(57)【要約】【課題】間接駆動式ターボファンエンジンのロータシャフトを支持するシステムを提供すること。【解決手段】１つの態様において、本発明の主題は、間接駆動式ターボファンエンジンのシャフトを支持するためのシステムに関する。本システムは、ターボファンエンジンの中心線と同軸に整列され且つ低圧ロータシャフトをファンシャフトに結合する減速ギアの前方に位置付けられたファンフレーム組立体を含む。圧縮機フレーム組立体は、減速ギアの後方で中心線と同軸に整列され且つターボファンエンジンの低圧圧縮機と高圧圧縮機との間に軸方向に位置付けられる。タービンフレーム組立体は、中心線と同軸に整列され、ターボファンエンジンの高圧タービンと低圧タービンとの間に軸方向に位置付けられる。タービンフレーム組立体は、高圧ロータシャフトの後端部分及び低圧ロータシャフトの後端部分を回転可能に支持する。【選択図】      図１
2016211578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間接駆動式ターボファンエンジン（１０）のシャフトを支持するためのシステム（１００）であって、
前記ターボファンエンジンの中心線（１２）と同軸に整列され且つ前記ターボファンエンジンの低圧ロータシャフト（３６）をファンシャフト（３８）に結合する減速ギア（４０）の前方に位置付けられたファンフレーム組立体（２００）と、
前記減速ギアの後方で前記中心線（１２）と同軸に整列され且つ前記ターボファンエンジンの低圧圧縮機（２２）と高圧圧縮機（２４）との間に軸方向に位置付けられた圧縮機フレーム組立体（３００）と、
前記中心線（１２）と同軸に整列され且つ前記ターボファンエンジンの高圧タービン（２８）と低圧タービン（３０）との間に軸方向に位置付けられたタービンフレーム組立体（４００）と、
を備え、
前記タービンフレーム組立体が、高圧ロータシャフト（３４）の後端部分及び前記低圧ロータシャフトの後端部分を回転可能に支持する、システム（１００）。
【請求項２】
前記ファンフレーム組立体が、少なくとも１つのファンシャフト軸受支持構造体（２１０）と、前記ファンシャフトと回転可能に係合される軸受（２１２）とを含み、前記軸受が、スラスト軸受又はローラー軸受のうちの一方である、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項３】
前記圧縮機フレーム組立体が、低圧ロータシャフト軸受支持構造体（２１４）と、前記減速ギアの後方で前記低圧ロータシャフトの前方部分（２１８）と回転可能に係合される軸受（２１６）と、を含み、前記軸受が、スラスト軸受又はローラー軸受のうちの一方である、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項４】
前記圧縮機フレーム組立体が、高圧ロータシャフト軸受支持構造体（３２０）と、前記高圧ロータシャフトの後方部分（３２６）と回転可能に係合される軸受（３２４）とを含み、前記軸受が、スラスト軸受又はローラー軸受のうちの一方である、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項５】
前記タービンフレーム組立体が、高圧ロータシャフト軸受支持構造体（３２０）と、前記高圧ロータシャフトの後端部分と回転可能に係合される軸受（４１４）と、を含み、前記軸受がローラー軸受である、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項６】
前記タービンフレーム組立体が、低圧ロータシャフト軸受支持構造体（２１４）と、前記低圧ロータシャフトの後端部分と回転可能に係合される軸受（４２２）と、を含み、前記軸受がローラー軸受である、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項７】
前記タービンフレーム組立体が、低圧ロータシャフト軸受支持構造体（２１４）と、前記低圧ロータシャフトの後端部分に結合される円錐状のシャフト延長部１０２と回転可能に係合される軸受（４３０）と、を含み、前記軸受がローラー軸受である、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項８】
前記ファンフレーム組立体が単独で前記低圧ロータシャフトの後端部分を支持する、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項９】
前記ファンフレーム組立体が、低圧ロータシャフト軸受支持構造体（２１４）と、前記低圧ロータシャフトの前方部分と回転可能に係合される軸受（３１４）と、を含み、前記軸受が、スラスト軸受又はローラー軸受のうちの一方である、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項１０】
間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）であって、
ファンシャフト（３８）に結合された複数のファンブレード（４２）を含むファンセクション（１４）と、
低圧圧縮機（２２）、高圧圧縮機（２４）、燃焼セクション（２６）、高圧タービン（２８）、低圧タービン（３０）、前記高圧圧縮機を前記高圧タービンに結合する高圧ロータシャフト（３４）、前記低圧圧縮機を前記低圧タービンに結合する低圧ロータシャフト（３６）、及び前記低圧ロータシャフトの前方端部を前記ファンシャフトに結合する減速ギア（４０）を備えたガスタービンエンジン（１６）と、
前記減速ギアの前方に位置付けられたファンフレーム組立体（２００）と、
前記減速ギアの後方に位置付けられ且つ前記低圧圧縮機と前記高圧圧縮機との間で軸方向に位置付けられる圧縮機フレーム組立体（３００）と、
前記高圧タービンと前記低圧タービンとの間で軸方向に位置付けられるタービンフレーム組立体（４００）と、
を備え、前記タービンフレーム組立体が、前記高圧ロータシャフトの後端部分及び前記低圧ロータシャフトの後端部分を回転可能に支持する、間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）。
【請求項１１】
