、ブリッジ壁３６の半径方向外縁部４０が「扇形切り欠き」形態を持つように凹状をなして湾曲している。この形態により、各ブリッジ構造３２は、フープ方向で実質的に直線状の中立軸線を有し、そのため、張力が加わった状態で直線状ストラットのように挙動する。従って、構造的には、支持リング３０は、ブリッジ構造３２が形成する直線状リンクによって支持カップ２０が相互連結された多角形と等価である。
【００１９】
各支持カップ２０は、中央穴４４が設けられた半径方向の内端壁４２を有する。中央穴４４を通って、ピッチ制御シャフト２６が延びる（図２参照）。中央穴４４の領域において、半径方向内端壁４２の壁厚は、発生するたがフープ応力のピークを減少するため、穴４４のところで厚くなっているということは、図２及び図３から理解されよう。
【００２０】
支持カップ２０の半径方向内端壁４２は、支持カップ２０及びブリッジ構造３２によって構成されるリング本体に対して実質的に連続した内面を提供するように、ブリッジウェブ３８と同じ周方向平面内にある。
【００２１】
図２に示すように、支持リング３０には、支持カップ２０及びブリッジ構造３２が形成するリング本体からほぼ軸線方向に延びる駆動フランジ４６が設けられている。駆動フランジ４６は、シャフトアッセンブリ１２からプロペラアッセンブリ６、８に回転を伝達するため、シャフトアッセンブリ１２にボルト止めされている。更に、キャッチャ駆動アーム４７（フランジ等の任意の適当な部材の形態をとってもよい）が示してある。キャッチャ駆動アーム４７は、リング本体から軸線方向に（又は別の態様では半径方向に）延びており、ナット−ボルトアッセンブリ（図示せず）を含むクリアランスジョイント４９によってシャフトアッセンブリ１２に連結されている。キャッチャ駆動アーム４７は、アッセンブリを強化し、例えば駆動フランジ４６が機械的に破損した場合に支持リング３０を保持するように作用する。クリアランスジョイント４９により、シャフトアッセンブリ１２との熱応力をなくすが、第１駆動アーム又はハブが破損した場合に第２負荷経路を提供する。
【００２２】
駆動フランジ４６は、ダクト１０内を流れる排気ガスから、リング本体への、特にベアリング２２、２４への熱伝達経路を提供するということは理解されよう。この熱伝達を最少にするため、支持リング３０とシャフトアッセンブリ１２との間に、冷却空気が矢印４８で示すように差し向けられている。この流れを可能にするため、図３に示すように、冷却穴５０が、駆動フランジ４６に設けられている。これらの冷却穴は、支持カップ２０と同じ角度位置に位置決めされていてもよい。冷却穴５０は、かくして、支持カップ２０への熱流に対して熱障壁を提供する。
【００２３】
ブリッジ壁３６の外輪郭は、支持カップ２０の側壁３４の外面の輪郭に従うということは、図３からわかるであろう。これにより、表面は、フープ方向で連続している。効率的な側壁輪郭を形成するため、ブリッジ壁３６のこの外輪郭は、ブリッジ壁３６の内輪郭に従う。
【００２４】
支持リング３０に作用する予想負荷を考慮に入れるため、図２及び図３に示す形態に様々な変更を行ってもよいということは理解されよう。かくして、壁の断面及び輪郭を変更してもよい。具体的には、中央穴４４と隣接した支持カップ２０の半径方向内端壁４２の強化厚さは、図示のように、軸対称でなくてもよい。更に、支持カップ２０間のブレース構造３２が形成するポケット３９に筋かい(cross bracing)等の追加の補剛手段を組み込んでもよい。
【００２５】
チャンネル断面リング３０は、ベアリング支持カップ２０の半径方向全幅を連結しており、これによって、フープ剛性とフープ曲げ剛性を最大にすることができる。ブリッジ壁３６の縁部４０の扇形切り欠き形状が基本的円形形態を多角形リングにする。多角形リングは、局所的主ブレード負荷を支持する効率が高い。半径方向内端壁４２は、支持カップ２０のフロア（底部）を提供し、これを効率的に補剛し、フープ支持材料半径を最少にする。ブリッジウェブ３８が提供する多角形カップ間フロアが、フープ負荷経路を効率的に完全にする。ウェブ３８は、ブリッジ壁３６のところで円形の輪郭をなしていてもよいが、中央領域の直線状輪郭への移行部により、薄いウェブ３８に多角形負荷経路が形成される。