(57)【要約】【課題】タービンエンジン用のファン軸受を提供する。【解決手段】コアエンジンおよび該コアエンジンと流れ連通するように配置される可変ピッチファンを含むガスタービンエンジンが提供される。可変ピッチファンは、ディスクに結合される複数のブレードを含み、ブレードおよびディスクは、エンジンの軸方向を中心に一緒に回転するように構成される。回転可能な前方ハブは、ディスクを含む、可変ピッチファンの前端を覆うように設けられてもよい。ガスタービンエンジンは、複数のファンブレードのそれぞれをディスクに結合する複数のトラニオン機構をさらに含む。各トラニオン機構は、非鉄材料から形成される１つ以上の構成要素を有する軸受を含み、これにより、各トラニオン機構の重量は低減され、また、例えばより小さな前方ハブが可能となる。【選択図】図６
2016196883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向（Ａ）を有するガスタービンエンジン（１０）であって、
コアエンジン（１６）と、
前記コアエンジン（１６）と流れ連通するように配置された可変ピッチファン（３８）であって、該可変ピッチファン（３８）が、ディスク（４２）および該ディスク（４２）に結合された複数のファンブレード（４０）を含み、前記ディスク（４２）および前記複数のファンブレード（４０）が、前記ガスタービンエンジン（１０）の前記軸方向（Ａ）を中心に回転するように構成されている可変ピッチファン（３８）と、
前記複数のファンブレード（４０）のそれぞれを前記ディスク（４２）に結合する複数のトラニオン機構（９２）であって、該トラニオン機構（９２）のそれぞれが、非鉄材料から構成された１つ以上の構成要素を有する軸受を含む複数のトラニオン機構（９２）と
を備えるガスタービンエンジン（１０）。
【請求項２】
前記トラニオン機構（９２）のそれぞれの前記軸受が、セラミック材料から構成された１つ以上の構成要素を含む、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項３】
前記トラニオン機構（９２）のそれぞれの前記軸受が、ニッケルチタン合金材料から構成された１つ以上の構成要素を含む、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項４】
前記トラニオン機構（９２）のそれぞれの前記軸受が、ローラ（１０４、１２０）、内輪（１００、１１６）、および外輪（１０２、１１８）を含み、前記ローラ（１０４、１２０）、前記内輪（１００、１１６）、および前記外輪（１０２、１１８）の１つ以上が、非鉄材料から構成されている、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項５】
前記ローラ（１０４、１２０）、前記内輪（１００、１１６）、および前記外輪（１０２、１１８）がそれぞれ、非鉄材料から構成されている、請求項４に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項６】
前記トラニオン機構（９２）のそれぞれの前記軸受が、約２０，０００，０００ｐｓｉ以下のヤング率を有する材料から構成された１つ以上の構成要素を含む、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項７】
前記トラニオン機構（９２）のそれぞれの前記軸受が、約３５，０００，０００ｐｓｉ以上のヤング率を有する材料から構成された１つ以上の構成要素を含む、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項８】
前記トラニオン機構（９２）のそれぞれの前記軸受が、線接触軸受（９８、１１４）である、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項９】
前記ガスタービンエンジン（１０）が、半径方向（Ｒ）をさらに有し、前記ガスタービンエンジン（１０）が、回転可能なハブ（５４）をさらに備え、該回転可能なハブ（５４）が、前記ディスク（４２）を覆い、前記半径方向（Ｒ）に沿って第１の半径（Ｒ1）を有し、前記ブレード（４０）のそれぞれが、前記半径方向（Ｒ）に沿って第２の半径（Ｒ2）を有し、前記第１の半径（Ｒ1）と前記第２の半径（Ｒ2）の比が、約０．４５以下である、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１０】
前記第１の半径（Ｒ1）と前記第２の半径（Ｒ2）の比が、約０．３５以下である、請求項９に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１１】
前記第１の半径（Ｒ1）と前記第２の半径（Ｒ2）の比が、約０．３０以下である、請求項９に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１２】
前記可変ピッチファン（３８）が、前記ディスク（４２）に結合された８〜２０のファンブレード（４０）を含む、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１３】
