(57)【要約】      （修正有）【課題】ブレードをロータ本体へ取り付けるために取付システムを提供する。【解決手段】アンカー７６と、半径方向外側へ延びブレード７０の基部へ結合したピッチ変化ロッド７５とを含むピッチ制御機構を有する。アンカー及びロッドは、ロッドの縦軸線周りに回動可能である。ピッチ制御機構は、ブレードとアンカー間のトルク伝達構造を含み、ブレードとアンカー間の相対的な半径方向の動きを許容しトルク伝達構造を通じてピッチ変化トルクをブレードへ伝達する。ブレードピッチの変化を許容しブレード遠心荷重をロータ本体７１へ伝達する主軸受構造８０ａ、８０ｂを有する。ブレードピッチの変化中のアンカーおよびロッドの回動を許容しピッチ変化機構遠心荷重をロータ本体へ伝達する副軸受構造８１を有する。主軸受装置および副軸受装置によりアンカーとブレードとの半径方向の間隔が維持される。主軸受構造の損傷時にブレード遠心荷重をロータ本体へ逸らす。【選択図】図４
2013001394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレード（７０）をロータ本体へ取り付けるための取付システムであって、
アンカー（７６）と、このアンカーから半径方向外側へ延びてブレードの基部へ結合したピッチ変化ロッド（７５）とを含み、ブレードピッチを変化させるためにアンカーおよびロッドがロッドの縦軸線周りに回動可能となっているピッチ制御機構と、
ブレードピッチの変化を許容しつつ、ブレード遠心荷重をロータ本体へ伝達する主軸受構造（８０ａ，８０ｂ）と、
ブレードピッチの変化中におけるアンカーおよびロッドの回動を許容しつつ、ピッチ変化機構遠心荷重をロータ本体へ伝達する副軸受構造（８１）と、
を有し、
ピッチ制御機構は、ブレードとアンカーとの間のトルク伝達構造（７７ａ，７７ｂ）を更に含み、それは、ブレードとアンカーとの間の相対的な半径方向の動きを許容しつつ、当該トルク伝達構造を通じてピッチ変化トルクをブレードへ伝達させることができるようなものであり、
通常運転時には、主軸受装置および副軸受装置によって、アンカーとブレードとの半径方向の間隔が維持され、
当該取付システムは、バックアップ保持構造（７９ａ，７９ｂ）を更に有し、このバックアップ保持構造は、アンカーに対するブレードの外向きの半径方向移動につながる主軸受構造の損傷時には、ブレード遠心荷重を副軸受構造を通じてロータ本体へ逸らすように作動する、取付システム。
【請求項２】
ロータ本体は、半径方向外側ハブと半径方向内側ハブとを有し、主軸受構造は、外側ハブにおいてブレード遠心荷重をロータ本体へ伝達し、副軸受構造は、内側ハブにおいてピッチ変化機構遠心荷重をロータ本体へ伝達する、請求項１記載の取付システム。
【請求項３】
内側ハブと外側ハブとは、使用時にエンジン排気ガスを通す環状部（７４）によって互いに分離されている、請求項２記載の取付システム。
【請求項４】
トルク伝達構造は、ピッチ変化ロッドの半径方向外側端部と、ブレードの基部との間に設置されている、前記請求項のうちいずれか一項に記載の取付システム。
【請求項５】
トルク伝達構造は、雄型（７７ａ）および雌型（７７ｂ）の結合部材によってもたらされている、前記請求項のうちいずれか一項に記載の取付システム。
【請求項６】
ブレードは、トルク伝達構造の所でロータ本体から分離可能となっている、前記請求項のうちいずれか一項に記載の取付システム。
【請求項７】
バックアップ保持構造は、ブレード遠心荷重を副軸受構造を通じてロータ本体へ逸らせるように係合する前に、アンカーに対するブレードの外向きの半径方向移動を５ｍｍまで許容する、前記請求項のうちいずれか一項に記載の取付システム。
【請求項８】
バックアップ保持構造は、トルク伝達構造と隣り合っている、前記請求項のうちいずれか一項に記載の取付システム。
【請求項９】