前記ファンフレーム組立体が、少なくとも１つのファンシャフト軸受支持構造体（２１０）と、前記ファンシャフトと回転可能に係合される軸受（２１２）とを含み、前記軸受が、スラスト軸受又はローラー軸受のうちの一方である、請求項１０に記載の間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）。
【請求項１２】
前記圧縮機フレーム組立体が、低圧ロータシャフト軸受支持構造体（２１４）と、前記減速ギアの後方で前記低圧ロータシャフトの前方部分（２１８）と回転可能に係合される軸受（２１６）と、を含み、前記軸受が、スラスト軸受又はローラー軸受のうちの一方である、請求項１０に記載の間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）。
【請求項１３】
前記圧縮機フレーム組立体が、高圧ロータシャフト軸受支持構造体（３２０）と、前記高圧ロータシャフトの後方部分（３２６）と回転可能に係合される軸受（３２４）とを含み、前記軸受が、スラスト軸受又はローラー軸受のうちの一方である、請求項１０に記載の間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）。
【請求項１４】
前記タービンフレーム組立体が、高圧ロータシャフト軸受支持構造体（３２０）と、前記高圧ロータシャフトの後端部分と回転可能に係合される軸受（４１４）と、を含む、請求項１０に記載の間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）。
【請求項１５】
前記軸受がローラー軸受である、請求項１４に記載の間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）。
【請求項１６】
前記タービンフレーム組立体が、低圧ロータシャフト軸受支持構造体（２１４）と、前記低圧ロータシャフトの後端部分と回転可能に係合される軸受（４２２）と、を含み、前記軸受がローラー軸受である、請求項１０に記載の間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）。
【請求項１７】
前記タービンフレーム組立体が、低圧ロータシャフト軸受支持構造体（２１４）と、前記低圧ロータシャフトの後端部分に結合される円錐状のシャフト延長部１０２と回転可能に係合される軸受（４３０）と、を含む、請求項１０に記載の間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）。
【請求項１８】
前記軸受がローラー軸受である、請求項１７に記載の間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）。
【請求項１９】
前記ファンフレーム組立体が単独で前記低圧ロータシャフトの後端部分を支持する、請求項１０に記載の間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）。
【請求項２０】
前記ファンフレーム組立体が、低圧ロータシャフト軸受支持構造体（２１４）と、前記低圧ロータシャフトの前方部分と回転可能に係合される軸受（３１４）と、を含み、前記軸受が、スラスト軸受又はローラー軸受のうちの一方である、請求項１０に記載の間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の主題は、全体的に、間接駆動式ターボファンエンジンに関する。より詳細には、本発明の主題は、ターボファンエンジンのガスタービンエンジン部分の高圧ロータシャフト及び低圧ロータシャフトを支持するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ギア付きのターボファンエンジンは、一般に、ファンセクション及びコアガスタービンエンジンを含む。ガスタービンエンジンは、直列流れの順に、低圧圧縮機、高圧圧縮機、燃焼セクション、高圧タービン、及び低圧タービンを含む。高圧シャフトは、高圧圧縮機を高圧タービンに結合する。低圧シャフトは、高圧シャフト内で同軸に延び、低圧圧縮機を低圧タービンに結合する。
【０００３】
ファンセクションは、ファンシャフトに結合され、低圧圧縮機の入口から上流側に配置された複数のファンブレードを含む。ファンシャフトは、ギアボックスを介して低圧シャフトに結合される。特定の構成において、外側ケーシング又はナセルは、ファンブレード及びガスタービンエンジンの少なくとも一部を囲む。バイパス空気通路が、ガスタービンエンジンの外側ケーシングとナセルとの間に定められる。作動時には、空気は、ファンブレードにわたって流れ、空気の一部は、圧圧縮機の入口に流入し、空気の残りの部分は、バイパス通路を通って送られる。入口を通って流れる空気は、低圧圧縮機及び高圧圧縮機を通って流れるにつれて漸次的に圧縮され、従って、高度に圧縮された空気が燃焼セクションに提供される。燃料は、圧縮空気と混合されて燃焼セクション内で燃焼して、燃焼ガスをもたらす。燃焼ガスは、燃焼セクションから高圧タービンを通って送られ、その結果として、高圧シャフトを介して高圧圧縮機を回転駆動する。次いで、燃焼ガスは、低圧タービンを通って後方に流れ、これにより低圧シャフト及びファンシャフトを介して低圧圧縮機及びファンブレードを回転駆動する。ファンブレードの回転速度は、ギアボックスを介して修正することができる。燃焼ガスは、排気ノズルを介してガスタービンから排出され、その結果、ターボファンエンジンの推力全体の一部を提供する。全推力の大部分は、バイパス通路から流れる空気によりもたらされる。
【０００４】