軸方向（Ａ）および半径方向（Ｒ）を有するガスタービンエンジン（１０）であって、
コアエンジン（１６）と、
前記コアエンジン（１６）と流れ連通するように配置された可変ピッチファン（３８）であって、該可変ピッチファン（３８）が、ディスク（４２）および該ディスク（４２）に結合された少なくとも８つのファンブレード（４０）を含み、前記ファンブレード（４０）が、前記半径方向（Ｒ）に沿って半径（Ｒ2）を有し、前記ディスク（４２）および前記ファンブレード（４０）が、前記ガスタービンエンジン（１０）の前記軸方向（Ａ）を中心に回転するように構成されている可変ピッチファン（３８）と、
前記ファンブレード（４０）のそれぞれを前記ディスク（４２）に結合する複数のトラニオン機構（９２）であって、該トラニオン機構（９２）のそれぞれが、１対の軸受を含み、該軸受のそれぞれが、非鉄材料から構成された１つ以上の構成要素を有する複数のトラニオン機構（９２）と
前記ディスク（４２）を覆い、かつ前記半径方向（Ｒ）に沿って半径（Ｒ1）を有する回転可能なハブ（５４）であって、前記回転可能なハブ（５４）の前記半径（Ｒ1）と前記ファンブレード（４０）の前記半径（Ｒ2）の比が、約０．４５以下となるように構成された回転可能なハブ（５４）と
を備えるガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１４】
前記トラニオン機構（９２）のそれぞれの前記軸受のそれぞれが、セラミック材料から構成された１つ以上の構成要素を含む、請求項１３に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１５】
前記トラニオン機構（９２）のそれぞれの前記軸受のそれぞれが、ニッケルチタン合金材料から構成された１つ以上の構成要素を含む、請求項１３に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１６】
前記トラニオン機構（９２）のそれぞれの前記軸受のそれぞれが、線接触軸受（９８、１１４）である、請求項１３に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１７】
前記トラニオン機構（９２）のそれぞれの前記軸受のそれぞれが、約２０，０００，０００ｐｓｉ以下のヤング率を有する材料から構成された１つ以上の構成要素を含む、請求項１３に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１８】
前記トラニオン機構（９２）のそれぞれの前記軸受のそれぞれが、約３５，０００，０００ｐｓｉ以上のヤング率を有する材料から構成された１つ以上の構成要素を含む、請求項１３に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１９】
前記トラニオン機構（９２）のそれぞれの前記軸受のそれぞれが、ローラ（１０４、１２０）、内輪（１００、１１６）、および外輪（１０２、１１８）を含み、前記軸受のそれぞれの前記ローラ（１０４、１２０）、前記内輪（１００、１１６）、および前記外輪（１０２、１１８）の１つ以上が、非鉄材料から構成されている、請求項１３に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項２０】
前記回転可能なハブ（５４）の前記半径（Ｒ1）と前記ファンブレード（４０）の前記半径（Ｒ2）の比が、約０．３５以下である、請求項１３に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、一般に、ガスタービンエンジン用のファンに関し、より具体的には、ガスタービンエンジン用のファン軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、一般に、互いに流れ連通するように配置されるファンおよびコアを含む。さらに、ガスタービンエンジンのコアは、一般に、連続した流れの順序で、圧縮機セクション、燃焼セクション、タービンセクション、および排気セクションを含む。運転中、空気流は、ファンから圧縮機セクションの入口に供給され、そこでは、１つ以上の軸流圧縮機が、空気が燃焼セクションに到達するまで空気を徐々に圧縮する。燃料は、燃焼ガスを供給するために燃焼セクション内で圧縮空気と混合され、燃焼される。燃焼ガスは、燃焼セクションからタービンセクションに送られる。タービンセクションを通る燃焼ガスの流れは、タービンセクションを駆動し、次に、排気セクションを通して例えば大気に送られる。特定の構成において、タービンセクションは、ガスタービンエンジンの軸方向に沿って延在するシャフトによって圧縮機セクションに機械的に結合される。
【０００３】
ファンは、ガスタービンエンジンのコアよりも大きな半径を有する複数のブレードを含む。ファンおよび複数のブレードは、一般的にシャフトによって駆動される。回転可能なハブは、ファンの少なくとも一部を覆うように設けられ、ファンと共に回転し得る。
【０００４】
