(57)【要約】【課題】設計点効率に対する有害な影響を最小にしながら、圧縮機及びガスタービンエンジン全体の動作範囲及びサージマージンを増大させる。【解決手段】端壁処理部は、圧縮機ケーシング又は圧縮機ハブの内面にある高さを有して形成され、複数のロータブレード先端又は複数のステータブレード先端に隣接する流れを流れ除去点の上流側にある円筒形流れ通路に戻すように構成されている。端壁処理部の各々は、前方壁、後方壁、前方壁と後方壁との間に延びる外壁、軸方向張出部、軸方向重なり部、軸方向傾斜角、及び接線方向傾斜角を定める。軸方向張出部は、ロータブレード又はステータブレードのセットから張り出すように上流側に延びる。軸方向重なり部は、ロータブレード又はステータブレードのセットと重なり合うように下流側に延びる。【選択図】      図１
2016109124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（３０）であって、
略円筒形流れ通路（５６）を定め、圧縮機ケーシング（８２）と、長手方向中心軸線（１２）の周りで同心状に且つ該長手方向中心軸線（１２）に沿って同軸状に配置された圧縮機ハブ（８５）とを含む圧縮機端壁（８２，８５）と、
ロータブレード（８０）の少なくとも１つのセット（７６）と、
を備え、
前記ロータブレードの少なくとも１つのセットの各々が、前記圧縮機ハブに結合され且つ該圧縮機ハブと前記圧縮機ケーシングとの間に延びて、前記ロータブレードの各々の間にブレード通路（１３４）を定める複数のロータブレード（８０）を含み、前記圧縮機ケーシングが、前記ロータブレードの少なくとも１つのセットを囲んで、前記圧縮機ケーシングと、前記複数のロータブレードの複数のロータブレード先端（８１）との間に環状ギャップ（９０）を定め、
前記圧縮機が更に、
ステータブレード（８６）の少なくとも１つのセット（７８）を備え、
前記ステータブレードの少なくとも１つのセットの各々が、前記圧縮機ケーシングに結合され且つ該圧縮機ケーシングと前記圧縮機ハブとの間に延びて、前記ステータブレードの各々の間にブレード通路を定める複数のステータブレードを含み、該複数のステータブレードが、前記圧縮機ハブと前記複数のステータブレードの複数のステータブレード先端（８７）との間に環状ギャップ（９２）を定めるように前記圧縮機ハブに対して配置され、
前記圧縮機が更に、
半径方向高さを有して前記圧縮機ケーシング及び前記圧縮機ハブのうちの少なくとも一方の内面（８３，８９）に形成された１又はそれ以上の端壁処理部（９４）を備え、
前記１又はそれ以上の端壁処理部が、前記複数のロータブレード先端又は前記複数のステータブレード先端のうちの一方に隣接する流れを流れ除去点の上流側にある前記円筒形流れ通路に戻すように構成され、
前記１又はそれ以上の端壁処理部の各々が、
前記長手方向中心軸線に対して第１の軸方向傾斜角（α１）を含む前方壁（１０２）と、
前記長手方向中心軸線に対して第２の軸方向傾斜角（α２）を含む後方壁（１０４）と、
前記前方壁と前記後方壁の間に延びる外壁（１０６）と、
前記ロータブレードの少なくとも１つのセット又は前記ステータブレードの少なくとも１つのセットのうちの少なくとも一方から張り出すように上流側に延びる軸方向張出部（１０８）と、
前記ロータブレードの少なくとも１つのセット又は前記ステータブレードの少なくとも１つのセットのうちの少なくとも一方と重なり合うように下流側に延びる軸方向重なり部（１１０）と、
前記圧縮機端壁の円周方向面に対する第１の接線方向傾斜角（β１）及び前記圧縮機端壁の円周方向面に対する第２の接線方向傾斜角（β２）と、
を定め、
前記第１の軸方向傾斜角（α１）が前記第２の軸方向傾斜角（α２）と等しくないか、又は前記第１の接線方向傾斜角（β１）が前記第２の接線方向傾斜角（β２）と等しくない、圧縮機（３０）。
【請求項２】
前記１又はそれ以上の端壁処理部が、前記圧縮機ハブ又は前記圧縮機ケーシングうちの少なくとも一方の周りで円周方向に定められた複数の離散的軸方向スロット（９６，１３２）を含む、請求項１に記載の圧縮機（３０）。
【請求項３】
前記各ブレード通路が、０〜１０個の離散的軸方向スロット（９６，１３２）を含む、請求項２に記載の圧縮機（３０）。
【請求項４】
前記１又はそれ以上の端壁処理部が、前記複数のロータブレード又は前記複数のステータブレードのうちの少なくとも一方のスパンの５〜５０％にわたる半径方向高さを有する、請求項１に記載の圧縮機（３０）。
【請求項５】
前記第１の軸方向傾斜角（α１）及び前記第２の軸方向傾斜角（α２）が、１０〜１７０度の範囲にある、請求項１に記載の圧縮機（３０）。
【請求項６】
前記第１の接線方向傾斜角（β１）及び前記第２の接線方向傾斜角（β２）が、１０〜１７０度の範囲にある、請求項１に記載の圧縮機（３０）。
【請求項７】
前記第１の軸方向傾斜角、前記第２の軸方向傾斜角、前記第１の接線方向傾斜角、及び前記第２の接線方向傾斜角が等しくない、請求項１に記載の圧縮機（３０）。
【請求項８】
前記軸方向張出部が、ブレード翼弦長さの−１０〜６０％にある、請求項１に記載の圧縮機（３０）。
【請求項９】
前記軸方向張出部が、前記ブレード翼弦長さの０％にある、請求項１に記載の圧縮機（３０）。
【請求項１０】
前記軸方向重なり部が、ブレード翼弦長さの−１０〜６０％にある、請求項１に記載の圧縮機（３０）。
【請求項１１】
前記軸方向重なり部が、前記ブレード翼弦長さの０％にある、請求項１に記載の圧縮機（３０）。
【請求項１２】
スロット非金属区域が、前記ブレード通路の区域の１０％〜９０％である、請求項１に記載の圧縮機（３０）。
【請求項１３】
ガスタービンエンジン用の軸流圧縮機（３０）であって、
前記圧縮機が、
略円筒形流れ通路（５６）を定め、圧縮機ケーシング（８２）と、長手方向中心軸線（１２）の周りで同心状に且つ該長手方向中心軸線（１２）に沿って同軸状に配置された圧縮機ハブ（８５）とを含む圧縮機端壁と、
ロータブレード（８０）の１又はそれ以上のセット（７６）と、
を備え、
前記ロータブレードの１又はそれ以上のセットの各々が、前記圧縮機ハブに結合され且つ該圧縮機ハブと前記圧縮機ケーシングとの間に延びて、前記ロータブレードの各々の間にブレード通路を定める複数のロータブレード（８０）を含み、前記圧縮機ケーシングが、前記ロータブレードの少なくとも１つのセットを囲んで、前記圧縮機ケーシングと、前記複数のロータブレードの複数のロータブレード先端（８１）との間に環状ギャップ（９０）を定め、
前記圧縮機が更に、
ステータブレード（８６）の１又はそれ以上のセット（７８）を備え、
前記ステータブレードの１又はそれ以上のセットの各々が、前記圧縮機ケーシングに結合され且つ該圧縮機ケーシングと前記圧縮機ハブとの間に延びて、前記ステータブレードの各々の間にブレード通路を定める複数のステータブレードを含み、前記ステータブレードの１又はそれ以上のセットが、前記圧縮機ハブと前記複数のステータブレードの複数のステータブレード先端（８７）との間に環状ギャップ（９２）を定めるように前記圧縮機ハブに対して配置され、
前記圧縮機が更に、
前記圧縮機ハブ又は前記圧縮機ケーシングうちの少なくとも一方の周りで円周方向に定められた１又はそれ以上の軸方向スロット（１３２）を備え、
前記１又はそれ以上の軸方向スロットが、前記複数のステータブレード先端又は前記複数のロータブレード先端のうちの少なくとも一方の周りの漏洩空気の流れを制御するよう構成され、
前記１又はそれ以上の軸方向スロットの各々が、
前記長手方向中心軸線に対して第１の軸方向傾斜角（α１）を含む前方壁（１０２）と、
前記長手方向中心軸線に対して第２の軸方向傾斜角（α２）を含む後方壁（１０４）と、
前記前方壁と前記後方壁の間に延びる外壁（１０６）と、
前記ロータブレードの１又はそれ以上のセット又は前記ステータブレードの１又はそれ以上のセットのうちの少なくとも一方から張り出すように上流側に延びる軸方向張出部（１０８）と、
前記ロータブレードの１又はそれ以上のセット又は前記ステータブレードの１又はそれ以上のセットのうちの少なくとも一方と重なり合うように下流側に延びる軸方向重なり部（１１０）と、