エンジンフレームは、高圧及び低圧シャフトを支持し、及び／又はパイロンを介して航空機のウィング（翼）などの装着構造体にガスタービンエンジンを結合するのに使用される。加えて、エンジンフレームは、高圧及び低圧シャフトを回転可能に支持するための様々な軸受を担持することができる。従来のギア付きターボファンエンジンは、ファンブレード、中間フレーム又は圧縮機前部フレーム、後方フレーム又はタービン中央フレーム、及び出口ガイドベーンフレーム又はタービン後部フレームを有する。各エンジンフレームにより、ターボファンエンジンに重量、全長、コスト及び複雑さが付加されることになる。そのため、ターボファンエンジン産業において、ターボファンエンジンの ガスタービン部分の高圧及び低圧ロータシャフトを支持するための改善されたシステムが有用となるであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８，３７１，８１２号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本発明の態様及び利点は、以下の説明において部分的に記載され、又は、本説明から明らかになることができ、或いは、本発明を実施することによって理解することができる。１つの態様において、本発明の主題は、間接駆動式ターボファンエンジンのシャフトを支持するためのシステムに関する。本システムは、ターボファンエンジンの中心線と同軸に整列され且つ低圧ロータシャフトをファンシャフトに結合する減速ギアの前方に位置付けられたファンフレーム組立体を含む。圧縮機フレーム組立体は、減速ギアの後方で中心線と同軸に整列され且つターボファンエンジンの低圧圧縮機と高圧圧縮機との間に軸方向に位置付けられる。タービンフレーム組立体は、中心線と同軸に整列され、ターボファンエンジンの高圧タービンと低圧タービンとの間に軸方向に位置付けられる。タービンフレーム組立体は、高圧ロータシャフトの後端部分及び低圧ロータシャフトの後端部分を回転可能に支持する。
【０００７】
本発明の主題の別の態様は、間接駆動式ターボファンジェットエンジンに関する。間接駆動式ターボファンジェットエンジンは、ファンシャフトに結合された複数のファンブレードを含むファンセクションと、ガスタービンエンジンと、を含む。ガスタービンエンジンは、直列流れ順序で、低圧圧縮機、高圧圧縮機、燃焼セクション、高圧タービン、及び低圧タービンを含む。ガスタービンエンジンはまた、高圧圧縮機を高圧タービンに結合する高圧ロータシャフト、低圧圧縮機を低圧タービンに結合する低圧ロータシャフト、及び低圧ロータシャフトの前方端部をファンシャフトに結合する減速ギアを含む。ファンフレーム組立体は、減速ギアの前方に位置付けられる。圧縮機フレーム組立体は、減速ギアの後方に位置付けられ且つ低圧圧縮機と高圧圧縮機との間で軸方向に位置付けられる。タービンフレーム組立体は、高圧タービンと低圧タービンとの間で軸方向に位置付けられる。タービンフレーム組立体は、高圧ロータシャフトの後端部分及び低圧ロータシャフトの後端部分を回転可能に支持する。
【０００８】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、以下の説明及び添付の請求項を参照するとより理解できるであろう。本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例証しており、本明細書と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。
【０００９】
添付図を参照した本明細書において、当業者に対してなしたその最良の形態を含む本発明の完全且つ有効な開示を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の種々の実施形態を包含することができる例示的なギア付き又は間接駆動式ターボファンジェットエンジンの概略断面図。
【図２】本発明の種々の実施形態による、ターボファンジェットエンジンのシャフトを支持するため及び／又はガスタービンエンジン部分を支持するためのシステムを有するギア付き又は間接駆動式ターボファンジェットエンジンの長手方向断面図。
【図３】本発明の少なくとも１つの実施形態による、図２に示す例示的なファンフレーム組立体の拡大図。
【図４】本発明の少なくとも１つの実施形態による、図２に示す例示的な圧縮機フレーム組立体の拡大図。
【図５】本発明の少なくとも１つの実施形態による、図２に示す例示的なタービンフレーム組立体の拡大図。
【図６】本発明の少なくとも１つの実施形態による、図２に示す例示的なタービンフレーム組立体の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ここで、その１つ又はそれ以上の実施例が添付図面に例示されている本発明の実施形態について詳細に説明する。詳細な説明では、図面中の特徴部を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様の又は類似の要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似の記号表示を使用している。本明細書で使用される用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために同義的に用いることができ、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図したものではない。用語「上流」及び「下流」は、流体通路における流体流れに対する相対的な流れ方向を指す。例えば、「上流」は、流体がそこから流れる方向を指し、「下流」は流体がそこに向けて流れ込む方向を指す。
【００１２】
各実施例は、本発明の限定ではなく、例証として提供される。実際に、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、修正形態及び変形形態を本発明において実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、そのような修正及び変形を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。
【００１３】
次に、幾つかの図全体を通して様々な参照符号が同様の要素を表す図面を参照すると、図１は、本発明の種々の実施形態を包含することができる「ターボファン１０」と本明細書で呼ばれる例示的なギア付き又は間接駆動式ターボファンジェットエンジン１０の概略側断面図である。図１に示すように、ターボファン１０は、参照の目的で、全体を延びる長手方向又は軸方向中心線１２を有する。一般に、ターボファン１０は、ファンセクション１４と、該ファンセクション１４から下流側に配置されたコアタービンエンジン又はガスタービンエンジン１６とを含むことができる。