少なくとも一部のガスタービンエンジンに関して、ファンは、可変ピッチファンである。しかしながら、複数のブレードのピッチの変更に関連する、またはこれに対応する構成要素により、回転可能なハブが非常に大きくなる場合があり、これにより、ファンを通してコアに空気流を供給する際のガスタービンエンジンの効率が低下し得る。詳細には、特定のガスタービンエンジンの場合、回転可能なハブの最小サイズは、複数のブレードの数および／または長さによって決定される。さらに、複数のブレードのピッチの変更に関連する、またはこれに対応する構成要素は、このような最小サイズよりも回転可能なハブを大きくする傾向にある。
【０００５】
したがって、回転可能なハブのサイズの低減を可能にする構成要素を含む、ガスタービンエンジン用の可変ピッチファンは有益であろう。より具体的には、回転可能なハブのサイズの低減を可能にし、これにより、より多くのファンブレードの数およびより短いファンブレードの長さを可能にする構成要素を含む、ガスタービンエンジン用の可変ピッチファンは特に有用であろう。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の態様および利点は、以下の説明に部分的に述べられ、この説明から明らかになり得るし、本発明の実施を通して学ばれ得る。
【０００７】
本開示の例示的な一実施形態において、ガスタービンエンジンが提供される。ガスタービンエンジンは、軸方向を有し、コアエンジンおよび該コアエンジンと流れ連通するように配置される可変ピッチファンを含む。可変ピッチファンは、ディスクおよび該ディスクに結合される複数のファンブレードを含む。ディスクおよび複数のファンブレードは、ガスタービンエンジンの軸方向を中心に回転するように構成される。また、ガスタービンエンジンは、複数のファンブレードのそれぞれをディスクに結合する複数のトラニオン機構を含み、各トラニオン機構は、非鉄材料から構成される１つ以上の構成要素を有する軸受を含む。
【０００８】
本開示の別の例示的な実施形態において、ガスタービンエンジンが提供される。ガスタービンエンジンは、軸方向および半径方向を有し、コアエンジンおよび該コアエンジンと流れ連通するように配置される可変ピッチファンを含む。可変ピッチファンは、ディスクおよび該ディスクに結合される少なくとも８つのファンブレードを含む。ファンブレードは、半径方向に沿って半径を有する。ディスクおよびファンブレードは、ガスタービンエンジンの軸方向を中心に回転するように構成される。また、ガスタービンエンジンは、ファンブレードのそれぞれをディスクに結合する複数のトラニオン機構を含む。各トラニオン機構は、１対の軸受を含み、各軸受は、非鉄材料から構成される１つ以上の構成要素を有する。また、ガスタービンエンジンは、ディスクを覆い、かつ半径方向に沿って半径を有する回転可能なハブを含む。回転可能なハブは、回転可能なハブの半径とファンブレードの半径の比が、約０．４５以下になるように構成される。
【０００９】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照することによってより良く理解されるようになる。本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を示しており、説明と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。
【００１０】
当業者を対象とした、本発明の完全かつ有効な開示（その最良の態様を含む）が、添付図面への参照がなされる本明細書に述べられている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本主題の例示的な実施形態に係るガスタービンエンジンの概略断面図である。
【図２】本開示の例示的な実施形態に係る、図１の例示的なガスタービンエンジンの可変ピッチファンの斜視図である。
【図３】図２の例示的な可変ピッチファンのディスクおよび関連するトラニオン機構の斜視図である。
【図４】図３のディスクのセグメントおよび関連するトラニオン機構の１つの斜視図である。
【図５】図４に示されているトラニオン機構の分解図である。
【図６】図４のディスクのセグメントおよびトラニオン機構の断面図であり、トラニオン機構には、ブレードが取り付けられている。
【図７】図６の断面図の拡大部分である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の現在の実施形態を詳細に参照するが、その１つ以上の例が、添付図面に示されている。詳細な説明では、図面中の特徴を参照するために、数字および文字による指示が使用されている。図面および説明における同じまたは同様の指示は、本発明の同じまたは同様の部分を参照するために使用されている。本明細書で使用される場合、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、構成要素を互いに区別するために交換可能に使用され得るものであり、個々の構成要素の位置または重要性を意味するためのものではない。「上流」および「下流」という用語は、流体経路における流体の流れに関する相対方向を意味する。例えば、「上流」は、流体が流れてくる方向を意味し、「下流」は、流体が流れていく方向を意味する。