当接面同士によってバックアップ保持構造がもたらされており、それらの当接面は、通常運転時には互いに間隔を離されているが、アンカーに対するブレードの外向きの半径方向移動時には、それらの当接面同士の間に形成される界面を渡ってブレード遠心荷重を逸らせるように互いに係合する、前記請求項のうちいずれか一項に記載の取付システム。
【請求項１０】
ピッチ制御機構は、アンカーを回動させるためのクランクを更に含んでおり、そのクランクはユニゾンリングによって操作可能である、前記請求項のうちいずれか一項に記載の取付システム。
【請求項１１】
ロータ本体と、
プロペラブレードまたはファンブレードの列と、
を有し、
ロータ本体に対して各ブレードが、前記請求項のうちいずれか一項に記載のそれぞれの取付システムによって繋ぎ留められている、プロペラ組立体またはファン組立体。
【請求項１２】
動力装置と、
この動力装置によって動力を供給される、１つないし複数の請求項１１記載のプロペラ組立体またはファン組立体と、
を有したエンジン構成。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロペラブレードをロータ本体へ取り付けるための取付システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１を参照すると、二軸・二重反転プロペラガスタービンエンジンが、概して符号１０で示されると共に、主軸線である回転軸線９を有している。このエンジン１０は、コアエンジン１１を備えている。そのコアエンジン１１は、軸流方向へ直列に、吸気口１２、低圧圧縮機１４（ＬＰＣ）、高圧圧縮機１５（ＨＰＣ）、燃焼装置１６、高圧タービン１７（ＨＰＴ）、低圧タービン１８（ＬＰＴ）、出力タービン１９（ＦＰＴ）、およびコア排気ノズル２０を有している。ナセル２１が、コアエンジン１１を概して取り囲むと共に、吸気口１２およびノズル２０、並びにコア排気ダクト２２を画成している。エンジン１０は、２つの反転式プロペラ（二重反転プロペラ）２３，２４をも備えている。それらのプロペラ２３，２４は、出力タービン１９に取り付けられ、このタービン１９によって駆動される。出力タービン１９は、二重反転ブレード列２５，２６を備えている。但し別の構成において、出力タービンは、遊星歯車箱によって二重反転プロペラを駆動する単回転タービン(single rotation turbine)であってもよい。
【０００３】
ガスタービンエンジン１０は、吸気口１２へ進入する空気が、ＬＰＣ１４によって加速および圧縮されて、ＨＰＣ１５内へと差し向けられ、そこで更なる圧縮が行われるように、従来のやり方で作動する。ＨＰＣ１５から排気された圧縮空気は、燃焼装置１６内へと差し向けられて、そこで燃料と混合され、その混合気が燃焼させられる。その結果として生じる高温の燃焼生成物は、それから通過しつつ膨張し、それにより高圧、低圧、および出力の各タービン１７，１８，１９を駆動してから、ノズル２０を通じて排気されて、幾らかの推進力をもたらす。高圧、低圧、および出力の各タービン１７，１８，１９は、それぞれ、適当な相互連結シャフトによって、高圧、低圧の各圧縮機１５，１４、およびプロペラ２３，２４を駆動する。プロペラ２３，２４は通常、推進力の大部分をもたらす。
【０００４】
プロペラ２３，２４は、それらがもし解き放たれたならば航空機や人々、或いは地上の施設に対する多大な損害を引き起こし得る、重大な構成部品である。
【０００５】