【００１４】
コアタービンエンジン１６は、一般に、環状入口２０を定める実質的に管状の外側ケーシング１８を含むことができる。外側ケーシング１８は、直列流れ関係で、ブースタ又は低圧（ＬＰ）圧縮機２２及び高圧（ＨＰ）圧縮機２４を有する圧縮機セクションと、燃焼セクション２６と、高圧（ＨＰ）タービン２８及び低圧（ＬＰ）タービン３０を含むタービンセクションと、ジェット排気ノズルセクション３２とを収容し又は少なくとも部分的に形成する。高圧（ＨＰ）ロータシャフト３４は、ＨＰタービン２８をＨＰ圧縮機２４に駆動可能に接続する。低圧（ＬＰ）ロータシャフト３６は、ＬＰタービン３０をＬＰ圧縮機２２に駆動可能に接続する。ＬＰロータシャフト３６はまた、ファンセクション１４のファンシャフト３８に接続することができる。特定の実施形態において、図１に示すように、ＬＰロータシャフト３６は、間接駆動又はギア駆動構成などにおいて減速ギア４０を介してファンロータシャフト又はファンシャフト３８に接続することができる。
【００１５】
図１に示すように、ファンセクション１４は、ファンシャフト３８に結合され且つこれから半径方向外向きに延びる複数のファンブレード４２を含む。環状ファンケーシング又はナセル４４は、ファンセクション１４及び／又はコアタービンエンジン１６の少なくとも一部を円周方向で囲む。ナセル４４は、複数の円周方向に離間した出口ガイドベーン又はストラット４６によってコアタービンエンジン１６に対して支持されるように構成することができることは、当業者には理解されるはずである。更に、ナセル４４の下流側セクション４８は、コアタービンエンジン１６の外側部分にわたって延びて、間にバイパス空気流通路５０を定めるようにすることができる。
【００１６】
ターボファン１０の作動中、所定体積の空気５２が、ナセル４４及び／又はファンセクション１４の関連する入口５４を通じてターボファン１０に流入する。所定体積の空気５２がファンブレード４２を通過すると、矢印５６で示される空気５２の第１の部分は、バイパス空気流通路５０内に配向又は送られ、矢印５８で示される空気５２の第２の部分は、ＬＰ圧縮機２２内に配向又は送られる。空気の第１の部分５６と空気の第２の部分５８の比は、バイパス比として一般的に知られている。次いで、空気の第２の部分５８の圧力は、ＨＰ圧縮機２４を通って送られる（矢印６０で示される）ときに増大する。空気の第２の部分６０は、ＨＰ圧縮機２４から燃焼セクション２６内に送られ、ここで燃料と混合して燃焼し、燃焼ガス６２をもたらす。
【００１７】
燃焼ガス６２は、ＨＰタービン２８を通って送られて、ここで、外側ケーシング１８に結合されたＨＰタービンステータベーン６４とＨＰロータシャフト３４に結合されたＨＰタービンロータブレード６６との連続する段を介して、燃焼ガス６２から熱エネルギー及び／又は運動エネルギーの一部が取り出され、その結果として、ＨＰロータシャフト３４が回転を生じ、これによりＨＰ圧縮機２４の作動が維持される。次いで、燃焼ガス６２は、ＬＰタービン３０を通って送られ、ここで、外側ケーシング１８に結合されたＬＰタービンステータベーン６８とＬＰロータシャフト３６に結合されたＬＰタービンロータブレード７０との連続する段を介して、燃焼ガス６２から熱エネルギー及び運動エネルギーの第２の部分が取り出され、その結果として、ＬＰロータシャフト３６が回転を生じ、これによりＬＰ圧縮機２２の作動及び／又はファンシャフト３８の回転が維持される。
【００１８】
その後、燃焼ガス６２は、コアタービンエンジン１６のジェット排気ノズルセクション３２を通じて送られて、推進力を提供する。同時に、空気の第１の部分５６の圧力は、ターボファン１０のファンノズル排気セクション７２から排出される前にバイパス空気流通路５０を通じて送られるときに実質的に増大し、その結果、推進力をもたらすことになる。ＨＰタービン２８、ＬＰタービン３０、及びジェット排気ノズルセクション３２は、コアエンジン１６を通じて燃焼ガス７４を送るための高温ガス経路７４を少なくとも部分的に定める。
【００１９】
図２は、本発明の種々の実施形態による、ＨＰロータシャフト３４、ＬＰロータシャフト３６及びファンシャフト３８を支持するためのシステム１００（本明細書でシステム１００と呼ばれる）を備えたギア付き又は間接駆動式ターボファンジェットエンジン１０の例示的な実施形態の長手方向断面図を示す。ガスタービンエンジン１０及び種々のエンジンフレームを囲む又は収容する種々の外側ケーシングは、全体として、当該技術分野においてエンジンカーカス又は構造体として知られるものを構成する。図２に示すように、システム１００は、前方又はファンフレーム組立体２００、中間又は圧縮機フレーム組立体３００、及び後方又はタービンフレーム組立体４００を含む。システム１００は、ターボファン１０のＨＰロータシャフト３４及びＬＰロータシャフト３６を回転可能に及び／又は構造的に支持する。ファンフレーム組立体２００、圧縮機フレーム組立体３００、及びタービンフレーム組立体４００は、外側ケーシング１８を介して相互に接続することができる。システム１００は、航空機（図示せず）にターボファン１０を結合するための手段を提供することができる。例えば、ファンフレーム組立体２００、圧縮機フレーム組立体３００、又はタービンフレーム組立体４００のうちの少なくとも１つは、航空機ウィング（翼）、胴体又は尾翼部に接続するよう構成することができる。
【００２０】
図２に示すように、ファンフレーム組立体２００は、ＬＰ圧縮機２２から上流側に位置付けられ、一般に、ファンセクション１４及び／又はＬＰ圧縮機２２に対する構造的支持を提供することができる。圧縮機フレーム組立体３００は、軸方向でＬＰ圧縮機２２とＨＰ圧縮機２４との間に位置付けられ、一般にこれらに対する構造的支持を提供することができる。タービンフレーム組立体４００は、軸方向でＨＰタービン２８とＬＰタービン３０との間に位置付けられる。タービンフレーム組立体４００は、ＨＰタービン２８とＬＰタービン３０の両方に対する構造的支持を提供する。タービンフレーム組立体４００は、単独でＬＰタービン３０を支持する。
【００２１】