前記圧縮機端壁の円周方向面に対する第１の接線方向傾斜角（β１）及び前記圧縮機端壁の円周方向面に対する第２の接線方向傾斜角（β２）と、
を定め、
前記１又はそれ以上の軸方向スロットの各々の軸方向重なりがそれぞれのブレード通路の０％であるか、又は前記１又はそれ以上の軸方向スロットの各々の軸方向張出がそれぞれのブレード通路の０％である、軸流圧縮機（３０）。
【請求項１４】
前記各ブレード通路が、０〜１０個の離散的軸方向スロット（９６，１３２）を含む、請求項１３に記載の圧縮機（３０）。
【請求項１５】
前記１又はそれ以上の端壁処理部が、前記複数のロータブレード又は前記複数のステータブレードのうちの少なくとも一方のスパンの５〜５０％にわたる半径方向高さを有する、請求項１３に記載の圧縮機（３０）。
【請求項１６】
前記第１の軸方向傾斜角（α１）、前記第２の軸方向傾斜角（α２）、前記第１の接線方向傾斜角（β１）、及び前記第２の接線方向傾斜角（β２）が、１０〜１７０度の範囲にある、請求項１３に記載の圧縮機（３０）。
【請求項１７】
スロット非金属区域が、前記ブレード通路の区域の１０％〜９０％である、請求項１３に記載の圧縮機（３０）。
【請求項１８】
ファン組立体（１６）と、該ファン組立体の下流側のコアエンジン（２０）とを備えたエンジン（１０）であって、
前記コアエンジンが、
圧縮機（３０）と、
燃焼器（３２）と、
タービン（３４）と、
を備え、前記圧縮機、前記燃焼器、及び前記タービンが下流側軸流関係で構成され、
前記圧縮機（３０）が更に、
略円筒形流れ通路（５６）を定め、圧縮機ケーシング（８２）と、長手方向中心軸線（１２）の周りで同心状に且つ該長手方向中心軸線（１２）に沿って同軸状に配置された圧縮機ハブ（８５）とを含む圧縮機端壁と、
ロータブレード（８０）の少なくとも１つのセット（７６）と、
を備え、
前記ロータブレードの少なくとも１つのセットの各々が、前記圧縮機ハブに結合され且つ該圧縮機ハブと前記圧縮機ケーシングとの間に延びる複数のロータブレード（８０）を含み、前記圧縮機ケーシングが、前記ロータブレードの少なくとも１つのセットを囲んで、前記圧縮機ケーシングと、前記複数のロータブレードの複数のロータブレード先端（８１）との間に環状ギャップ（９０）を定め、
前記圧縮機が更に、
ステータブレード（８６）の少なくとも１つのセット（７８）を備え、
前記ステータブレードの少なくとも１つのセットの各々が、前記圧縮機ケーシングに結合され且つ該圧縮機ケーシングと前記圧縮機ハブとの間に延びる複数のステータブレードを含み、前記ステータブレードの少なくとも１つのセットが、前記圧縮機ハブと前記複数のステータブレードの複数のステータブレード先端（８７）との間に環状ギャップ（９２）を定めるように前記圧縮機ハブに対して配置され、
前記圧縮機が更に、
半径方向高さを有して前記圧縮機ケーシング及び前記圧縮機ハブのうちの少なくとも一方の内面（８３，８９）に形成された１又はそれ以上の端壁処理部（９４）を備え、
前記１又はそれ以上の端壁処理部が、前記複数のロータブレード先端に隣接する流れを流れ除去点の上流側にある前記円筒形流れ通路に戻すように構成され、
前記１又はそれ以上の端壁処理部の各々が、
前記長手方向中心軸線に対して第１の軸方向傾斜角（α１）を有する前方壁（１０２）と、
前記長手方向中心軸線に対して第２の軸方向傾斜角（α２）を有する後方壁（１０４）と、
前記前方壁と前記後方壁の間に延びる外壁（１０６）と、
前記ロータブレードの少なくとも１つのセット又は前記ステータブレードの少なくとも１つのセットのうちの少なくとも一方から張り出すように上流側に延びる軸方向張出部（１０８）と、
前記ロータブレードの少なくとも１つのセット又は前記ステータブレードの少なくとも１つのセットのうちの少なくとも一方と重なり合うように下流側に延びる軸方向重なり部（１１０）と、
前記圧縮機端壁の円周方向面に対する第１の接線方向傾斜角（β１）及び前記圧縮機端壁の円周方向面に対する第２の接線方向傾斜角（β２）と、
を定め、
前記第１の軸方向傾斜角（α１）が前記第２の軸方向傾斜角（α２）と等しくないか、又は前記第１の接線方向傾斜角（β１）が前記第２の接線方向傾斜角（β２）と等しくない、もしくはこれら両方が等しくない、エンジン（１０）。
【請求項１９】
前記第１の軸方向傾斜角（α１）、前記第２の軸方向傾斜角（α２）、前記第１の接線方向傾斜角（β１）、及び前記第２の接線方向傾斜角（β２）が、１０〜１７０度の範囲にある、請求項１８に記載のエンジン（１０）。
【請求項２０】
前記コアエンジンが、航空機エンジンで使用するように構成されている、請求項１８に記載のエンジン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で記載される実施形態は、一般に、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、ガスタービンエンジンの軸流圧縮機端壁処理部及びその漏洩流を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、ガスタービンエンジン用の軸流圧縮機は、圧縮機の軸線に沿って配列された複数の段を含むことができる。各段は、ロータディスクと、本明細書でロータブレードとも呼ばれ、ロータディスクの周囲の周りに配列された複数の圧縮機ブレードと、を含むことができる。加えて、各段は更に、ロータブレードに隣接して配置されて圧縮機ケーシングの周囲の周りに配列された複数のステータブレードを含む。
【０００３】
多段軸流圧縮機を用いたガスタービンエンジンの作動中、タービンロータは、タービンによって高速で転回され、空気が圧縮機内に連続的に誘起されるようになる。空気は、回転圧縮機ブレードによって加速され、ステータブレードの隣接する列上に後方に向けて押し流される。各ロータブレード／ステータブレード段は、空気の圧力を増大させる。加えて、作動中、圧縮空気の一部は、圧縮機ブレード及び／又はステータブレードの各々の先端の周りを漏洩流として下流側に通過することができる。このような圧縮空気の漏洩流としての段間漏洩は、圧縮機のストール（失速）点に影響を及ぼす可能性がある。
【０００４】
圧縮機ストールは、圧縮機圧力比を低下させ、燃焼器に供給される空気流を低減し、これによりガスタービンの効率に悪影響を及ぼす可能性がある。軸流型圧縮機における旋回ストールは通常、圧縮機の望ましいピーク性能動作点で発生する。旋回ストール後、圧縮機は、サージ状態又はディープストール状態に移行する可能性があり、これは、効率の損失をもたらし、長期にわたる場合、ガスタービンの故障につながる恐れがある。
【０００５】
固有のロータストール点が動作条件及び圧縮機設計により決定される場合、軸流圧縮機の動作範囲は、一般に、ロータ先端での弱い流れに起因して制限される。この動作範囲を増加させ、ストールマージンを増大させる従来の取り組みは、プラズマ作動及びブレード先端付近での吸引／吹き込みなどの流れ制御ベースの次述を含めていた。しかしながら、このような取り組みは、圧縮機の複雑さ及び重量を有意に増大させる。他の取り組みは、円周方向溝、軸方向溝、又は同様のものなどの端壁処理部を含む。早期の取り組みでは、設計点の効率にかなりの影響を与えたが、ストールマージンへの利点は極めて僅かであった。
【０００６】
従って、ガスタービンエンジンの軸流圧縮機及び１又はそれ以上のブレード先端の周りの漏洩流の制御方法に対する改善の要求がある。具体的には、このような圧縮機は、ロータブレード及び／又はステータブレードに近接した端部処理部を望ましい漏洩流循環をもたらすよう注意深く設計することにより、圧縮空気の漏洩を制御することができる。このような漏洩制御は、設計点効率に対する有害な影響を最小にしながら、圧縮機及びガスタービンエンジン全体の動作範囲及びサージマージンを増大させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第８，７７７，５５８号明細書
【発明の概要】
【０００８】