航空機用プロペラは、単ロータ式であろうと二重反転式であろうと、或いは図１に示すような推進式であろうと牽引式であろうと、ピッチ制御機構（ＰＣＭ）を介してブレードのピッチを変化させる手段を通常有している。これは、推力放出の効率を最適化するためとフライトエンベロープ（飛行包絡線）全体を通じて騒音を低減するため、逆推力をもたらすため、および、何らかの動力装置故障の場合に抗力や回転速度を制御すべくブレードをフェザー回転にするのを可能とするためである。ＰＣＭを構成するのに多くの確立されたやり方が存在するが、全ては動力源、原動機、原動機からブレードまでの機構、およびフェイルセイフシステムを特徴付けるものである。動力源は、静止範囲内か回転範囲内にあることができるが、静止範囲から回転範囲への制御的な連絡の問題を避けるため、また欠陥のある構成部品のより容易なライン交換のために、静止範囲内にあるのがより一般的である。但し、動力源が静止範囲内にある場合には、動力を（１つないし複数の）回転範囲へ伝達する手段が必要である。  
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、偶然のブレード放出に対する増強された保護をもたらすために、バックアップ（予備）の保持能力を有する、プロペラブレードをロータ本体へ取り付けるための取付システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、少なくとも部分的には、そのような能力をもたらすように都合よくピッチ制御機構を適合させられることの実現に基づいている。
【０００８】
そこで、本発明の第１の態様は、ブレードをロータ本体へ取り付けるための取付システムであって、
アンカーと、このアンカーから半径方向外側へ延びてブレードの基部へ結合したピッチ変化ロッドとを含み、ブレードピッチを変化させるためにアンカーおよびロッドがロッドの縦軸線周りに回動可能となっているピッチ制御機構と、
ブレードピッチの変化を許容しつつ、ブレード遠心荷重をロータ本体へ伝達する主軸受構造と、
ブレードピッチの変化中におけるアンカーおよびロッドの回動を許容しつつ、ピッチ変化機構遠心荷重をロータ本体へ伝達する副軸受構造と、
を有し、
ピッチ制御機構は、ブレードとアンカーとの間のトルク伝達構造を更に含み、それは、ブレードとアンカーとの間の相対的な半径方向の動きを許容しつつ、当該トルク伝達構造を通じてピッチ変化トルクをブレードへ伝達させることができるようなものであり、
通常運転時には、主軸受装置および副軸受装置によって、アンカーとブレードとの半径方向の間隔が維持され、
当該取付システムは、バックアップ保持構造を更に有し、このバックアップ保持構造は、アンカーに対するブレードの外向きの半径方向移動につながる主軸受構造の損傷時には、ブレード遠心荷重を副軸受構造を通じてロータ本体へ逸らすように作動する、取付システムを提供する。
【０００９】
かくして、ブレードのピッチを変化させる一次的な機能を有するピッチ制御機構が、主軸受構造の損傷時には、ブレード遠心荷重に対するバックアップの荷重経路をもたらすこともできる。このことは、著しい安全上の利点である。更に、バックアップ保持構造の採用に伴う重量的な不利は通常、ほとんどないのである。
【００１０】
この取付システムは、以下の選択的特徴の、任意の１つ、または（互いに矛盾しない範囲で）任意の組合せを有していてもよい。
【００１１】
ブレードは、典型的にはプロペラブレードであるが、例えばファンブレードであってもよい。
【００１２】
ロータ本体は、半径方向外側ハブと半径方向内側ハブとを有していてもよく、主軸受構造は、外側ハブにおいてブレード遠心荷重をロータ本体へ伝達し、副軸受構造は、内側ハブにおいてピッチ変化機構遠心荷重をロータ本体へ伝達するものであってよい。例えば、内側ハブと外側ハブとは、使用時にエンジン排気ガスを通す環状部によって互いに分離されていてもよい。
【００１３】
トルク伝達構造は、ピッチ変化ロッドの半径方向外側端部と、ブレードの基部との間に設置されることができる。但し、もう一つの選択は、トルク伝達構造が、ピッチ変化ロッドの半径方向内側端部と、アンカーとの間に設置されることである。
【００１４】
トルク伝達構造は、雄型および雌型の結合部材によってもたらすことができるのが好都合である。例えば、それらの結合部材は、当該部材同士の間でトルクを伝達できるように、それぞれの互いに噛み合うスプラインの組を有していてもよい。