図３は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、図２に示すファンフレーム組立体２００の拡大図を示す。図３に示すように、ファンフレーム組立体２００は、中心線１２と同時に整列した環状フレーム構造体２０２を含む。フレーム構造体２０２は、内側リング構造体２０４と、外側リング構造体２０６と、内側及び外側リング構造体２０４，２０６間を半径方向に延び且つ入口２０からＬＰ圧縮機２２へ下流側に位置付けられた複数のストラット又は半径方向部材２０８とを含むことができる。ストラット２０８は、流れ損失を低減するような空力的形状にすることができる。ファンフレーム組立体２００はまた、１又はそれ以上の軸受支持部材又は構造体を含むことができる。例えば、１つの実施形態において、ファンフレーム組立体２００は、フレーム構造体２０２に固定して取り付けられるファンシャフト軸受支持部材又は構造体２１０を含む。特定の実施形態において、図３に示すように、軸受２１２は、ファンシャフト軸受支持部材２１０内に装着され、ファンシャフト３８と回転可能に係合される。軸受２１２は、スラスト軸受又はローラータイプ軸受とすることができる。軸受２１２は、軸方向及び半径方向でファンシャフト３８を支持する。
【００２２】
特定の実施形態において、図３に示すように、ファンフレーム組立体２００は、ギアボックス４０の後方に定められ又は位置付けられ且つフレーム構造体２０２に固定して取り付けられるＬＰロータシャフト軸受支持部材又は構造体２１４を含むことができる。特定の実施形態において、図３に示すように、軸受２１６は、ＬＰロータシャフト軸受支持構造体２１４内に装着され、ＬＰロータシャフト３６の前方部分２１８と回転可能に係合される。軸受２１６は、スラスト軸受又はローラータイプ軸受とすることができる。軸受２１６は、軸方向及び／又は半径方向でＬＰロータシャフト３６の前方部分２１８を支持することができる。この実施形態において、ＬＰ圧縮機２２又はファンシャフト３８の何れかは、ＬＰタービン３０との接続及び／又はトルク連通が維持され、ＬＰロータシャフト故障から生じる可能性があるような過速度状態を阻止することができる。
【００２３】
図４は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、図２に示す圧縮機フレーム組立体３００の拡大図を示す。図４に示すように、圧縮機フレーム組立体３００は、中心線１２と同軸に整列された環状フレーム構造体３０２を含む。フレーム構造体３０２は、内側リング構造体３０４と、外側リング構造体３０６と、内側及び外側リング構造体３０４，３０６間を半径方向に延び且つＬＰ圧縮機２２からＨＰ圧縮機２４へ下流側に位置付けられた複数のストラット又は半径方向部材３０８とを含むことができる。ストラット３０８は、ガスタービンエンジン１６内の流れ損失を低減するような空力的形状にすることができる。
【００２４】
圧縮機フレーム組立体３００は、１又はそれ以上の軸受支持部材又は構造体を含むことができる。１つの実施形態において、圧縮機フレーム組立体３００は、ＬＰロータシャフト軸受支持構造体３１０を含む。ＬＰロータシャフト軸受支持構造体３１０は、フレーム構造体３０２の前方部分３１２に装着及び／又は固定して取り付けることができる。特定の実施形態において、図４に示すように、軸受３１４は、ＬＰロータシャフト軸受支持構造体３１０内に装着され、ＬＰロータシャフト３６の前方部分２１８と回転可能に係合される。軸受３１４は、スラスト軸受又はローラータイプ軸受とすることができる。特定の実施形態において、軸受３１４は、スラスト軸受又はボール軸受である。特定の実施形態において、軸受３１４はローラー軸受である。軸受３１４は、軸方向及び／又は半径方向でＬＰロータシャフト３６の前方部分２１８を支持する。
【００２５】
１つの実施形態において、図４に示すように、軸受３１４はスラスト軸受であり、圧縮機フレーム組立体３００は、第２のＬＰロータシャフト軸受支持構造体３１６を含む。第２のＬＰロータシャフト軸受支持構造体３１６は、ＬＰロータシャフト軸受支持構造体３１０の軸方向前方でフレーム構造体３０２の前方部分３１２に装着及び／又は固定して取り付けることができる。特定の実施形態において、図４に示すように、軸受３１８は、第２のＬＰロータシャフト軸受支持構造体３１６内に装着され、ＬＰロータシャフト３６の前方部分２１８と回転可能に係合される。この構成において、軸受３１８はローラータイプ軸受であり、従って、ＬＰロータシャフト３６の前方部分２１８を半径方向に支持する。
【００２６】
種々の実施形態において、図４に示すように、圧縮機フレーム組立体３００は、ＨＰロータシャフト軸受支持構造体３２０を含む。ＨＰロータシャフト軸受支持構造体３２０は、フレーム構造体３０２の後方部分３２２に又は隣接して装着及び／又は固定して取り付けることができる。特定の実施形態において、図４に示すように、軸受３２４は、ＨＰロータシャフト軸受支持構造体３２０内に装着され、ＨＰロータシャフト３４の前方部分３２６と回転可能に係合される。軸受３２４は、スラスト軸受又はローラータイプ軸受とすることができる。特定の実施形態において、軸受３２４は、スラスト軸受又はボール軸受である。特定の実施形態において、軸受３２４はローラー軸受である。軸受３２４は、軸方向及び／又は半径方向でＨＰロータシャフト３４の前方部分３２６を支持する。
【００２７】
図５は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、図２に示すタービンフレーム組立体４００の拡大図を示す。図５に示すように、タービンフレーム組立体４００は、中心線１２と同軸に整列された環状フレーム構造体４０２を含む。フレーム構造体４０２は、内側リング構造体４０４と、外側リング構造体４０６と、内側及び外側リング構造体４０４，４０６間を半径方向に延び且つＨＰタービンから下流側でＬＰタービン３０から上流側に位置付けられた複数のストラット又は半径方向部材４０８と、を含むことができる。ストラット４０８は、ＨＰ及びＬＰタービン２８，３０間の流れ損失を低減するような空力的形状にすることができる。
【００２８】