本開示の態様及び利点は、以下の説明において記載され、又は本説明から明らかになることができ、或いは、本開示を実施することによって理解することができる。
【０００９】
１つの態様において、圧縮機が提供される。圧縮機は、略円筒形流れ通路を定める圧縮機端壁を含む。圧縮機端壁は、圧縮機ケーシングと、長手方向中心軸線の周りで同心状に且つ該長手方向中心軸線に沿って同軸状に配置された圧縮機ハブと、ロータブレードの少なくとも１つのセットと、ステータブレードの少なくとも１つのセットと、半径方向高さを有して圧縮機ケーシング及び圧縮機ハブのうちの少なくとも一方の内面に形成された１又はそれ以上の端壁処理部と、を含む。ロータブレードの少なくとも１つのセットの各々は、圧縮機ハブに結合され且つ該圧縮機ハブと圧縮機ケーシングとの間に延びて、ロータブレードの各々の間にブレード通路を定める複数のロータブレードを含む。圧縮機ケーシングは、ロータブレードの少なくとも１つのセットを囲んで、圧縮機ケーシングと、複数のロータブレードの複数のロータブレード先端との間に環状ギャップを定める。ステータブレードの少なくとも１つのセットの各々は、圧縮機ケーシングに結合され且つ該圧縮機ケーシングと圧縮機ハブとの間に延びて、ステータブレードの各々の間にブレード通路を定める複数のステータブレードを含む。複数のステータブレードは、圧縮機ハブと複数のステータブレードの複数のステータブレード先端との間に環状ギャップを定めるように圧縮機ハブに対して配置される。１又はそれ以上の端壁処理部は、複数のロータブレード先端又は複数のステータブレード先端のうちの一方に隣接する流れを流れ除去点の上流側にある円筒形流れ通路に戻すように構成される。端壁処理部の各々が、長手方向中心軸線に対して第１の軸方向傾斜角（α１）を含む前方壁と、長手方向中心軸線に対して第２の軸方向傾斜角（α２）を含む後方壁と、前方壁と後方壁の間に延びる外壁と、ロータブレードの少なくとも１つのセット又はステータブレードの少なくとも１つのセットのうちの少なくとも一方から張り出すように上流側に延びる軸方向張出部と、ロータブレードの少なくとも１つのセット又はステータブレードの少なくとも１つのセットのうちの少なくとも一方と重なり合うように下流側に延びる軸方向重なり部と、圧縮機端壁の円周方向面に対する第１の接線方向傾斜角（β１）及び圧縮機端壁の円周方向面に対する第２の接線方向傾斜角（β２）と、を定める。第１の軸方向傾斜角（α１）が第２の軸方向傾斜角（α２）と等しくないか、又は第１の接線方向傾斜角（β１）が第２の接線方向傾斜角（β２）と等しくない。
【００１０】
別の態様において、軸流圧縮機が提供される。軸流圧縮機は、略円筒形流れ通路を定める圧縮機端壁と、ロータブレードの１又はそれ以上のセットと、ステータブレードの１又はそれ以上のセットと、１又はそれ以上の軸方向スロットと、を含む。圧縮機端壁は、圧縮機ケーシングと、長手方向中心軸線の周りで同心状に且つ該長手方向中心軸線に沿って同軸状に配置された圧縮機ハブとを含む。ロータブレードの１又はそれ以上のセットの各々は、圧縮機ハブに結合され且つ該圧縮機ハブと圧縮機ケーシングとの間に延びて、ロータブレードの各々の間にブレード通路を定める複数のロータブレードを含む。圧縮機ケーシングは、ロータブレードの少なくとも１つのセットを囲んで、圧縮機ケーシングと、複数のロータブレードの複数のロータブレード先端との間に環状ギャップを定める。ステータブレードの１又はそれ以上のセットの各々は、圧縮機ケーシングに結合され且つ該圧縮機ケーシングと圧縮機ハブとの間に延びて、ステータブレードの各々の間にブレード通路を定める複数のステータブレードを含む。ステータブレードは、圧縮機ハブと複数のステータブレードの複数のステータブレード先端との間に環状ギャップを定めるように圧縮機ハブに対して配置される。１又はそれ以上の軸方向スロットは、圧縮機ハブ又は圧縮機ケーシングうちの少なくとも一方の周りで円周方向に定められる。１又はそれ以上の軸方向スロットは、複数のステータブレード先端又は複数のロータブレード先端のうちの少なくとも一方の周りの漏洩空気の流れを制御するよう構成される。１又はそれ以上の軸方向スロットの各々が、長手方向中心軸線に対して第１の軸方向傾斜角（α１）を含む前方壁と、長手方向中心軸線に対して第２の軸方向傾斜角（α２）を含む後方壁と、前方壁と後方壁の間に延びる外壁と、ロータブレードの１又はそれ以上のセット又はステータブレードの１又はそれ以上のセットのうちの少なくとも一方から張り出すように上流側に延びる軸方向張出部と、ロータブレードの１又はそれ以上のセット又はステータブレードの１又はそれ以上のセットのうちの少なくとも一方と重なり合うように下流側に延びる軸方向重なり部と、圧縮機端壁の円周方向面に対する第１の接線方向傾斜角（β１）及び圧縮機端壁の円周方向面に対する第２の接線方向傾斜角（β２）と、を定める。１又はそれ以上の軸方向スロットの各々の軸方向重なりがそれぞれのブレード通路の０％であるか、又は１又はそれ以上の軸方向スロットの各々の軸方向張出がそれぞれのブレード通路の０％である。
【００１１】
更に別の態様において、エンジンが提供される。エンジンは、ファン組立体と、該ファン組立体の下流側のコアエンジンとを含む。コアエンジンは、圧縮機と、燃焼器と、タービンと、を含む。圧縮機、燃焼器、及びタービンは、下流側軸流関係で構成される。圧縮機は更に、略円筒形流れ通路を定める圧縮機端壁と、ロータブレードの少なくとも１つのセットと、ステータブレードの少なくとも１つのセットと、１又はそれ以上の端壁処理部と、を含む。圧縮機端壁は、圧縮機ケーシングと、長手方向中心軸線の周りで同心状に且つ該長手方向中心軸線に沿って同軸状に配置された圧縮機ハブと、を含む。ロータブレードの少なくとも１つのセットの各々は、圧縮機ハブに結合され且つ該圧縮機ハブと圧縮機ケーシングとの間に延びる複数のロータブレードを含む。圧縮機ケーシングは、ロータブレードの少なくとも１つのセットを囲んで、圧縮機ケーシングと、複数のロータブレードの複数のロータブレード先端との間に環状ギャップを定める。ステータブレードの少なくとも１つのセットの各々は、圧縮機ケーシングに結合され且つ該圧縮機ケーシングと圧縮機ハブとの間に延びる複数のステータブレードを含む。ステータブレードは、圧縮機ハブと複数のステータブレードの複数のステータブレード先端との間に環状ギャップを定めるように圧縮機ハブに対して配置される。端壁処理部は、圧縮機ケーシングの内面にある半径方向高さを有して形成され、複数のロータブレード先端に隣接する流れを流れ除去点の上流側にある円筒形流れ通路に戻すように構成される。１又はそれ以上の端壁処理部の各々は、長手方向中心軸線に対して第１の軸方向傾斜角（α１）を有する前方壁と、長手方向中心軸線に対して第２の軸方向傾斜角（α２）を有する後方壁と、前方壁と後方壁の間に延びる外壁と、ロータブレードの少なくとも１つのセット又はステータブレードの少なくとも１つのセットのうちの少なくとも一方から張り出すように上流側に延びる軸方向張出部と、ロータブレードの少なくとも１つのセット又はステータブレードの少なくとも１つのセットのうちの少なくとも一方と重なり合うように下流側に延びる軸方向重なり部と、圧縮機端壁の円周方向面に対する第１の接線方向傾斜角（β１）及び圧縮機端壁の円周方向面に対する第２の接線方向傾斜角（β２）と、を定め、第１の軸方向傾斜角（α１）が第２の軸方向傾斜角（α２）と等しくないか、又は第１の接線方向傾斜角（β１）が第２の接線方向傾斜角（β２）と等しくない、もしくはこれら両方が等しくない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図示され本明細書で説明される１又はそれ以上実施形態による、端壁処理部を有する圧縮機を備えた航空機エンジンの一部の長手方向概略断面図。当該技術分野で公知の圧縮機の一部の長手方向概略断面図。
【図２】図示され本明細書で説明される１又はそれ以上実施形態による、端壁処理部を含む図１の航空機エンジンの圧縮機の一部の長手方向概略断面図。
【図３】図示され本明細書で説明される１又はそれ以上実施形態による、端壁処理部を含む図３の圧縮機の長手方向概略断面図。