【００１５】
ブレードは、トルク伝達構造の所でロータ本体から分離可能となっていることが好ましい。
【００１６】
バックアップ保持構造は、ブレード遠心荷重を副軸受構造を通じてロータ本体へ逸らせるように係合する前に、アンカーに対するブレードの外向きの半径方向移動を５ｍｍまで、好ましくは３または２ｍｍまで許容することができる。
【００１７】
バックアップ保持構造は、トルク伝達構造と隣り合うことができるのが好都合である。
【００１８】
当接面同士によってバックアップ保持構造がもたらされており、それらの当接面は、通常運転時には互いに間隔を離されているが、アンカーに対するブレードの外向きの半径方向移動時には、それらの当接面同士の間に形成される界面を渡ってブレード遠心荷重を逸らせるように互いに係合するようにしてもよい。それらの当接面は、ラグ、ねじ山、ペグ、フックスロット（だるま穴）などによって、もたらすことができる。
【００１９】
ピッチ制御機構は、アンカーを回動させるためのクランク（例えば、ベルクランクなど）を更に含んでおり、そのクランクはユニゾンリング(unison ring)によって操作可能であるようにしてもよい。
【００２０】
本発明の第２の態様は、
ロータ本体と、
プロペラブレードまたはファンブレードの列と、
を有し、
ロータ本体に対して各ブレードが、第１の態様によるそれぞれの取付システムによって繋ぎ留められている、プロペラ組立体またはファン組立体を提供する。
【００２１】
本発明の第３の態様は、
動力装置と、
この動力装置によって動力を供給される、１つないし複数の第２の態様によるプロペラ組立体またはファン組立体と、
を有したエンジン構成を提供する。
【００２２】
例えば、動力装置は、ガスタービンエンジンとすることができる。エンジン構成は、各々が第２の態様による、二重反転プロペラ組立体を有していてもよい。
【００２３】
ここで、添付図面を参照して、本発明の実施形態を例として説明することとする。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】二軸二重反転プロペラガスタービンエンジンの縦断面を模式的示す図。
【図２】別の二軸二重反転プロペラガスタービンエンジンの縦断面を模式的示す図。
【図３】プロペラブレードをロータ本体へ取り付けるための取付システムを模式的に示す図。
【図４】通常運転時の図３の取付システムを模式的に示す図。
【図５】主軸受構造の損傷後における図３の取付システムを模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
中心線４０を有する、推進式二重反転プロペラターボプロップエンジンの模式的な縦断面が、図２に示されている。このエンジンは、ジェネレータセクション４１を有している。そのジェネレータセクション４１は、流れ方向へ直列に、低圧４２ａおよび高圧４２ｂの各圧縮機サブセクション、燃焼器サブセクション４３、並びに、高圧４４ｂおよび低圧４４ａの各タービンサブセクションを備えている。ジェネレータ駆動シャフト４５ａ，４５ｂが、それぞれの圧縮機サブセクションとタービンサブセクションとを連結している。ジェネレータセクションの下流側にあるのは、後方へ延びる動力駆動シャフト４７を駆動する出力タービン４６である。
【００２６】
動力駆動シャフト４７の遠位端部は、当該動力駆動シャフトと同心の遊星歯車組立体５０を駆動する。この歯車組立体は、当該組立体の上流側にある第１のプロペラ組立体５１ａを駆動すると共に、当該組立体の下流側にある反転式の第２のプロペラ組立体５１ｂを駆動する。各プロペラ組立体は、プロペラブレード５２ａ，５２ｂの列を有している。各ブレードは、ブレードピッチを変化させられるように、自らの縦軸線周りに回動可能となっている。各プロペラ組立体についてのピッチ変化は、それぞれの主液圧アクチュエータ５３ａ，５３ｂによって成し遂げられる。それらのアクチュエータ５３ａ，５３ｂは、対応する同調リング５４ａ，５４ｂをエンジンの軸線方向に動かす。それらの同調リングの軸線方向の動きは、各ブレードの基部から延びるピッチロッド・ベルクランク構成５５ａ，５５ｂを介して、当該ブレードを回動させる。
