(57)【要約】【課題】低圧タービンセクションが従来技術のエンジンよりも、高圧タービンセクションの速度および遠心引張り応力に対して、より高い速度および遠心引張り応力で回転するガスタービンエンジンが提供される。【解決手段】本開示の実施例に係るガスタービンエンジンのタービンセクション２８は特に、第１のタービンセクション４６と第２のタービンセクション５４とを含んでいる。第１のタービンセクション４６は、第１の出口面積を有し、第１の速度で回転する。第２のタービンセクション５４は、第２の出口面積を有し、前記第１のよりも速い第２の速度で回転する。第１の性能量が第１の速度の二乗と前記第１の出口面積の積として規定される。第２の性能量が前記第２の速度の二乗と前記第２の出口面積の積として規定される。【選択図】図１
2017089645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のタービンセクションと、
第２のタービンセクションと、
を備え、
前記第１のタービンセクションが第１の出口面積を有し、第１の速度で回転し、
前記第２のタービンセクションが第２の出口面積を有し、前記第１の速度よりも速い第２の速度で回転し、
第１の性能量が前記第１の速度の二乗と前記第１の出口面積の積として規定され、
第２の性能量が前記第２の速度の二乗と前記第２の出口面積の積として規定され、
前記第１の性能量の前記第２の性能量に対する比が約０．５〜約１．５であり、
前記第１のタービンセクションが前記第１のタービンセクションと前記第２のタービンセクションとの中間に位置する中間タービンフレーム内に取り付けられた第１の軸受と、前記第１のタービンセクションを取り付ける第２の軸受との２つの軸受上に支持され、前記第２の軸受が前記第１のタービンセクションの下流に延びる支持部を有し、
前記第２のタービンが流入部を有し、前記流入部の後の第３の軸受上に支持されていることを特徴とする、ガスタービンエンジンのタービンセクション。
【請求項２】
前記比が約０．８以上であることを特徴とする請求項１に記載のタービンセクション。
【請求項３】
前記第３の軸受が前記中間タービンフレーム内に位置することを特徴とする請求項１に記載のタービンセクション。
【請求項４】
前記第１の軸受および前記第３の軸受が前記第１の出口面積と前記第２の出口面積の間に位置していることを特徴とする請求項１に記載のタービンセクション。
【請求項５】
前記第１のタービンセクションが３〜６段を有し、
前記第２のタービンセクションが１〜２段を有することを特徴とする請求項１に記載のタービンセクション。
【請求項６】
前記第１のタービンセクションを横切っての圧力比が約５：１よりも大であることを特徴とする請求項５に記載のタービンセクション。
【請求項７】
１つまたは複数のファンブレードを有するファンと、
前記ファンと流体連通する圧縮機セクションと、
前記圧縮機セクションと流体連通するタービンセクションと、
を備え、
前記タービンセクションが第１のタービンセクションおよび第２のタービンセクションを含み、
前記第１のタービンセクションが第１の出口点に第１の出口面積を有し、第１の速度で回転し、
前記第２のタービンセクションが第２の出口点に第２の出口面積を有し、前記第１の速度よりも速い第２の速度で回転し、
第１の性能量が前記第１の速度の二乗と前記第１の出口面積の積として規定され、
第２の性能量が前記第２の速度の二乗と前記第２の出口面積の積として規定され、
前記第１の性能量の前記第２の性能量に対する比が約１．５以下であり、
前記第１のタービンセクションが前記第１のタービンセクションと前記第２のタービンセクションとの中間に位置する中間タービンフレーム内に取り付けられた第１の軸受と、前記第１のタービンセクションを取り付ける第２の軸受との２つの軸受上に支持され、前記第２の軸受が前記第１のタービンセクションの下流の排気ケース内で支持され、
前記第２のタービンが流入部を有し、前記流入部の後の第３の軸受上に支持されていることを特徴とするガスタービンエンジン。
【請求項８】
前記比が約０．８以上であることを特徴とする請求項７に記載のエンジン。
【請求項９】
前記第３の軸受が前記中間タービンフレーム内に位置し、前記第１の軸受および前記第３の軸受が前記第１の出口面積と前記第２の出口面積の間に位置していることを特徴とする請求項７に記載のエンジン。
【請求項１０】