【図４】図示され本明細書で説明される１又はそれ以上実施形態による、端壁処理部を含む図３の圧縮機の一部の概略等角図。
【図５】図示され本明細書で説明される１又はそれ以上実施形態による、端壁処理部を含む圧縮機の代替の実施形態の長手方向概略断面図。
【図６】図示され本明細書で説明される１又はそれ以上実施形態による、端壁処理部を含む圧縮機の代替の実施形態の長手方向概略断面図。
【図７】図示され本明細書で説明される１又はそれ以上実施形態による、端壁処理部を含む圧縮機の代替の実施形態の長手方向概略断面図。
【図８】図示され本明細書で説明される１又はそれ以上実施形態による、端壁処理部を含む、線９−９から見た図７の圧縮機の軸方向概略断面図。
【図９】図示され本明細書で説明される１又はそれ以上実施形態による、端壁処理部を含む圧縮機の代替の実施形態の軸方向概略断面図。
【図１０】図示され本明細書で説明される他の実施形態による、端壁処理部を含む圧縮機の代替の実施形態の軸方向概略断面図。
【図１１】図示され本明細書で説明される１又はそれ以上実施形態による、端壁処理部を含む１又はそれ以上の圧縮機の利点を例示したグラフ図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
複数の図面全体を通じて対応する参照符号は、対応する要素を示している。
【００１４】
本開示は、単に例証の目的で特定の実施形態を参照して説明されるが、本開示の他の目的及び利点は、本開示による図面に関する以下の説明により明らかになるであろう。好ましい実施形態が開示されるが、これらは限定を意図するものではない。むしろ、本明細書で記載される一般原理は、単に本開示の範囲の例示とみなされ、本開示の範囲から逸脱することなく多くの変更を行うことができることを更に理解されたい。
【００１５】
以下では、添付図面を参照しながら、本開示の好ましい実施形態を説明する。加えて、本明細書を通して「１つの実施形態」、「別の実施形態」、「実施形態」及び同様のものなどとして言及することは、実施形態に関連して説明される特定の要素（例えば、特徴、構造、及び／又は特性）が本明細書で記載される少なくとも１つの実施形態に含まれており、他の実施形態に存在する場合もあり、存在しない場合もあることを意味する。本明細書で記載される本発明の特徴要素は、種々の実施形態において何らかの好適な方法で組み合わせることができることを理解されたい。また、「頂部」、「底部」、「外向き」、「内向き」及び類似のものは、便宜的な用語であって、限定する用語として解釈すべきものではないことを理解されたい。用語「第１」、「第２」及び類似のものは、何らかの順序、数量、又は重要度を示すものではなく、むしろある要素を別の要素と区別するために使用される点に留意されたい。「１つの」といった用語は、本明細書においては数量の限定を表しておらず、言及された品目の少なくとも１つが存在することを表している。数量に関して使用される「約」という修飾語は、記載の数値を包含し且つ前後の文脈によって決まる意味を有する（例えば、特定の数量の測定値に付随するある程度の誤差を含む）。
【００１６】
本明細書で開示される実施形態は、圧縮機を通る漏洩流を制御するための１又はそれ以上の端壁処理部を含む航空機エンジンの圧縮機装置に関する。圧縮機を通る漏洩流の既知の制御手段とは対照的に、本明細書で開示される端壁処理部は、圧縮機の作動性の限界の拡大、圧縮機の効率損失の最小化、及び結果として生じるロータストールの遅延を提供する。
【００１７】
種々の図全体を通して同一の参照符号が同じ要素を表す図面を参照すると、図１及び２は、例証の目的で、例示的な航空機エンジン組立体１０の概略図を示す。本明細書で記載される実施形態は、産業用に使用されるガスタービンのような定置型のガスタービンにも同様に適用可能である。図３に示されるエンジン組立体１０の一部は、図１においては破線で示される点に留意されたい。エンジン組立体１０は、長手方向中心線又は長手方向中心軸線１２と、該長手方向中心軸線１２の周りに同心状に且つ長手方向中心軸線１２に沿って同軸状に配置された固定の外側環状ファンケーシング１２とを有する。加えて、エンジン組立体１０は、半径方向軸線１３を有する。例示的な実施形態において、エンジン組立体１０は、ファン組立体１６、ブースタ圧縮機１８、コアガスタービンエンジン２０、並びにファン組立体１６及びブースタ圧縮機１８に結合することができる低圧タービン２２を含む。ファン組立体１６は、ファンロータディスク２６から実質的に半径方向外向きに延びる複数のロータファンブレード２４、並びに複数の構造ストラット部材２８と、ロータファンブレード２４の下流側に位置することができる出口ガイドベーン（ＯＧＶ）２９とを含む。この実施例においては、空力的及び構造的機能のために別個の部材が設けられる。他の構成において、ＯＧＶ２９の各々は、環状ファンケーシングのための空力的要素と構造的支持の両方とすることができる。ブースタ圧縮機は、第１の駆動シャフト４０に結合された圧縮機ロータディスク又はハブ３７から実質的に半径方向外向きに延びる複数のロータブレード３５を含む。
【００１８】
コアガスタービンエンジン２０は、高圧圧縮機３０、燃焼器３２、及び高圧タービン３４を含む。高圧圧縮機３０は、圧縮機ハブ３８から実質的に半径方向外向きに延びる複数のロータブレード３６を含む。高圧圧縮機３０及び高圧タービン３４は、第２の駆動シャフト４１により共に結合される。第１及び第２の駆動シャフト４０，４１は、軸受４３に回転可能に装着され、該軸受４３自体は、ファンフレーム４５及びタービン後方フレーム４７に装着される。エンジン組立体１０はまた、ファン吸気口４９を定める吸気側４４と、コアエンジン排気側４６と、ファン排気側４８とを含む。
【００１９】
作動中、ファン組立体１６は、吸気側４４を通ってエンジン組立体１０に流入する空気を圧縮する。ファン組立体１６から流出する空気流が分割され、空気流の一部５０がブースタ圧縮機１８に圧縮空気流として送られ、空気流の残りの部分５２がブースタ圧縮機１８及びコアガスタービンエンジン２０をバイパスして、バイパス空気としてバイパスダクト５１を介してファン排気側４８を通ってエンジン組立体１０から流出する。より具体的には、バイパスダクト５１は、ファンケーシング１４の内壁１５と、ブースタケーシング１９の外壁１７との間に延びる。空気流のこの部分５２は、本明細書でバイパス空気流５２とも呼ばれ、構造ストラット部材２８、出口ガイドベーン２９、及び熱交換装置５４を通過して、これらと相互作用する。複数のロータブレード２４は、空気流５０を圧縮して圧縮した空気流５０をコアガスタービンエンジン２０に向けて送給する。また、空気流５０は更に、高圧圧縮機３０により更に圧縮されて、燃焼器３２に送給される。その上、燃焼器３２からの圧縮空気流５０は、回転高圧タービン３４及び低圧タービン２２を駆動し、コアエンジン排気側４６を通ってエンジン組立体１０から流出する。
【００２０】
ここで図２を参照すると、当該技術分野で一般的に知られ従来技術として表記される圧縮機６０の一部が概略的に示される。圧縮機６０は、円周方向に離間して配置され、圧縮機ハブ６６から圧縮機ケーシング６４に向けて半径方向外向きに延びるロータブレード６２の複数のセットを含む。円周方向に離間して配置されたステータブレード６８の複数のセット（そのうちの単一のステータブレードだけが図示されている）は、ロータブレード６２の各セットに隣接して位置付けられ、これらが組み合わされて複数の段７０の１つを形成する（そのうちの単一の段だけが図示されている）。ステータブレード６８の各々は、圧縮機ケーシング６４に堅固に結合され、半径方向内向きに延びて圧縮機ハブ６６と相互連結する。ロータブレード６２の各々は、圧縮機ケーシング６４により取り囲まれ、環状ギャップ７２が、圧縮機ケーシング６４とロータブレード６２のセットにおける各ブレードのロータブレード先端６３との間に定められるようになる。同様に、ステータブレード６８は、圧縮機ハブ６６に対して、該圧縮機ハブ６６とステータブレード６８の各々のステータブレード先端６９との間に環状ギャップ７３が定められるように配置される。