種々の実施形態において、タービンフレーム組立体４００は、１又はそれ以上の軸受支持部材又は構造体を含む。種々の実施形態において、図５に示すように、タービンフレーム組立体４００は、ＨＰロータシャフト軸受支持構造体４１０を含む。ＨＰロータシャフト軸受支持構造体４１０は、フレーム構造体４０２の前方部分４１２に装着される。特定の実施形態において、軸受４１４は、ＨＰロータシャフト軸受支持構造体４１０内に装着され、ＨＰロータシャフト３４の後方部分４１６と回転可能に係合される。特定の実施形態において、軸受４１４はローラータイプ軸受である。軸受４１４は、半径方向でＨＰロータシャフト３４の後方部分４１６を支持する。
【００２９】
種々の実施形態において、図５に示すように、タービンフレーム組立体４００は、ＬＰロータシャフト軸受支持構造体４１８を含む。ＬＰロータシャフト軸受支持構造体４１８は、フレーム構造体４０２の後方部分４２０に向かって又は隣接して装着される。特定の実施形態において、図５に示すように、軸受４２２は、ＬＰロータシャフト軸受支持構造体４１８内に装着され、ＬＰロータシャフト３６の後方部分４２４と回転可能に係合される。特定の実施形態において、軸受４２２は、ローラータイプ軸受であり、半径方向でＬＰロータシャフト３６の後方部分４２４を支持する。
【００３０】
図６は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、図２に示すタービンフレーム組立体４００の拡大図を示す。図６に示すように、エンジンフレームシステム１００はまた、ＬＰロータシャフト３６の後方部分４２４に接続された円錐状のシャフト延長部１０２を含むことができる。特定の実施形態において、タービンフレーム組立体４００は、ＬＰロータシャフト軸受支持構造体４１８の後方でフレーム構造体４０２の一部４２８に装着された第２のＬＰロータシャフト軸受支持構造体４２６を含む。特定の実施形態において、軸受４３０は、第２のＬＰロータシャフト軸受支持構造体４２６内に装着され、シャフト延長部１０２及び／又はＬＰロータシャフト３６の後方部分４２４と回転可能に係合される。軸受４３０はローラータイプ軸受である。これは、ＬＰロータシャフト３６に対して固定−固定端部状態をもたらす。結果として、ＬＰロータシャフト３６の１次撓み振動固有周波数が増大する。軸受４３０は、半径方向で円錐状のシャフト延長部１０２及び／又はＬＰロータシャフト３６の後方部分４２４を支持する。
【００３１】
本明細書で記載され、図２〜６に例示される実施形態は、既存のギア付き又は間接駆動式バイパスターボファン型ジェットエンジンに様々な技術的な利点をもたらす。例えば、既存の高バイパスギア付きターボファンエンジンは、少なくとも４つの構造フレームを有する。これらのフレームは、複雑さ、重量、及びコストを付加し、高温ガス流路に対して空力的に好ましくない影響を及ぼす。全体のエンジンフレームシステム１００を本明細書で提供されるように３つのフレームに削減することにより、コスト及び複雑さを軽減することができる。これに加えて又は代替として、全体のエンジンフレームシステム１００を３つのフレームに削減することにより、より大きな直径のＬＰタービンのパッケージングも可能となり、その結果、ターボファン１００の全体性能を改善することができる。
【００３２】
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、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる組み込み方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明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有する場合、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。
【００３３】
本願発明は、以下の実施態様を含む。
【００３４】
［実施態様１］
間接駆動式ターボファンエンジン（１０）のシャフトを支持するためのシステム（１００）であって、
前記ターボファンエンジンの中心線（１２）と同軸に整列され且つ前記ターボファンエンジンの低圧ロータシャフト（３６）をファンシャフト（３８）に結合する減速ギア（４０）の前方に位置付けられたファンフレーム組立体（２００）と、
前記減速ギアの後方で前記中心線（１２）と同軸に整列され且つ前記ターボファンエンジンの低圧圧縮機（２２）と高圧圧縮機（２４）との間に軸方向に位置付けられた圧縮機フレーム組立体（３００）と、
前記中心線（１２）と同軸に整列され且つ前記ターボファンエンジンの高圧タービン（２８）と低圧タービン（３０）との間に軸方向に位置付けられたタービンフレーム組立体（４００）と、
を備え、
前記タービンフレーム組立体が、高圧ロータシャフト（３４）の後端部分及び前記低圧ロータシャフトの後端部分を回転可能に支持する、システム（１００）。
【００３５】
［実施態様２］
前記ファンフレーム組立体が、少なくとも１つのファンシャフト軸受支持構造体（２１０）と、前記ファンシャフトと回転可能に係合される軸受（２１２）とを含み、前記軸受が、スラスト軸受又はローラー軸受のうちの一方である、実施態様１に記載のシステム（１００）。
【００３６】
［実施態様３］
前記圧縮機フレーム組立体が、低圧ロータシャフト軸受支持構造体（２１４）と、前記減速ギアの後方で前記低圧ロータシャフトの前方部分（２１８）と回転可能に係合される軸受（２１６）と、を含み、前記軸受が、スラスト軸受又はローラー軸受のうちの一方である、実施態様１に記載のシステム（１００）。
【００３７】
［実施態様４］
前記圧縮機フレーム組立体が、高圧ロータシャフト軸受支持構造体（３２０）と、前記高圧ロータシャフトの後方部分（３２６）と回転可能に係合される軸受（３２４）とを含み、前記軸受が、スラスト軸受又はローラー軸受のうちの一方である、実施態様１に記載のシステム（１００）。
【００３８】
［実施態様５］
前記タービンフレーム組立体が、高圧ロータシャフト軸受支持構造体（３２０）と、前記高圧ロータシャフトの後端部分と回転可能に係合される軸受（４１４）と、を含み、前記軸受がローラー軸受である、実施態様１に記載のシステム（１００）。
【００３９】
［実施態様６］