前記圧縮機セクションが第１の圧縮機セクションおよび第２の圧縮機セクションを含み、前記第１のタービンセクションおよび前記第１の圧縮機セクションが第１の方向に回転し、前記第２のタービンセクションおよび前記第２の圧縮機セクションが第２の反対方向に回転することを特徴とする請求項７に記載のエンジン。
【請求項１１】
ギア減速装置が前記ファンと、前記第１のタービンセクションによって駆動される低スプールとの間に含まれ、それにより、前記ファンが前記第１のタービンセクションよりも低い速度で回転するようになっており、前記ギア減速装置のギア比が約２．３より大であることを特徴とする請求項１０に記載のエンジン。
【請求項１２】
前記ファンが前記第２の反対方向に回転することを特徴とする請求項１１に記載のエンジン。
【請求項１３】
前記第１のタービンセクションと前記第２のタービンセクションの各々が第１の方向に回転するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載のエンジン。
【請求項１４】
前記比が約１．０以上であることを特徴とする請求項７に記載のエンジン。
【請求項１５】
前記ファンが空気の一部分をバイパスダクト内に搬送し、バイパス比が前記バイパスダクト内に搬送される空気の部分を前記圧縮機セクション内に搬送される空気の量で割ったものとして規定され、前記バイパス比が約１０．０よりも大であることを特徴とする請求項１４に記載のエンジン。
【請求項１６】
前記ファンが２６枚以下のファンブレードを有し、
前記ファンが約１．４５未満の圧力比を規定することを特徴とする請求項１５に記載のエンジン。
【請求項１７】
前記圧縮機セクションが前記第１のタービンセクションに結合された第１の圧縮機セクションと、前記第２のタービンセクションに結合された第２の圧縮機セクションとを含み、前記第１の圧縮機セクションが前記第２の圧縮機セクションよりも少ない段を含むことを特徴とする請求項１６に記載のエンジン。
【請求項１８】
ファンを設け、
前記ファンと流体連通する圧縮機セクションを設け、
第１のタービンセクションと第２のタービンセクションの両方を含むタービンセクションを設けることであって、前記第１のタービンセクションが前記第１のタービンセクションと前記第２のタービンセクションとの中間に位置する中間タービンフレーム内に取り付けられた第１の軸受と、前記第１のタービンセクションを取り付ける第２の軸受との２つの軸受上に支持され、前記第２の軸受が前記第１のタービンセクションの下流の排気ケース内で支持される、タービンセクションを設ける、
ことを含み、
前記ファンドライブタービンセクションが第１の出口点に第１の出口面積を有し、第１の速度で回転するように構成され、
前記第２のタービンセクションが第２の出口点に第２の出口面積を有し、前記第１の速度よりも速い第２の速度で回転するように構成され、
第１の性能量が所定の設計目標における前記第１の速度の二乗と前記第１の面積の積として規定され、
第２の性能量が前記所定の設計目標における前記第２の速度の二乗と前記第２の面積の積として規定され、
前記第１の性能量の前記第２の性能量に対する比が約０．５〜約１．５であることを特徴とする、ガスタービンエンジンを設計する方法。
【請求項１９】
前記所定の設計目標が離陸条件に対応することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記圧縮機セクションが第１の圧縮機セクションおよび第２の圧縮機セクションを含み、全体の圧力比が所定の設計目標における前記第１のコンプレッサを横切っての圧力比と前記第２のコンプレッサを横切っての圧力比との組合せによって与えられ、前記全体の圧力比が約３５以上であることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧タービンセクションが従来技術のエンジンよりも、高圧タービンセクションの速度および遠心引張り応力に対して、より高い速度および遠心引張り応力で回転するガスタービンエンジンに関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１２年１１月１４日に出願された仮出願第６１／７２６２１１号の優先権を主張する、２０１２年１２月１９日に出願された米国出願第１３／７１９，６２０号の一部継続出願である。
【背景技術】
【０００３】