【００２１】
作動中、圧縮機６０の作動範囲は、一般に、方向を示す矢印７４で示されるように、ロータブレード先端６３に近接した漏洩流に起因して制限される。加えて、漏洩流（図示せず）は、ステータブレード先端６９に近接して存在することができる。固有ロータストール点は、動作条件及び圧縮機設計によって決定付けられる。この動作範囲を拡大するために、従来の圧縮機は、漏洩流の再配向及び／又は最小化による動作範囲の増大をもたらすことを企図して、円周方向溝のような端壁処理部（図示せず）を含めていた。
【００２２】
図３をより具体的に参照すると、図１で提示されたような新規の圧縮機３０の一部が示されている。図示のように、例示的な実施形態において、航空機エンジン組立体１０及びより詳細には圧縮機３０は、ロータブレードの少なくとも１つのセット７６を備え、各セットは、円周方向に離間して配置され、第１の駆動シャフト４０に結合された圧縮機ハブ又はロータディスク８４から圧縮機ケーシング８２に向かって半径方向外向きに延びる複数のロータブレード８０を含む。ステータブレードの少なくとも１つのセット７８は、各セットが複数の円周方向に離間して配置されたステータブレード８６を含み、ロータブレードの各セット７６に隣接してこれらが組み合わされて複数の段のうちの１つを形成する。ステータブレード８６は、圧縮機ケーシング８２に堅固に結合され、半径方向内向きに延びて圧縮機ハブ８５と相互連結する。複数の段８８の各々は、圧縮空気の流れを圧縮機３０に通して配向する。ロータブレード８０は、圧縮機ケーシング８２によって囲まれ、圧縮機ケーシング面８２と、ロータブレード８０の各々のロータブレード先端８１との間に環状ギャップ９０が定められるようになる。同様に、ステータブレード８６は、圧縮機ハブ８５に対して、該圧縮機ハブ８５とステータブレード８６の各々のステータブレード先端８７との間に環状ギャップ９２が定められるように配置される。
【００２３】
当該技術分野で典型的であるように、各ギャップ９０，９２は、ロータブレード８０及びステータブレード８６をそれぞれバイパスして漏洩流７４（図２）を定める圧縮空気５０の量を最小限にするようなサイズにされる。ロータブレード先端８１及び／又はステータブレード先端８７に近接した圧縮空気５０の当該部分の再循環を提供するため、本明細書で開示される新規の圧縮機３０は、１又はそれ以上の端壁処理部９４を含む。本明細書で使用される用語「端壁」は、圧縮機ケーシング８２及び／又は圧縮機ハブ８５を含み、略円筒形の流れ通路５６を提供することを意図している。
【００２４】
ここで図４及び５を参照すると、図４は、１又はそれ以上の端壁処理部９４（その１つだけが図示されている）を含む、圧縮機３０の一部の長手方向断面を概略的に示している。図５は、例証の目的でケーシング８２の一部が取り除かれた、１又はそれ以上の端壁処理部９４及びそのロータブレード８０に対する位置決めを概略等角図で示している。図示のように、この特定の実施形態において、１又はそれ以上の端壁処理部９４は、圧縮機ケーシング８２の内面８３内に形成され且つロータブレード先端８１に近接してその周りに円周方向に配置された複数の離散的スロット９６として構成される。（複数のスロット９６のうちの）スロットの各々は、一般に、主軸、より詳細には長手方向中心軸線１２（図１）に沿って整列され、これらのスロットにおける流れ再循環がほぼこの主軸方向に沿うようになる。流れ再循環の方向を示す矢印９８で示されるように、１又はそれ以上の端壁処理部９４は、複数のロータブレード先端８１に隣接する流れ５０を、流れ５０の排除点の上流側にある円筒形流れ通路５６に再循環する、より詳細には戻すように構成される。各スロット９６は、ロータブレード先端８１にわたる流れ再循環９８を可能にするこの主方向の平面の断面を有する。スロット９６の各々の位置、配向、断面定義、及び追加の幾何形状パラメータは、安定動作範囲の拡大を要求する何らかの用途における特定の解決策を提供するよう最適化することができる。
【００２５】
具体的に、例示的な図示の実施形態において、１又はそれ以上の端壁処理部９４、より詳細には複数の離散的スロット９６は、圧縮機ケーシング８２とロータブレード先端８１との間の圧縮空気の漏洩流の好ましくない作用を低減することができる。より具体的には、複数の離散的スロット９６は、無用な漏洩流を有用な流れに変換してストールマージンを増大させることができる。より具体的には、複数の離散的スロット９６は、無用な漏洩流を有用な流れに変換してストールマージンを増大させることができる。ステータブレード８６は、圧縮空気をロータブレード８０に向けて配向する。圧縮空気は、ステータブレード８６が静止し且つ複数の段８８の各々を通って流れる空気を圧縮しながら圧縮機３０の長手方向中心軸線１２の周りに回転するロータブレード８０から入力される追加の仕事を抽出する。このようにして、ロータブレード８０は、隣接するステータブレード８６と協働して空気５０の流入流れに運動エネルギーを与えて、これを圧縮し、燃焼器３２に送給する。他のタイプの圧縮機構成も用いることができる。
【００２６】
１又はそれ以上の端壁処理部９４、及びより詳細には複数の離散的スロット９６は、ロータブレード先端８１に曝される流れ５０の一部５８（本明細書で漏洩流とも呼ばれる）から後方セグメント１００を通る弱い先端流を最初に抽出することにより、ロータストールを遅延させるのに役立つ。次いで、流れ５０の一部５８は、スロット９６の各々内で再循環されて増強され、再注入流５９として前方セグメントを通ってロータブレード８０の前方の主流５０に注入して戻される。ロータブレード先端８１に対する複数のスロット９６の位置、ケーシング８２の周りの円周方向分配、及び複数のスロット９６の繰り返しパターンが例証として示される点は理解されたい。実際に、１又はそれ以上の端壁処理部９４の特定の構成は、これらが配備される用途に最適化される。
【００２７】
図４を再度参照すると、複数のスロット９６は、複数のロータブレード８０、及びより詳細にはロータブレード先端８１に関連して構成される。図示のように、複数のスロット９６の各々は、前方壁１０２、後方壁１０４、及び前方壁１０２と後方壁１０４の間の外壁１０６によって定められる。複数のスロット９６の各々は更に、軸方向張出部１０８、軸方向重なり部１１０、半径方向高さ１１２、長手方向中心軸線１２（図１）に対する第１の軸方向傾斜角α１、長手方向中心軸線１２（図１）に対する第２の軸方向傾斜角α２、第１の接線方向傾斜角、及び第２の接線方向傾斜角（現在説明されている）によって定められる。１つの実施形態において、軸方向張出部１０８は、ロータブレード８０の上流側に延び、より詳細には、ロータブレード８０の前方ブレード縁部先端８１と一致して前方壁１０２まで延びている。軸方向張出部１０８は、軸方向翼弦「ｙ」の−１０％〜６０％の範囲に及ぶことができる。軸方向翼弦「ｙ」の−１０％である軸方向張出部１０８とは、スロット９６の前方壁１０２が前方ブレード縁部先端８１の下流側１０％に位置することを意味する点を理解されたい。軸方向重なり部１１０は、ロータブレード８０の前方ブレード縁部先端８１から下流側方向で延び、これによりロータブレード８０の一部と基本的に重なり合う。軸方向重なり部１１０は、軸方向翼弦「ｙ」の−１０％〜１００％の範囲に及ぶことができる。軸方向翼弦「ｙ」の−１０％である軸方向重なり部１１０とは、スロット９６の後方壁１０４が前方ブレード縁部先端８１の上流側１０％に位置することを意味する点を理解されたい。１つの実施形態において、複数のスロット９６の各々の半径方向高さ１１２は、ロータブレード８０のスパン「ｘ」の約５〜５０％である。
【００２８】