前記タービンフレーム組立体が、低圧ロータシャフト軸受支持構造体（２１４）と、前記低圧ロータシャフトの後端部分と回転可能に係合される軸受（４２２）と、を含み、前記軸受がローラー軸受である、実施態様１に記載のシステム（１００）。
【００４０】
［実施態様７］
前記タービンフレーム組立体が、低圧ロータシャフト軸受支持構造体（２１４）と、前記低圧ロータシャフトの後端部分に結合される円錐状のシャフト延長部１０２と回転可能に係合される軸受（４３０）と、を含み、前記軸受がローラー軸受である、実施態様１に記載のシステム（１００）。
【００４１】
［実施態様８］
前記ファンフレーム組立体が単独で前記低圧ロータシャフトの後端部分を支持する、実施態様１に記載のシステム（１００）。
【００４２】
［実施態様９］
前記ファンフレーム組立体が、低圧ロータシャフト軸受支持構造体（２１４）と、前記低圧ロータシャフトの前方部分と回転可能に係合される軸受（３１４）と、を含み、前記軸受が、スラスト軸受又はローラー軸受のうちの一方である、実施態様１に記載のシステム（１００）。
【００４３】
［実施態様１０］
間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）であって、
ファンシャフト（３８）に結合された複数のファンブレード（４２）を含むファンセクション（１４）と、
低圧圧縮機（２２）、高圧圧縮機（２４）、燃焼セクション（２６）、高圧タービン（２８）、低圧タービン（３０）、前記高圧圧縮機を前記高圧タービンに結合する高圧ロータシャフト（３４）、前記低圧圧縮機を前記低圧タービンに結合する低圧ロータシャフト（３６）、及び前記低圧ロータシャフトの前方端部を前記ファンシャフトに結合する減速ギア（４０）を備えたガスタービンエンジン（１６）と、
前記減速ギアの前方に位置付けられたファンフレーム組立体（２００）と、
前記減速ギアの後方に位置付けられ且つ前記低圧圧縮機と前記高圧圧縮機との間で軸方向に位置付けられる圧縮機フレーム組立体（３００）と、
前記高圧タービンと前記低圧タービンとの間で軸方向に位置付けられるタービンフレーム組立体（４００）と、
を備え、前記タービンフレーム組立体が、前記高圧ロータシャフトの後端部分及び前記低圧ロータシャフトの後端部分を回転可能に支持する、間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）。
【００４４】
［実施態様１１］
前記ファンフレーム組立体が、少なくとも１つのファンシャフト軸受支持構造体（２１０）と、前記ファンシャフトと回転可能に係合される軸受（２１２）とを含み、前記軸受が、スラスト軸受又はローラー軸受のうちの一方である、実施態様１０に記載の間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）。
【００４５】
［実施態様１２］
前記圧縮機フレーム組立体が、低圧ロータシャフト軸受支持構造体（２１４）と、前記減速ギアの後方で前記低圧ロータシャフトの前方部分（２１８）と回転可能に係合される軸受（２１６）と、を含み、前記軸受が、スラスト軸受又はローラー軸受のうちの一方である、実施態様１０に記載の間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）。
【００４６】
［実施態様１３］
前記圧縮機フレーム組立体が、高圧ロータシャフト軸受支持構造体（３２０）と、前記高圧ロータシャフトの後方部分（３２６）と回転可能に係合される軸受（３２４）とを含み、前記軸受が、スラスト軸受又はローラー軸受のうちの一方である、実施態様１０に記載の間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）。
【００４７】
［実施態様１４］
前記タービンフレーム組立体が、高圧ロータシャフト軸受支持構造体（３２０）と、前記高圧ロータシャフトの後端部分と回転可能に係合される軸受（４１４）と、を含む、実施態様１０に記載の間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）。
【００４８】
［実施態様１５］
前記軸受がローラー軸受である、実施態様１４に記載の間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）。
【００４９】
［実施態様１６］
前記タービンフレーム組立体が、低圧ロータシャフト軸受支持構造体（２１４）と、前記低圧ロータシャフトの後端部分と回転可能に係合される軸受（４２２）と、を含み、前記軸受がローラー軸受である、実施態様１０に記載の間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）。
【００５０】
［実施態様１７］
前記タービンフレーム組立体が、低圧ロータシャフト軸受支持構造体（２１４）と、前記低圧ロータシャフトの後端部分に結合される円錐状のシャフト延長部１０２と回転可能に係合される軸受（４３０）と、を含む、実施態様１０に記載の間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）。
【００５１】
［実施態様１８］
前記軸受がローラー軸受である、実施態様１７に記載の間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）。
【００５２】
［実施態様１９］
前記ファンフレーム組立体が単独で前記低圧ロータシャフトの後端部分を支持する、実施態様１０に記載の間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）。
【００５３】
［実施態様２０］
前記ファンフレーム組立体が、低圧ロータシャフト軸受支持構造体（２１４）と、前記低圧ロータシャフトの前方部分と回転可能に係合される軸受（３１４）と、を含み、前記軸受が、スラスト軸受又はローラー軸受のうちの一方である、実施態様１０に記載の間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）。
【符号の説明】
【００５４】
１０  間接駆動式ターボファンエンジン
１２  ターボファンエンジンの中心線