【００１３】
次に、複数の図を通して同一の数字が同じ要素を示す図面を参照すると、図１は、本開示の例示的な実施形態に係るガスタービンエンジンの概略断面図である。より具体的には、図１の実施形態に関して、ガスタービンエンジンは、高バイパスターボファンジェットエンジン１０（本明細書では「ターボファンエンジン１０」と呼ばれる）である。図１に示されているように、ターボファンエンジン１０は、軸方向Ａ（参照のために提供されている長手方向中心線１２と平行に延びる）および半径方向Ｒを有する。一般に、ターボファン１０は、ファンセクション１４および該ファンセクション１４の下流に配置されたコアタービンエンジン１６を含む。
【００１４】
描かれている例示的なコアタービンエンジン１６は、一般に、環状入口２０を形作る略管状の外側ケーシング１８を含む。外側ケーシング１８は、連続した流れ関係で、ブースタまたは低圧（ＬＰ）圧縮機２２および高圧（ＨＰ）圧縮機２４を含む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および低圧（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とを包み込んでいる。高圧（ＨＰ）シャフトまたはスプール３４は、ＨＰタービン２８とＨＰ圧縮機２４とを駆動連結している。低圧（ＬＰ）シャフトまたはスプール３６は、ＬＰタービン３０とＬＰ圧縮機２２とを駆動連結している。
【００１５】
さらに、描かれている実施形態に関して、ファンセクション１４は、可変ピッチファン３８を含み、可変ピッチファン３８は、ディスク４２に互いに離間して結合された複数のファンブレード４０を有する。描かれているように、ファンブレード４０は、概ね半径方向Ｒに沿ってディスク４２から外側に延在する。複数のファンブレード４０のそれぞれは、前縁４４（または上流縁）およびファンブレード４０のそれぞれの半径方向外縁に形作られた先端４６を有する。また、ファンブレード４０のそれぞれは、ファンブレード４０が、ファンブレード４０のピッチを一括して一斉に変更するように構成された適切な駆動部材４８に動作可能に結合されているおかげで、ピッチ軸線Ｐを中心にディスク４２に対して回転可能である。ファンブレード４０、ディスク４２、および駆動部材４８は、パワーギヤボックス（ｐｏｗｅｒ  ｇｅａｒ  ｂｏｘ）５０を介してＬＰシャフト３６により長手方向軸線１２を中心に一緒に回転可能である。パワーギヤボックス５０は、ＬＰシャフト３６の回転速度をより効率的なファン回転速度に低下させるための複数のギヤを含む。
【００１６】
さらに、ファンブレード４０は、ピッチ補正装置５２が、複数のファンブレード４０から遠く離れている（すなわち、複数のファンブレード４０に直接結合されていない）と言われるように、駆動部材４８を介してピッチ補正装置５２（例えば、カウンタウェイト装置または適切なピッチロック装置）に動作可能に結合されている。カウンタウェイト装置５２は、カウンタウェイト装置５２が本明細書に説明されているように機能する（例えば、ファンブレード４０に直接結合されない）ことを可能にする任意の適切な構成を有してもよい。しかしながら、他の例示的な実施形態において、任意の他の適切なピッチ補正／カウンタウェイト装置５２が使用されてもよい。
【００１７】
可変ピッチファン３８を含む、図１の例示的なターボファンエンジン１０を引き続き参照すると、可変ピッチファン３８のディスク４２は、複数のファンブレード４０を通る空気流を促進するように空気力学的に成形された回転可能な前方ハブ５４によって覆われている。注目すべきは、回転可能なハブ５４を横切ってコア１６に流れ込む（以下に説明されるように）空気の効率は、半径方向Ｒにおける回転可能なハブ５４の全体サイズ対半径方向Ｒにおける複数のブレード４０のサイズによって影響され得る。より詳細には、ハブとブレードの半径比Ｒ1：Ｒ2は、空気が回転可能なハブ５４を横切ってコア１６に流れ込む効率に直接相関する。例えば、ハブとブレードの半径比Ｒ1：Ｒ2が増大すると、空気が回転可能なハブ５４を横切ってコア１６に流れ込むことがより難しくなり、したがって、非効率的になる。対照的に、ハブとブレードの半径比Ｒ1：Ｒ2が低下すると、空気が回転可能なハブ５４を横切ってコア１６に流れ込むことがより容易になり、したがって、より効率的になる。本明細書で使用される場合、「ハブとブレードの半径比」は、本明細書において、ブレード４０の前縁４４の位置における半径方向Ｒに沿った長手方向中心線１２からの回転可能なハブ５４の半径Ｒ1と同様にブレード４０の前縁４４の位置におけるブレード先端４６から長手方向中心線１２までのブレード４０の半径Ｒ2の比として定義される。
【００１８】