上記で示され図示されているように、複数のスロット９６の各々の前方壁１０２及び後方壁１０４は、ケーシング８２の長手方向中心軸線１２に対して１又はそれ以上の角度（軸方向傾斜角α１及びα２と呼ばれる）で傾斜するよう独立して設計される。１つの実施形態において、第１の軸方向傾斜角α１及び第２の軸方向傾斜角α２は、１０〜１７０度の間である。１つの実施形態において、第１の軸方向傾斜角α１及び第２の軸方向傾斜角α２は等しいとすることができる。１つの実施形態において、第１の軸方向傾斜角α１及び第２の軸方向傾斜角α２は等しくないものとすることができる。１つの実施形態において、第１の軸方向傾斜角α１は、流入する主流５０と複数のスロット９６の各々から再注入された流れ５９との間の混合損失を最小限にするために、流入する主流５０と整列される。他方、第２の軸方向傾斜角α２は、主流５０から低運動量流体を効果的に抽出するよう設計される。
【００２９】
ここで図６を参照すると、図３〜５の圧縮機３０とほぼ同様の圧縮機１２０の代替の実施形態の一部が示されている。上記で示されるように、開示の実施形態全体を通じて同じ要素は同じ参照符号を有する。上記で開示された実施形態と同様に、圧縮機１２０は、円周方向に離間して配置され、圧縮機ハブ８５からロータブレード先端８１まで圧縮機ケーシング６４に向けて半径方向外向きに延びる複数のロータブレード８０を含む。複数の円周方向に離間して配置されたステータブレード８６は、ロータブレード８０の各セットに隣接して位置付けられ、これらが組み合わされて複数の段８８の１つを形成する。ステータブレード８６は、圧縮機ケーシング８２に堅固に結合され、圧縮機ケーシング８２からステータブレード先端８７まで圧縮機ハブ８５に向けて半径方向内向きに延びる。複数の段８８の各々は、圧縮空気の流れを圧縮機１２を通して配向する。
【００３０】
この特定の実施形態において、ロータブレード先端８１及びステータブレード先端８７に近接して圧縮空気５０の当該部分５８の再循環を提供するために、新規の圧縮機１２０は、ケーシング８２及びハブ８５の両方の周りで円周方向に延びる複数の離散的スロット９６として構成された１又はそれ以上の端壁処理部９４を含む。より具体的には、この特定の実施形態において、スロット９６は、ハブ８５の内面８９内のハブハードウェア、及びケーシング８２の内面内のケーシングハードウェアの両方に埋め込まれる。ハブハードウェアのみに埋め込まれた複数のスロット９６を含む実施形態が予期される点は理解されたい。
【００３１】
複数のスロット９６は、複数のロータブレード８０及びより詳細にはロータブレード先端８１、並びにステータブレード８６及びより詳細にはステータブレード先端８７に関連して構成される。上述の実施形態と同様に、複数のスロット９６の各々は、前方壁１０２、後方壁１０４、及び前方壁１０２と後方壁１０４の間の外壁１０６によって定められる。複数のスロット９６の各々は更に、軸方向張出部１０８、軸方向重なり部１１０、半径方向高さ１１２、第１の軸方向傾斜角α１、第２の軸方向傾斜角α２、第１の接線方向傾斜角、及び第２の接線方向傾斜角（現在説明されている）によって定められる。
【００３２】
ロータブレード８０に近接して構成された軸方向スロット９６に関して、軸方向張出部１０８は、ロータブレード８０の上流側に延び、より詳細にはロータブレード８０の前方ブレード縁部先端８１と一致して前方壁１０２まで延びている。軸方向張出部１０８は、軸方向翼弦「ｙ」の−１０％〜６０％の範囲に及ぶことができる。軸方向翼弦「ｙ」の−１０％である軸方向張出部１０８とは、スロット９６の前方壁１０２が前方ブレード縁部先端８１の下流側１０％に位置することを意味する点を理解されたい。軸方向重なり部１１０は、ロータブレード８０の前方ブレード縁部先端８１から下流側方向で延び、これによりロータブレード８０の一部と基本的に重なり合う。軸方向重なり部１１０は、軸方向翼弦「ｙ」の−１０％〜１００％の範囲に及ぶことができる。軸方向翼弦「ｙ」の−１０％である軸方向重なり部１１０とは、スロット９６の後方壁１０４が前方ブレード縁部先端８１の上流側１０％に位置することを意味する点を理解されたい。
【００３３】
ステータブレード８６に近接して構成された軸方向スロット９６に関して、軸方向張出部１０８は、ステータブレード８６の上流側に延び、より詳細にはステータブレード８６の前方ブレード縁部先端８７と一致して前方壁１０２まで延びている。軸方向張出部１０８は、軸方向翼弦「ｙ」の−１０％〜６０％の範囲に及ぶことができる。軸方向翼弦「ｙ」の−１０％である軸方向張出部１０８とは、スロット９６の前方壁１０２が後方ブレード縁部先端８７の下流側１０％に位置することを意味する点を理解されたい。軸方向重なり部１１０は、ステータブレード８６の前方ブレード縁部先端８７から下流側方向で延び、これによりステータブレード８６の一部と基本的に重なり合う。軸方向重なり部１１０は、軸方向翼弦「ｙ」の−１０％〜１００％の範囲に及ぶことができる。軸方向翼弦「ｙ」の−１０％である軸方向重なり部１１０とは、スロット９６の後方壁１０４が前方ブレード縁部先端８７の上流側１０％に位置することを意味する点を理解されたい。１つの実施形態において、複数のスロット９６の各々の半径方向高さ１１２は、ロータブレード８０及びステータブレード８６のスパン「ｘ」の約５〜５０％である。
【００３４】
上記で示され図示されているように、複数のスロット９６の各々の前方壁１０２及び後方壁１０４は、ケーシング８２の長手方向中心軸線１２に対して１又はそれ以上の角度（軸方向傾斜角α１及びα２と呼ばれる）で傾斜するよう独立して設計される。１つの実施形態において、第１の軸方向傾斜角α１及び第２の軸方向傾斜角α２は、１０〜１７０度の間である。１つの実施形態において、第１の軸方向傾斜角α１及び第２の軸方向傾斜角α２は等しいとすることができる。１つの実施形態において、第１の軸方向傾斜角α１及び第２の軸方向傾斜角α２は等しくないものとすることができる。１つの実施形態において、第１の軸方向傾斜角α１は、流入する主流５０と複数のスロット９６の各々から再注入された流れ５９との間の混合損失を最小限にするために、流入する主流５０と整列される。他方、第２の軸方向傾斜角α２は、主流５０から低運動量流体を効果的に抽出するよう設計される。
【００３５】
図３〜６において開示される実施形態は、図示のように、複数の軸方向スロット９６の形態で１又はそれ以上の端壁処理部９４を含む。例示するように、軸方向スロット９６の各々は、前方壁１０２から後方壁１０４まで全体的に湾曲を有する幾何形状を含む。湾曲を適切に選択することにより、スロット内の空力的損失を最小限にすることができる。軸方向スロット９６の各々は、安定動作範囲の拡大を要求する何らかの用途における特定の解決策を提供するよう最適化することができる。最適化することができる態様の一部には、限定ではないが、（ｉ）前方壁１０２の軸方向傾斜角α１及びスロット９６の後方壁１０４の軸方向傾斜角α２、（ｉｉ）スロット９６の接線方向傾斜角（現在説明されている）、（ｉｉｉ）スロット９６の半径方向高さ１１２、（ｉｖ）軸方向張出部１０８の長さ及び軸方向重なり部１１０の長さ、（ｖ）スロット９６間及び各スロット９６（現在説明されている）内の接線方向スペース、（ｖｉ）端壁（現在説明されている）の周りに円周方向に離間して配置された複数のスロット９６、（ｖｉｉ）半径方向−軸方向平面で見たときの各スロット９６の全体幾何形状断面、及び（ｖｉｉｉ）半径方向、軸方向及び円周方向における上記パラメータの何らかの変分、を含む。
【００３６】
ここで図７〜９を参照すると、図３〜５の圧縮機３０とほぼ同様の圧縮機１３０の代替の実施形態の一部が例示される。上記で示されたように、開示される実施形態全体を通じて同じ要素は同じ参照符号を有する。上記で開示された実施形態と同様に、圧縮機１３０は、円周方向に離間して配置され、圧縮機ハブ８５からロータブレード先端８１まで圧縮機ケーシング８２に向けて半径方向外向きに延びる複数のロータブレード８０を含む。複数の円周方向に離間して配置されたステータブレード８６は、ロータブレード８０の各セットに隣接して位置付けられ、圧縮機ケーシング８２に結合され、圧縮機ケーシング８２からステータブレード先端８７まで圧縮機ハブ８５に向けて半径方向内向きに延び、これらが組み合わされて複数の段８８の１つを形成する。圧縮機１３２は、方向を示す矢印１３３で示されるように、エンジン１０（図１）の長手方向中心軸線１２（図１）の周りに回転可能である。
【００３７】