【００２７】
図３は、プロペラブレード７０をロータ本体７１へ取り付けるための取付システムの更なる詳細を模式的に示している。このシステムは、図１や図２に示す型式のエンジンで用いるのに適しているが、例えば単プロペラ組立体や牽引式エンジンにも適用可能な、もっと広い適用可能性を有している。ロータ本体は、中心線Ｏ−Ｏを有すると共に、半径方向内側部分７２および半径方向外側部分７３を備えている。それらの半径方向内側部分７２と外側部分７３との間には、エンジンからの熱排気ガスのための流出環状部７４がある。この流出環状部を横切って、ＰＣＭのピッチ制御ロッド７５が延びている。このロッドの半径方向内側端部は、アンカー７６にて終止している。一方、このロッドの半径方向外側端部は、トルク伝達構造の雄型結合部材７７ａにて終止している。ブレードは、その基部の所に頸部７８を有している。この頸部７８は、トルク伝達構造の雌型結合部材７７ｂを担持している。
【００２８】
各結合部材７７ａ，７７ｂは、それぞれのスプラインの組を有している。ブレード７０をロータ本体７１へ取り付けるために、それらのスプラインの組同士が互いに噛み合わされる。そして、ピッチ制御ロッド７５の縦軸線周りのアンカー７６およびロッド７５の回動がブレードのピッチ変化へと繋がるように、結合部材同士を渡ってトルクを伝達させることができる。ＰＣＭは、例えばアンカーを回動させるベルクランクを有していてもよい。そして、所与のプロペラ組立体の全プロペラにおけるＰＣＭのベルクランクは、同調リングによって操作することができる。或いは、アンカーが、ピッチ・ラムシリンダや、これと同様の構成部品となっていてもよい。
【００２９】
ピッチ制御ロッド７５の半径方向外側端部は、ラグ（突片）構造７９ａを担持してもいる。このラグ構造７９ａにおいては、互いに等間隔を置かれた少なくとも３つ（但し、好ましくは４つ以上）のラグが、ロッドの当該端部の外周を取り巻いて配置されている。対応するラグ構造７９ｂが、ブレード頸部７８上で雌型結合部材７７ｂの上方に形成されている。ブレード７０をロータ本体７１へ取り付けるためには、ラグ構造７９ｂにおけるラグ同士の間の隙間がラグ構造７９ａのラグと一致し、同様にラグ構造７９ａにおけるラグ同士の間の隙間がラグ構造７９ｂのラグと一致するようにブレードが保持される。かくして、図３の矢印の半径方向へブレードを移動させるときに、２つのラグ構造同士を互いに通過させることができる。結合部材７７ａ，７７ｂも互いに通過させるときに、それらの結合部材におけるスプラインの組同士が相互に噛み合う。それらのスプラインの組同士が互いに通り越して噛み合いが外れるまで、ブレードを移動させ続ける。そして、２つのラグ構造のラグ同士が互いに重なり合うようにブレードを回すことができる。それから、スプラインの組同士が再び噛み合うように、ブレードを逆方向へ移動させる。但し、互いに重なり合うラグ構造同士は、相互に接触することは許されておらず、その代わり、相互に約２から３ｍｍの間隔を置いて保持される。
【００３０】
互いに重なり合うラグ構造７９ａ，７９ｂは、ブレードのためのバックアップ保持構造をもたらす。このバックアップ保持構造の動作は、以下でより詳細に説明する。
【００３１】