この点に関して、空気が回転可能なハブ５４を横切ってコアに流れ込むことをより効率的にするためにハブとファンの半径比Ｒ1：Ｒ2を低下させることが望ましい。その際、回転可能なハブ５４が、ディスク４２を収容することから、回転可能なハブ５４のサイズ（例えば、半径方向Ｒにおける）は、ディスク４２のサイズ（例えば、半径方向Ｒにおける）によって部分的に決定される。さらに、ディスク４２のサイズは、構成要素が耐えることが可能でなければならない力の量によって部分的に決定される。ファン３８がターボファンエンジン１０の運転中に長手方向中心線１２を中心に回転する回転速度に起因して、構成要素にかかる遠心力（構成要素の質量／重量およびブレード４０の長さに直接相関する）が大きくなり得る。したがって、ディスク４２のサイズ、回転可能なハブ５４の半径Ｒ1、およびハブとファンの半径比Ｒ1：Ｒ2の低減を容易にするためにディスク４２の重量を低減することが望ましい。
【００１９】
以下にかなり詳細に説明されるように、本開示の特定の実施形態は、ファン３８の特定の構成要素（すなわち、以下に述べられる特定の軸受）の重量を低減することによってハブとファンの半径比Ｒ1：Ｒ2のこのような低減を可能にする。したがって、生成され得る遠心力がより小さくなり、このため、大きな遠心力に耐える必要のないより小さくてよりコンパクトな構成要素が可能となる。より具体的には、描かれている例示的な実施形態において、ターボファンエンジン１０に関するハブとファンの半径比Ｒ1：Ｒ2は、約０．４５以下に低減されている。しかしながら、他の例示的な実施形態において、ハブとファンの半径比Ｒ1：Ｒ2は、その代わりに、約０．３５以下、約０．３０以下であってもよいし、あるいは、任意の他の適切なハブとファンの半径比Ｒ1：Ｒ2を有してもよい。本明細書で使用される場合、近似の用語（「約」など）は、１０パーセント（１０％）の誤差の範囲内にあることを意味することが認識されるべきである。
【００２０】
図１の例示的なターボファンエンジン１０を引き続き参照すると、例示的なファンセクション１４は、さらに、ファン３８および／またはコアタービンエンジン１６の少なくとも一部の周囲を囲む環状のファンケーシングまたは外側ナセル５６を含む。ナセル５６は、周方向に互いに離間された複数の出口ガイドベーン５８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されてもよいことが認識されるべきである。さらに、ナセル５６の下流セクション６０は、コアタービンエンジン１６の外側部分との間にバイパス空気流路６２を形作るようにコアタービンエンジン１６の外側部分を覆うよう延在してもよい。
【００２１】
ターボファンエンジン１０の運転中、大量の空気６４が、ナセル５６および／またはファンセクション１４の関連する入口６６を通ってターボファン１０に流入する。大量の空気６４が、ファンブレード４０を通過するとき、矢印６８によって示されているような空気の第１の部分は、バイパス空気流路６２に向けられるか、または送られ、矢印７０によって示されているような空気の第２の部分は、ＬＰ圧縮機２２に向けられるか、または送られる。空気の第１の部分６８と空気の第２の部分７０との比率は、バイパス比として一般に知られている。次に、空気の第２の部分７０の圧力は、空気の第２の部分７０が高圧（ＨＰ）圧縮機２４を通して燃焼セクション２６に送られるときに高められ、そこでは、空気の第２の部分７０は、燃焼ガス７２を供給するために燃料と混合され、燃焼される。
【００２２】
燃焼ガス７２は、ＨＰタービン２８を通して送られ、そこでは、燃焼ガス７２から熱エネルギーおよび／または運動エネルギーの一部が、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７４およびＨＰシャフトまたはスプール３４に結合されたＨＰタービンロータブレード７６の連続した段によって取り出され、これにより、ＨＰシャフトまたはスプール３４が回転し、この結果、ＨＰ圧縮機２４の運転が支援される。次に、燃焼ガス７２は、ＬＰタービン３０を通して送られ、そこでは、燃焼ガス７２から熱エネルギーおよび運動エネルギーの第２の部分が、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７８およびＬＰシャフトまたはスプール３６に結合されたＬＰタービンロータブレード８０の連続した段によって取り出され、これにより、ＬＰシャフトまたはスプール３６が回転し、この結果、ＬＰ圧縮機２２の運転および／またはファン３８の回転が支援される。
【００２３】
その後、燃焼ガス７２は、推進力を提供するために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を通して送られる。同時に、空気の第１の部分６８の圧力は、空気の第１の部分６８が、ターボファン１０のファンノズル排気セクション８４から排気され、同様に推進力を提供する前にバイパス空気流路６２を通して送られるときに大幅に高められる。ＨＰタービン２８、ＬＰタービン３０、およびジェット排気ノズルセクション３２は、コアタービンエンジン１６を通して燃焼ガス７２を送るための高温ガス通路８６を少なくとも部分的に形作っている。
【００２４】
次に図２および図３を参照して、ファン３８をかなり詳細に説明する。図２は、図１の例示的なターボファンエンジン１０のファン３８の斜視図を提供しており、図３は、図１の例示的なターボファンエンジン１０のファン３８のディスク４２の斜視図を提供している。