２２  低圧圧縮機
２４  高圧圧縮機
２８  高圧タービン
３０  低圧タービン
３４  高圧ロータシャフト
３６  低圧ロータシャフト
３８  ファンシャフト
４０  減速ギア
１００  システム
２００  ファンフレーム組立体
２１０  ファンシャフト軸受支持構造体
２１２  軸受
２１４  低圧ロータシャフト軸受支持構造体
２１６  軸受
２１８  低圧ロータシャフトの前方部分
３００  圧縮機フレーム組立体
３２０  高圧ロータシャフト軸受支持構造体
３２４  軸受
３２６  高圧ロータシャフトの後方部分
４００  タービンフレーム組立体
【図１】
2016211578.tif 000003
【図２】
2016211578.tif 000004
【図３】
2016211578.tif 000005
【図４】
2016211578.tif 000006
【図５】
2016211578.tif 000007
【図６】
2016211578.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成28年7月11日(2016.7.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間接駆動式ターボファンエンジン（１０）のシャフトを支持するためのシステム（１００）であって、
前記ターボファンエンジンの中心線（１２）と同軸に整列され且つ前記ターボファンエンジンの低圧ロータシャフト（３６）をファンシャフト（３８）に結合する減速ギア（４０）の前方に位置付けられたファンフレーム組立体（２００）と、
前記減速ギアの後方で前記中心線（１２）と同軸に整列され且つ前記ターボファンエンジンの低圧圧縮機（２２）と高圧圧縮機（２４）との間に軸方向に位置付けられた圧縮機フレーム組立体（３００）と、
前記中心線（１２）と同軸に整列され且つ前記ターボファンエンジンの高圧タービン（２８）と低圧タービン（３０）との間に軸方向に位置付けられたタービンフレーム組立体（４００）と、
を備え、
前記タービンフレーム組立体が、高圧ロータシャフト（３４）の後端部分及び前記低圧ロータシャフトの後端部分を回転可能に支持する、システム（１００）。
【請求項２】
前記ファンフレーム組立体が、少なくとも１つのファンシャフト軸受支持構造体（２１０）と、前記ファンシャフトと回転可能に係合される軸受（２１２）とを含み、前記軸受が、スラスト軸受又はローラー軸受のうちの一方である、請求項１又は２に記載のシステム（１００）。
【請求項３】
前記圧縮機フレーム組立体が、低圧ロータシャフト軸受支持構造体（２１４）と、前記減速ギアの後方で前記低圧ロータシャフトの前方部分（２１８）と回転可能に係合される軸受（２１６）と、を含み、前記軸受が、スラスト軸受又はローラー軸受のうちの一方である、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項４】
前記圧縮機フレーム組立体が、高圧ロータシャフト軸受支持構造体（３２０）と、前記高圧ロータシャフトの後方部分（３２６）と回転可能に係合される軸受（３２４）とを含み、前記軸受が、スラスト軸受又はローラー軸受のうちの一方である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシステム（１００）。
【請求項５】
前記タービンフレーム組立体が、高圧ロータシャフト軸受支持構造体（３２０）と、前記高圧ロータシャフトの後端部分と回転可能に係合される軸受（４１４）と、を含み、前記軸受がローラー軸受である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシステム（１００）。
【請求項６】
前記タービンフレーム組立体が、低圧ロータシャフト軸受支持構造体（２１４）と、前記低圧ロータシャフトの後端部分と回転可能に係合される軸受（４２２）と、を含み、前記軸受がローラー軸受である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシステム（１００）。
【請求項７】
前記タービンフレーム組立体が、低圧ロータシャフト軸受支持構造体（２１４）と、前記低圧ロータシャフトの後端部分に結合される円錐状のシャフト延長部１０２と回転可能に係合される軸受（４３０）と、を含み、前記軸受がローラー軸受である、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシステム（１００）。
【請求項８】
前記ファンフレーム組立体が単独で前記低圧ロータシャフトの後端部分を支持する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のシステム（１００）。
【請求項９】
前記ファンフレーム組立体が、低圧ロータシャフト軸受支持構造体（２１４）と、前記低圧ロータシャフトの前方部分と回転可能に係合される軸受（３１４）と、を含み、前記軸受が、スラスト軸受又はローラー軸受のうちの一方である、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のシステム（１００）。
【請求項１０】
間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）であって、
ファンシャフト（３８）に結合された複数のファンブレード（４２）を含むファンセクション（１４）と、
低圧圧縮機（２２）、高圧圧縮機（２４）、燃焼セクション（２６）、高圧タービン（２８）、低圧タービン（３０）、前記高圧圧縮機を前記高圧タービンに結合する高圧ロータシャフト（３４）、前記低圧圧縮機を前記低圧タービンに結合する低圧ロータシャフト（３６）、及び前記低圧ロータシャフトの前方端部を前記ファンシャフトに結合する減速ギア（４０）を備えたガスタービンエンジン（１６）と、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の間接駆動式ターボファンエンジン（１０）のシャフトを支持するためのシステム（１００）と、
を備える、間接駆動式ターボファンジェットエンジン（１０）。
【外国語明細書】
2016211578000001.pdf