頂部が開放した形態は、ブレード間隔の要件と適合し、機械加工及び検査のためのアクセスを良好にし、薄い開放チャンネル断面リングビームの比較的低い捩じり剛性は、チャンネル断面撓み中心が剪断流れによってリングベースの半径方向内側位置に差し向けられることによって高められ、リングの自由捩じれ長さを最少にする。駆動フランジ４６は、捩じり剛性に寄与する。駆動フランジ４６は、リング３０の本体を高温のガス流１４から遮断する。リング３０は、軽量で熱膨張率が低く作動温度での耐疲労特性に優れたチタニウム合金で製造することができる。十分な断熱がなされた状態であるなら、リング３０を、鋼やアルミニウム等の他の材料を使用してもよい。穴４４の周囲を局所的に強化することにより、ピーク応力を低減する。
【００２６】
リング３０に関し、フープ負荷経路を効率的にし、低密度材料で形成することにより、重量を大幅に低減できる。駆動フランジ４６及び冷却空気流４８による断熱により、熱応力を最少にする。熱応力は、このような対策が講じられていない場合には、高温のガス流に近接していることにより生じる。更に、ベアリング２２、２４、これらのベアリングの潤滑、及びブレード根部１８（これは、複合材料で形成されていてもよい）を過度の高温から保護する。支持リング３０の半径方向深さは、フープ曲げ剛性を高め、従って、ブレードが破損した場合やその他の極端な負荷条件での一体性を改善する。
【００２７】
更に高い捩じり剛性が必要とされる場合には、頂部が開放した機械加工可能な形態を残しつつ、縁部４０に扇形切り欠き形状を施してもよいが、縁部４０の領域でのブリッジ壁３６の局所的軸線方向長さ（即ち厚さ）を増大することによって、捩じり剛性の向上を更に効率的に行うことができる。これにより、捩じりが加わった状態の、また、フープ曲げ状態のリムを補剛する。
【００２８】
別の態様では、ブリッジ構造３２によって形成されたポケット３９内に、半径方向で見てＸ字形状のブレース（Ｘ字筋違い）を設けることにより、現存の開放した矩形空間を三角形にすることができる。ブレースウェブは、ブリッジ壁３６間で支持カップ２０を連結し、支持カップを更に均等に支持することができる。支持カップ２０自体は、ブリッジ壁３６との接合部のところで移行材料によって、また、ベアリング２２、２４とブレード根部（即ちハブ１８）の存在によって補剛され、ベアリングに予負荷が加わり且つブレードに負荷が加わった状態でカップの円形半径方向負荷経路を形成する。
【００２９】
軽量化手段として、支持リング３０の材料の厚さを局所的に薄くしたり、又は、軽量化穴を支持リング３０の低応力領域に、例えばブリッジウェブ３８に選択的に位置決めできる。
【００３０】
本発明をオープンロータ「プッシャー」推進ユニットを参照して説明したが、図２及び図３を参照して説明した支持リングは、「プーラー」ユニット及びターボプロップエンジン等の他の推進ユニット形体に使用してもよい。更に、本発明の原理は、大径であるが半径方向厚さが薄く、ブレード数が比較的少ない風力タービンや水力タービン、航空機や船舶ようのプロペラ、又は事務所用空調ファン等の任意の回転ハブ構造に適用できる。
【符号の説明】
【００３１】
２  コアガスタービンエンジン
４  ナセル
６、８  プロペラアッセンブリ
１０  環状排気ガス流ダクト
１２  回転中空シャフトアッセンブリ
１４  排気ガス流
１６  ブレード
１８  ブレード根部
２０  支持カップ
２２、２４  ベアリング
２６  ピッチ制御シャフト
２８  シュラウド
３０  支持リング
３２  ブリッジ構造
３４  側壁
３６  ブリッジ壁
３８  ブリッジウェブ
３９  ポケット
４０  半径方向外縁部
４２  半径方向内端壁
４４  中央穴
４６  駆動フランジ
４７  キャッチャ駆動アーム
４８  冷却空気
４９  クリアランスジョイント
５０  冷却穴
【図１】
2013091490.tif 000003
【図２】
2013091490.tif 000004
【図３】
2013091490.tif 000005
【外国語明細書】
2013091490000001.pdf