【００２５】
描かれている例示的な実施形態に関して、ファン３８は、１２のファンブレード４０を含む。荷重の観点から、このようなブレードの数は、ファン３８の全径もまた低減され得る（例えば、例示的な実施形態では約１２フィートに）ようにファンブレード４０のそれぞれの翼幅が低減されることを可能にする。他の実施形態では、この前記ファン３８は、任意の適切なブレードの数および任意の適切な直径を有してもよい。例えば、適切な一実施形態において、ファンは、少なくとも８つのファンブレード４０を有してもよい。別の適切な実施形態において、ファンは、少なくとも１２のファンブレード４０を有してもよい。さらに別の適切な実施形態において、ファンは、少なくとも１５のファンブレード４０を有してもよい。さらに別の適切な実施形態において、ファンは、少なくとも１８のファンブレード４０を有してもよい。
【００２６】
さらに、ディスク４２は、概ね環状の形状（例えば、多角形形状）に互いに剛結合されるか、互いに一体成形される複数のディスクセグメント９０を含む。１つのファンブレード４０は、トラニオン機構９２でディスクセグメント９０のそれぞれに結合され、トラニオン機構９２は、その関連するファンブレード４０をディスク４２に対してピッチ軸線Ｐを中心に回転可能にしながらも、ディスク４２の回転中にその関連するファンブレード４０をディスク４２に保持することを容易にする（すなわち、トラニオン機構９２は、エンジン中心軸線１２を中心とした回転中にファンブレード４０によって生成される遠心荷重のための荷重経路をディスク４２に提供することを容易にする）。注目すべきは、トラニオン機構９２のそれぞれのサイズおよび構成が、ディスク４２の直径に直接影響を及ぼすことである。特に、より大きなトラニオン機構９２は、ディスク４２のより大きな周方向セグメントを占める傾向にあり、したがって、ディスク４２のより大きな直径をもたらす傾向にある。一方、より小さなトラニオン機構９２は、ディスク４２のより小さな周方向セグメントを占める傾向にあり、したがって、ディスク４２のより小さな直径をもたらす傾向にある。
【００２７】
次に図４〜図７を全体的に参照すると、本開示の例示的な実施形態に係る個別のディスクセグメント９０およびトラニオン機構９２が描かれている。描かれている例示的な実施形態において、トラニオン機構９２のそれぞれは、その関連するディスクセグメント９０を貫通するものであり、結合ナット９４、下方軸受支持体９６、第１の線接触軸受９８（例えば内輪１００、外輪１０２、および複数のローラ１０４を有する）、スナップリング１０６、キーフープ保持器（ｋｅｙ  ｈｏｏｐ  ｒｅｔａｉｎｅｒ）１０８、セグメント化キー（ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ  ｋｅｙ）１１０、軸受支持体１１２、第２の線接触軸受１１４（例えば内輪１１６、外輪１１８、および複数のローラ１２０を有する）、トラニオン１２２、およびダブテール１２４を含む。軸受９８、１１４としての使用のために、少なくとも以下のタイプの線接触タイプの転動体軸受、すなわち、円筒ころ軸受、スラスト円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、球面ころ軸受、スラスト球面ころ軸受、針状ころ軸受、および針状円錐ころ軸受（ｔａｐｅｒｅｄ  ｒｏｌｌｅｒ  ｎｅｅｄｌｅ  ｂｅａｒｉｎｇ）が考えられる。しかしながら、他の例示的な実施形態において、トラニオン機構９２は、さらにまたはあるいは、任意の他の適切なタイプの軸受を含んでもよいことが認識されるべきである。例えば、他の例示的な実施形態において、トラニオン機構９２は、転がり玉軸受または任意の他の適切な軸受を含んでもよい。
【００２８】
組み立てられるとき、結合ナット９４は、結合ナット９４とディスクセグメント９０との間にトラニオン機構９２の残りの構成要素を挟むようにディスクセグメント９０に螺合され、これにより、ディスクセグメント９０に取り付けられたトラニオン機構９２を保持する。
【００２９】
次に特に図７を参照すると、描かれている例示的な実施形態において、第１の線接触軸受９８は、第２の線接触軸受１１４とは異なる角度に配置されている（ピッチ軸線Ｐに対するローラ１０４の中心軸線１２６およびピッチ軸線Ｐに対するローラ１２０の中心軸線１２８に基づいて測定したときに）。より詳細には、線接触軸受９８、１１４は、正面（または組合せ）配列で互いに予荷重が加えられ、この場合、中心軸線１２６、１２８は、互いに略垂直に配置される。しかしながら、他の例示的な実施形態において、線接触軸受９８、１１４は、その代わりに、互いに略平行に配置されるように並列に配置されてもよいことが認識されるべきである。
【００３０】