図７〜９の実施形態において、ロータブレード先端８１に近接した圧縮空気５０の当該部分５８の再循環を提供するため、新規の圧縮機１３０は、ケーシング８２の周りで円周方向に延びる複数のスロット１３２として構成される１又はそれ以上の端壁処理部を含む。例示の実施形態において、複数のスロット１３２がケーシングハードウェア内に埋め込まれて図示されている。ハブハードウェアのみに埋め込まれた複数のスロット、又はハブとケーシングハードウェアの両方に埋め込まれた複数のスロットを含む実施形態が予期される点は理解されたい。
【００３８】
複数のスロット１３２は、複数のロータブレード８０及びより詳細にはロータブレード先端８１に関連して構成される。代替の実施形態において、複数のスロット１３２は、ハブハードウェアに、又はハブハードウェアとケーシングハードウェアの両方に埋め込むことができる。上述の実施形態と同様に、複数のスロット１３２の各々は、前方壁１０２、後方壁１０４、及び前方壁１０２と後方壁１０４の間の外壁１０６によって定められる。複数のスロット１３２の各々は更に、図９において最もよく例示されるように、軸方向張出部１０８、軸方向重なり部１１０、半径方向高さ１１２、第１の軸方向傾斜角α１、第２の軸方向傾斜角α２、圧縮機端壁の円周方向面に対する第１の接線方向傾斜角β１、及び圧縮機端壁の円周方向面に対する第２の接線方向傾斜角β２（現在説明されている）によって定められる。１つの実施形態において、第１の軸方向傾斜角α１及び第２の軸方向傾斜角α２は等しいとすることができる。１つの実施形態において、第１の軸方向傾斜角α１及び第２の軸方向傾斜角α２は等しくないものとすることができる。１つの実施形態において、第１の軸方向傾斜角α１は、流入する主流５０と複数のスロット９６の各々から再注入された流れ５９との間の混合損失を最小限にするために、流入する主流５０と整列される。他方、第２の軸方向傾斜角α２は、主流５０から低運動量流体を効果的に抽出するよう設計される。
【００３９】
１つの実施形態において、軸方向張出部１０８は、ロータブレード８０の上流側に延び、より詳細には、ロータブレード８０の前方ブレード縁部先端８１と一致して前方壁１０２まで延びている。軸方向張出部１０８は、軸方向翼弦「ｙ」の−１０％〜６０％の範囲に及ぶことができる。軸方向重なり部１１０は、ロータブレード８０の前方ブレード縁部先端８１から下流側方向で延び、これによりロータブレード８０の一部と基本的に重なり合う。軸方向重なり部１１０は、軸方向翼弦「ｙ」の−１０％〜１００％の範囲に及ぶことができる。１つの実施形態において、複数のスロット９６の各々の半径方向高さ１１２は、ロータブレード８０のスパン「ｘ」の約５〜５０％である。
【００４０】
図７において最もよく例示されるように、軸方向張出部１０８は、ロータブレード８０の上流側に延び、より詳細には、ロータブレード８０の前方ブレード先端８１と一致して前方壁１０２まで延びている。軸方向重なり部１１０は、ロータブレード８０の前方ブレード先端８１から下流側方向で延び、これによりロータブレード８０の一部と基本的に重なり合う。
【００４１】
図７において最もよく例示されるように、左側のロータブレード８０上に示されるスロット１３２の代替の実施形態において、端壁処理部は、前方縁部ブレード先端８１の上流側に全体的に位置することができる。より詳細には、スロット１３２が、前方縁部ブレード先端の上流側に延びる軸方向張出部１０８と、前方縁部ブレード先端８１に対して負の重なり部１１０とを含む場合である。この事例では、端壁処理部及びより詳細にはスロット１３２の役割は、流れ５８がブレード通路（現在説明されている）に流入する前にケーシング８２付近の流れ５０の部分５８を修正することである。
【００４２】
図８において最もよく例示されるように、より詳細には右側のロータブレード８０上に示されるスロット１３２では、端壁処理部は、前方縁部ブレード先端８１の下流側に全体的に位置することができる。より詳細には、スロット１３２が、前方縁部ブレード先端の下流側に延びる軸方向重なり部１１０と、前方縁部ブレード先端８１に対して負の張出部１０８とを含む場合である。この事例では、端壁処理部及びより詳細にはスロット１３２の役割は、弱い漏洩流、より詳細にはブレード後縁１１７付近の流れ５０の一部５８を抽出して、ブレード前縁１１６付近の流れを増強することである。
【００４３】
図９及び１０をより具体的に参照すると、隣接するロータブレード８０間、及びより詳細には第１のブレード１３８の負圧側面１３６と隣接して位置付けられた第２のブレード１４２の正圧側面１４０との間に定められるブレード通路１３４（その１つのみが例示されている）が半径方向断面図で示される。１つの実施形態において、ケーシング８２の周りの円周方向にある複数のスロット１３２のスペース（間隔）は、図９及び１０において最もよく例示されるように、ブレード通路１３４当たりに約０〜１０スロットであるが、ブレード通路１３４毎に変えることもできる。また、代替の実施形態において、一部のブレード通路はスロットを含まなくてもよく、他のブレード通路はスロットを含むことができる点に留意されたい。
【００４４】
図９及び１０に例示されるように、複数のスロット１３２の各々は更に、第１の側壁１４４及び第２の側壁１４６によって定められる。第１の軸方向傾斜角α１及び第２の軸方向傾斜角α２とほぼ同様に、複数のスロット１３２の各々の第１の側壁１４４及び第２の側壁１４６は、ケーシング８２の圧縮機端壁の円周方向面に対して側壁１４４，１４６の第１の接線方向傾斜角β１及び第２の接線方向傾斜角β２を定めるような角度で傾斜している。ハブ（現在説明されている）内に形成されたときに、同様の接線方向傾斜角がスロット１３２を定めることができる点を理解されたい。１つの実施形態において、第１の接線方向傾斜角β１及び第２の接線方向傾斜角β２の各々は、ケーシング８２の円周方向面８３に対して１０〜１７０度の間にある。１つの実施形態において、第１の側壁１４４及び第２の側壁１４６両方の接線方向傾斜角１４８は、等しいとすることができる。１つの実施形態において、第１の接線方向傾斜角β１及び第２の接線方向傾斜角β２は、等しくなく、互いに独立して設計することができる。接線方向傾斜角の設計の際に、第１の側壁１４４の接線方向傾斜角β１は、漏洩流７４を効果的に抽出するように決定される。第２の側壁１４６の接線方向傾斜角β２は、主流５０との混合損失を最小限にするように決定される。図９において最もよく例示されているように、軸方向スロット１３２の各々は、第１の側壁１４４から第２の側壁１４６まで全体的に曲線の形状を有する幾何形状を含む。曲率を適切に選択することにより、スロット１３２内の空力的損失を最小限にし、より詳細には、スロット１３２内に存在する角度で交わる側壁付近のエネルギー散逸を最小限にすることができる。代替の実施形態において、軸方向スロット１３２の各々は、図１０において最もよく例示されるように、第１の側壁１４４から第２の側壁１４６まで全体的に直線の形状を有する幾何形状を含む。
【００４５】
図７〜１０において開示された実施形態は、複数の軸方向スロット１３２の形態で１又はそれ以上の端壁処理部を含む。１つの実施形態において、軸方向スロット１３２の各々は、前方壁１０２から後方壁１０４まで全体的に直線の形状（図７）と、第１の側壁１４４から第２の側壁１４６まで全体的に直線の形状（図１０）とを有する幾何形状を含む。別の実施形態において、軸方向スロット１３２の各々は、前方壁１０２から後方壁１０４まで全体的に直線の形状（図７）と、第１の側壁１４４から第２の側壁１４６（図１０）まで全体的に曲線の形状（図９）とを有する幾何形状を含む。更に別の実施形態において、軸方向スロット１３２の各々は、前方壁１０２から後方壁１０４まで全体的に曲線の形状（図４〜６）と、第１の側壁１４４から第２の側壁１４６まで全体的に直線の形状（図１０）とを有する幾何形状を含む。更に別の実施形態において、軸方向スロット１３２の各々は、前方壁１０２から後方壁１０４まで全体的に曲線の形状（図４〜６）と、第１の側壁１４４から第２の側壁１４６まで全体的に曲線の形状（図９）とを有する幾何形状を含む。最適化することができる態様の一部は、限定ではないが、（ｉ）スロット１３２の前方壁１０２の軸方向傾斜角α１及び後方壁１０４の軸方向傾斜角α２、（ｉｉ）第１の側壁１４４の接線方向傾斜角β１及び第２の側壁１４６の接線方向傾斜角β２、（ｉｉｉ）スロット１３２の半径方向高さ１１２、（ｉｖ）軸方向張出部１０８の長さ及び軸方向重なり部１１０の長さ、（ｖ）スロット１３２間及び各スロット１３２内（現在説明されている）の接線方向スペース、（ｖｉ）端壁の周りで円周方向に離間して配置された複数のスロット１３２、（ｖｉｉ）半径方向−軸方向平面で見たときの各スロット１３２の全体幾何形状断面、及び（ｖｉｉｉ）半径方向、軸方向及び円周方向における上記パラメータの何らかの変分、を含む。