上述したようにトルク伝達構造およびバックアップ保持構造が創設された後で、図４に示すように、ブレード遠心荷重をロータ本体７１へ伝達するために主軸受構造が形成される。この主軸受構造は、内側８０ａおよび外側８０ｂの軸受を備えている。それらの軸受８０ａ，８０ｂは、ブレード頸部７８によって担持される適当な構造の所に設置されている。例えば、内側軸受は玉軸受とすることができ、外側軸受はテーパころ軸受や玉軸受とすることができる。軸受８０ａ，８０ｂは、ブレード遠心荷重を、ロータ本体における外側部分７３のハブ（図示せず）へ伝達する。
【００３２】
ＰＣＭ遠心荷重は、アンカー７６の周囲に形成された副軸受構造８１によってロータ本体７１へ伝達される。この軸受構造は、ＰＣＭ遠心荷重を、ロータ本体の内側部分７２におけるもう１つのハブ（図示せず）へ伝達するものであり、例えば球面ころ軸受とすることができる。
【００３３】
従って通常運転時には、ブレードからの遠心荷重と、ＰＣＭからの遠心荷重とは、互いに異なる経路に沿ってロータ本体へ伝達される。
【００３４】
しかしながら、ブレード７０が極めて重要な構成部品であることから、主軸受構造の部分的ないし全体的な損傷の場合には、バックアップ保持構造が、ブレード遠心荷重に対するバックアップ荷重経路をもたらす。そのような損傷は、例えば、内側８０ａおよび外側８０ｂの軸受におけるものや、ロータ本体７１の外側部分７３のハブにおけるものであり得る。
【００３５】
具体的には、主軸受構造および副軸受構造は、アンカー７６とブレード７０との間の半径方向の間隔を維持する。主軸受構造の損傷時には、図５に示すように、バックアップ保持構造の重なり合うラグ構造７９ａ，７９ｂ同士が互いに係合するまで、即ち、ラグによってもたらされる（通常は間隔を離されている）当接面同士が互いに接触するまで、ブレードが（矢印で示すように）外側へ移動する。その結果、それらの当接面同士の間に形成される界面を渡ってブレード遠心荷重を逸らすことができる。そして、ブレード遠心荷重は、ピッチロッド７５に沿ってアンカー７６を通じて副軸受構造へ伝達され、そこからロータ本体７１の内側部分７２のハブへ伝達される。副軸受構造を通る荷重が増大するせいで、ブレードがピッチを効率的に変えることはできないかもしれない。しかしながら、内側のハブがつかんでいる限りは、ブレードを安全に保持することができる。湿性の（即ち、給油を伴った）損傷の場合の半径方向接触面を内側のハブにもたらすことは、たとえ副軸受構造における軸受損傷の後であっても、ブレードのピッチを変える能力を増大させるかもしれない。
【００３６】
かくして、当該取付システムは、ブレードの一次的な保持機能不全の場合に、効果的なブレードの保持を可能とし、ＰＣＭアンカー７６への代替的な経路によってブレード遠心荷重が伝えられるという利点を有している。ＰＣＭは、比較的少数の変更にてバックアップの保持を成すように適合させることができ、従って構成部品の費用や重量を著しく増大させることはない。
【００３７】
本発明を、上述した典型的な実施形態との関連において説明してきたが、この開示が与えられたときには、多くの等価な修正や変形が当業者に明らかとなるであろう。例えば、オープンロータ・エンジンとの関連において本発明を上述したが、本発明は、ターボファン・エンジンやダクテッドファン・エンジンのブレードを取り付けるのにも適合されてよい。また、バックアップ保持構造は、ラグ以外の構成、例えばねじ山、ペグ、フックスロットなどによって形成されてもよい。従って、上記で述べた本発明の典型的な実施形態は、例示的なものであって限定するものではない、とみなされる。本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、説明した実施形態に対する様々な変更が成されてもよい。
【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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【外国語明細書】
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