注目すべきは、軸受９８、１１４が、ピッチ軸線Ｐから遠くに離れれば離れるほど、含まれ得るローラ１０４、１２０の数はより多くなる（より多くの量の空間に起因して）。ローラ１０４、１２０の数が増加すると、軸受９８、１１４にかかる遠心荷重が、より多くのローラ１０４、１２０に分散され、これにより、個々のローラ１０４、１２０が支持するこのような荷重の量が低減され得る。しかしながら、トラニオン機構９２をよりコンパクトにすることを容易にするために、その関連する軸受９８、１１４をピッチ軸線Ｐのより近くに配置し、これにより、より多くのトラニオン機構９２が、ディスク４２に組み付けられ、その結果、ディスク４２の一定の直径に対してより多くのファンブレード４０が、ディスク４２に結合されることを可能にすることが望ましい。描かれている実施形態に関して、ピッチ軸線Ｐのより近くへの軸受９８、１１４の配置（したがって、ローラ１０４、１２０の数の減少）に起因する、個々のローラ１０４、１２０が支持する遠心荷重の増加は、点接触のアンギュラ玉軸受ではなく線接触軸受９８、１１４を有するトラニオン機構９２を設けることによって対処される。これにより、トラニオン機構９２は、線接触軸受９８、１１４が、破損または塑性変形せずにより大きな遠心荷重により良好に耐えることができるため、よりコンパクトにすることができる。より詳細には、線接触軸受９８、１１４は、より大きな接触面を有し、したがって、例えば点接触の玉軸受よりも大きな遠心荷重に耐え得る。このように、線接触軸受９８、１１４は、点接触の玉軸受よりもピッチ軸線Ｐの近くに配置され得る。
【００３１】
さらに、描かれている例示的な実施形態に関して、トラニオン機構９２自体によって生成される遠心力の量（したがって、トラニオン機構９２によって対処されるべき遠心力の量）は、非鉄材料の、第１の線接触軸受９８および／または第２の線接触軸受１１４の１つ以上の構成要素を形成することによって低減される。このような構成は、軸受９８、１１４のそれぞれおよび全体としてのトラニオン機構９２の重量／質量を低減し得る。
【００３２】
例えば、本開示の特定の例示的な実施形態において、第１の線接触軸受９８および第２の線接触軸受１１４の一方または両方は、セラミック材料またはニッケルチタン合金材料から構成される１つ以上の構成要素を含んでもよい。より具体的には、第１の線接触軸受９８を参照すると、ローラ１０４、内輪１００、および外輪１０２の１つ以上が、非鉄材料（セラミック材料またはニッケルチタン合金材料など）から構成されてもよい。さらに、第２の線接触軸受１１４を参照すると、ローラ１２０、内輪１１６、および外輪１１８の１つ以上が、同様に、非鉄材料（セラミック材料またはニッケルチタン合金材料など）から構成されてもよい。本明細書で使用される場合、「セラミック材料」は、軸受での使用に適した任意の種類のセラミック材料（窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化ジルコニア（ＺｒＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、および炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含むが、これらに限定されない）を意味する。さらに、本明細書で使用される場合、「ニッケルチタン合金材料」は、軸受での使用に適した、ニッケルおよびチタンの金属合金（場合によってはニチノールと呼ばれる）を意味する。
【００３３】
非鉄材料（セラミック材料またはニッケルチタン合金材料など）の、第１の線接触軸受９８および／または第２の線接触軸受１１４の構成要素の１つ以上を形成することによって、トラニオン機構９２の全重量が低減され得る。したがって、長手方向中心線１２を中心としたファン３８の回転中にトラニオン機構９２自体によって生成される、トラニオン機構９２にかかる遠心力（すなわち、「死荷重」）が低減され得る（このようなトラニオン機構９２は、運転中に付加的な重量を支持する必要がないため）。例えば、特定の例示的な実施形態において、非鉄材料の、第１の線接触軸受９８および／または第２の線接触軸受１１４の構成要素の１つ以上を形成することは、ファン３８の回転中にトラニオン機構９２にかかる死荷重を１０パーセント（１０％）または１５パーセント（１５％）程度低減し得る。したがって、トラニオン機構９２の全体サイズがさらに一層低減され得る。より具体的には、このような構成は、軸受９８、１１４が、ピッチ軸線Ｐのさらに近くに配置されることを可能にし（必要なローラがより少ないため）、トラニオン機構９２のサイズをさらに一層低減し得る。
【００３４】
さらにまたはあるいは、特定の例示的な実施形態において、第１の線接触軸受９８および／または第２の線接触軸受１１４の構成要素の１つ以上（第１の線接触軸受９８および第２の線接触軸受１１４のローラ１０４、１２０、内輪１００、１１６、および外輪１０２、１１８の１つ以上など）は、それぞれ、比較的低いヤング率（約２５，０００，０００ｐｓｉ以下のヤング率など）を有する材料から構成されてもよい。例えば、特定の例示的な実施形態において、第１の線接触軸受９８および／または第２の線接触軸受１１４の上記の構成要素の１つ以上は、約２０，０００，０００ｐｓｉ以下、約１７，０００，０００ｐｓｉ以下、約１５，０００，０００ｐｓｉ以下、または約１４，０００，０００ｐｓｉ以下のヤング率を有する材料から構成されてもよい。このような例示的な実施形態は、それぞれの構成要素が、このような構成要素がファン３８の回転中に弾性的に変形し得るため、力の量の増加（遠心力の量の増加など）に耐えることを可能にし得る。例えば、構成要素が弾性変形するとき、構成要素と隣接する構成要素との接触面の面積が増加し得る。例えば、第１の線接触軸受９８のローラ１０４が比較的低いヤング率を有する材料から構成される特定の実施形態において、ローラ１０４は、運転中に少なくとも部分的に弾性的に変形し、これにより、例えばローラ１０４と内輪１００および／または外輪１０２との接触面の面積が増加し、この結果、構成要素間での力のより大きな分散が可能になる。