【００４６】
図９及び１０を再度参照すると、スロット区域のパーセンテージは、ブレード通路区域１３４に対するスロットの非金属区域１３５として定義することができる。１つの実施形態において、スロットの非金属区域１３５のパーセンテージは、ブレード通路区域１３４の１０％〜９０％であり、半径方向で変化することができる。すなわち、各スロット１３２の円周方向カバレッジは、半径方向で変化することができる。円周方向カバレッジを半径方向で変化させることにより、スロット１３２内の空力的損失を最小限にすることが可能となる。
【００４７】
ここで図１１を参照すると、例示的な１つの実施形態による、本明細書で開示された１又はそれ以上の端壁処理部を含む圧縮機、特に最新の軸流圧縮機ロータに適用された場合の利点が、参照符号１５０で示された例示的なグラフ図に示されている。より具体的には、グラフ１５０は、端壁処理部及び特定のケーシング処理部のない圧縮機（線１５６にプロット）、本明細書で記載された１つの実施形態による、第１の端壁処理部及び第１のケーシング処理部を備えた圧縮機（線１５８にプロット）、及び本明細書で記載された１つの実施形態による、第２の端壁処理部及び第２のケーシング処理部を備えた圧縮機（線１６０にプロット）に関する、全体と静圧の比（軸１５２にプロット）と入口修正流（軸１５４にプロット）のグラフを示している。線１５８で示されるように、ロータは、線１５６でプロットされるように端壁処理部を含まない圧縮機と比べたときに、より低い質量流量で圧力上昇を提供し続けることができる。この安定動作範囲の拡張は、代表的なものに過ぎず、所望の用途に特有であるように最適化することができる。更に、これらの結果は、数値流体力学（ＣＦＤ）による非定常流のシミュレーションを用いて得られた。また、流動シミュレーション結果の詳細な調査により、１次流機構が確認される。上記で示されるように、安定動作範囲の拡張及びロータ効率に対する影響の利点は、ロータ先端に対してスロットがどのように設計されるかによって決まる。
【００４８】
従って、本明細書で開示され図１〜１１において例示されたように、既存の圧縮機端壁処理部に優る様々な技術上の利点及び／又は改善が提供され、詳細には、圧縮機における効率の損失を伴うことなく、ストールマージンの増大をもたらす端壁処理部が提供される。本明細書で開示されるように、圧縮機の端壁の周りで円周方向に配置された提案の軸方向スロットは、圧縮機の高いストールマージン及び作動範囲を提供することができる。配備される用途に合わせて、軸方向スロットパラメータを最適化し調整することができる。
【００４９】
加えて、提案の圧縮機端壁処理部は、ガスタービンエンジンの高温日性能の向上、始動中の可変ステータブレードへの依存性の低減、寿命クリアランス終了時のロータ性能の向上、及び着氷時の航空機圧縮機における過渡ブリードバルブの依存度の低下を提供することができる。
【００５０】
軸流圧縮機端壁処理部及びそこでの漏洩流の制御方法に関する例示的な実施形態について、上記で詳細に説明した。端壁処理部は、軸流圧縮機に関して説明してきたが、上述の端壁処理部は、圧縮機及び詳細にはストールマージンの増大が要求されるものを含む他のタイプのエンジン装置を備えたあらゆる軸流システムで用いることができる。当業者であれば他の用途も明らかであろう。従って、本明細書で開示される軸流圧縮機端壁処理部及び漏洩流の制御方法は、本明細書で記載される特定のエンジン装置と共に使用することに限定されない。その上、本開示は、上記で詳細に説明された軸流圧縮機の実施形態に限定されない。むしろ、端壁処理部の実施形態を含む、軸流、混合、及び半径方向圧縮機の他の変形形態は、請求項の技術的思想及び範囲内で利用することができる。
【００５１】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、本発明を当業者が実施及び利用することを可能にする。本開示の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を含む場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【００５２】
本開示の好ましい実施形態であると現在考えられるものについて図示し説明してきたが、添付の請求項によって定義される本開示の範囲から逸脱することなく様々な変更及び修正を行うことができることは、当業者には明らかであろう。
【符号の説明】
【００５３】
１０  航空機エンジン組立体
１２  中心軸線
１３  半径方向軸線
１４  外側固定環状ファンケーシング
１５  ケーシングの内壁
１６  ファン組立体
１７  ケーシングの外壁
１８  ブースタ圧縮機
１９  ブースタケーシン
２０  コアガスタービンエンジン
２１  低圧タービン
２２  翼形部
２３  スパン
２４  ロータファンブレード
２６  ファンロータディスク
２８  構造ストラット部材
２９  出口ガイドベーン
３０  高圧圧縮機
３２  燃焼器
３４  高圧タービン
３５  ブースタ圧縮機ロータブレード
３６  複数のロータブレード
３７  ブースタ圧縮機ロータディスク
３８  圧縮機ロータディスク
４０  第１の駆動シャフト
４１  第２の駆動シャフト
４３  軸受
４４  吸気側
４５  ファンフレーム
４６  コアエンジン排気側
４７  タービン後方フレーム
４８  ファン排気側
４９  ファン吸気口
５０  空気流の一部
５１  ファンダクト
５２  空気流の残りの部分
５４  熱交換装置
５６  円筒形流れ通路
５８  流れ５０の一部
５９  再注入流
６０  圧縮機
６２  ロータブレード
６３  ロータブレード先端
６４  圧縮機ケーシング
６６  圧縮機ロータディスク
６８  ステータベーン
６９  ステータブレード先端
７０  複数の段
７２  ギャップ
７３  ギャップ
７６  ロータブレードのセット
７８  ステータブレードのセット
８０  ロータブレード
８１  ブレード先端
８２  圧縮機ケーシング
８３  圧縮機ケーシングの内面
８４  圧縮機ロータディスク
８５  圧縮機ハブ
８６  ステータベーン（ブレード）
８７  ステータブレード先端
８８  複数の段
８９  圧縮機ハブの内面
９０  ロータギャップ
９２  ステータギャップ
９４  １又はそれ以上の端壁処理部
９６  複数の軸方向スロット
９８  流れ再循環
１００  後方セグメント
１０２  前方壁
１０４  後方壁
１０６  外壁
１０８  軸方向張出部
１１０  軸方向重なり部
１１２  高さ
１１６  ロータの前縁
１１７  ロータの後縁
１１８  ステータの後縁
１２０  圧縮機
１３０  圧縮機
１３２  軸方向スロット
１３３  方向を示す矢印
１３４  ブレード通路
１３５  非金属区域
１３６  負圧側面
１３８  第１のブレード
１４０  正圧側面
１４２  第２のブレード
１４４  第１の側壁
１４６  第２の側壁
１４８  接線方向傾斜角
【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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【外国語明細書】
2016109124000001.pdf