【００３５】
しかしながら、対照的に、他の例示的な実施形態において、第１の線接触軸受９８および／または第２の線接触軸受１１４の構成要素の１つ以上は、その代わりに、比較的高いヤング率（約３５，０００，０００ｐｓｉ以上、約４０，０００，０００ｐｓｉ以上、または約４５，０００，０００ｐｓｉ以上のヤング率など）を有する材料から構成されてもよい。このような構成は、例えば、より高い剛性を有することによって各軸受のより正確かつ精密な動作を可能にし得る軸受９８、１１４を実現し得る。
【００３６】
上で説明した実施形態は、より大きな量の推力を生成し得るより小さな可変ピッチファンをガスタービンエンジンに提供することを容易にする。特に、上で説明した実施形態は、例えばより多くのブレードの数およびより短いブレードの長さならびに／またはより低いハブとファンの半径比を有する可変ピッチファンをガスタービンエンジンに提供することを容易にする。このようなファンの効率の向上は、運転中に燃焼される燃料の減少をもたらし得る。上述したように、上記の利点は、増加した荷重を支持する能力を有し、かつファンの回転中により小さな遠心力を生成する、非鉄材料から構成された推力を支持する軸受をトラニオン機構に提供することによって少なくとも部分的に可能となる。したがって、このような軸受は、例えば、より多くのブレードの数に関連する増加した遠心荷重により良好に耐えることができ、および／または、そのサイズは、ハブとファンの半径比の低減に対処するために低減され得る。
【００３７】
この記載された説明では、最良の態様を含めて本発明を開示するために、さらには、任意の当業者が任意の装置またはシステムの作製および使用ならびに任意の組み込み方法の実行を含めて本発明を実施することを可能にするために、例が使用されている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定されており、また、当業者によって想到される他の例を含み得る。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を含む場合または特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない均等な構造的要素を含む場合に、特許請求の範囲内にあることが意図されている。
【符号の説明】
【００３８】
１０  ターボファンエンジン、ターボファン
１２  長手方向中心線、長手方向軸線、エンジン中心軸線
１４  ファンセクション
１６  コアタービンエンジン、コア
１８  外側ケーシング
２０  環状入口
２２  低圧（ＬＰ）圧縮機
２４  高圧（ＨＰ）圧縮機
２６  燃焼セクション
２８  高圧（ＨＰ）タービン
３０  低圧（ＬＰ）タービン
３２  ジェット排気ノズルセクション
３４  高圧（ＨＰ）シャフトまたはスプール
３６  低圧（ＬＰ）シャフトまたはスプール
３８  可変ピッチファン
４０  ファンブレード
４２  ディスク
４４  前縁
４６  先端
４８  駆動部材
５０  パワーギヤボックス
５２  ピッチ補正装置、カウンタウェイト装置
５４  回転可能なハブ
５６  ナセル
５８  出口ガイドベーン
６０  下流セクション
６２  バイパス空気流路
６４  空気
６６  入口
６８  空気の第１の部分、矢印
７０  空気の第２の部分、矢印
７２  燃焼ガス
７４  ＨＰタービンステータベーン
７６  ＨＰタービンロータブレード
７８  ＬＰタービンステータベーン
８０  ＬＰタービンロータブレード
８４  ファンノズル排気セクション
８６  高温ガス通路
９０  ディスクセグメント
９２  トラニオン機構
９４  結合ナット
９６  下方軸受支持体
９８  第１の線接触軸受
１００、１１６  内輪
１０２、１１８  外輪
１０４、１２０  複数のローラ
１０６  スナップリング
１０８  キーフープ保持器
１１０  セグメント化キー
１１２  軸受支持体
１１４  第２の線接触軸受
１２２  トラニオン
１２４  ダブテール
１２６、１２８  中心軸線
Ａ  軸方向
Ｐ  ピッチ軸線
Ｒ  半径方向
Ｒ1  回転可能なハブの半径
Ｒ2  ブレードの半径
【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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【外国語明細書】
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