ガスタービンエンジンは既知であり、通常は低圧圧縮機セクション内に空気を搬送するファンを含んでいる。空気は低圧圧縮機セクション内で圧縮され、高圧圧縮機セクションに渡される。高圧圧縮機セクションから、空気は燃焼セクションに導入される。燃焼セクションでは、空気が燃料と混合されるとともに点火される。この燃焼による生成物は下流に向かって高圧タービンセクションを通過し、次いで低圧タービンセクションを通過する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
慣習的に、多くの従来技術のエンジンでは、低圧タービンセクションは、低圧圧縮機セクションとファンの両方を直接駆動する。コアの直径に対するファンの直径が大きくなることにより燃料消費量が向上するため、ファンの直径を大きくすることが本産業における動向である。しかし、ファンの直径が大きくなると、ファンブレードの先端速度が速いために、圧縮性の影響に起因して、効率が低下することになる場合がある。したがって、ファンの速度、ひいては低圧圧縮機セクションおよび低圧タービンセクション（両方とも歴史的に、低圧スプールを介してファンに結合されている）の速度が設計上の制約となっている。最近では、低圧スプール（低圧圧縮機セクションおよび低圧タービンセクション）とファンとの間にギア減速装置が設けられてきている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の実施例に係るガスタービンエンジンのタービンセクションは、第１のタービンセクションと、第２のタービンセクションと、を備えている。第１のタービンセクションは、第１の出口面積を有し、第１の速度で回転する。第２のタービンセクションは、第２の出口面積を有し、第１の速度よりも速い第２の速度で回転する。第１の性能量は、第１の速度の二乗と第１の出口面積の積として規定される。第２の性能量は、第２の速度の二乗と第２の出口面積の積として規定される。第１の性能量の第２の性能量に対する比は、約０．５〜約１．５の間である。第１のタービンセクションは、第１のタービンセクションと第２のタービンセクションとの中間に位置する中間タービンフレーム内に取り付けられた第１の軸受と、第１のタービンセクションを取り付ける第２の軸受との２つの軸受上に支持され、第２の軸受は、第１のタービンセクションの下流に延びる支持部を有する。第２のタービンは、流入部を有し、流入部の後の第３の軸受上に支持されている。
【０００６】
上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、比は、約０．８以上である。
【０００７】
上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、第３の軸受は、中間タービンフレーム内に位置する。
【０００８】
上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、第１の軸受および第３の軸受は、第１の出口面積と第２の出口面積の間に位置している。
【０００９】
上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、第１のタービンセクションは、３〜６段を有する。第２のタービンセクションは１〜２段を有する。
【００１０】
上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、第１のタービンセクションの全体を横切っての圧力比は、約５：１よりも大である。
【００１１】
本開示の実施例に係るガスタービンエンジンは、１つまたは複数のファンブレードを有するファンと、ファンと流体連通する圧縮機セクションと、圧縮機セクションと流体連通するタービンセクションと、を備えている。タービンセクションは、第１のタービンセクションおよび第２のタービンセクションを含んでいる。第１のタービンセクションは、第１の出口点に第１の出口面積を有し、第１の速度で回転する。第２のタービンセクションは、第２の出口点に第２の出口面積を有し、第１の速度よりも速い第２の速度で回転する。第１の性能量は、第１の速度の二乗と第１の出口面積の積として規定される。第２の性能量は、第２の速度の二乗と第２の出口面積の積として規定される。第１の性能量の第２の性能量に対する比は、約１．５以下である。第１のタービンセクションは、第１のタービンセクションと第２のタービンセクションとの中間に位置する中間タービンフレーム内に取り付けられた第１の軸受と、第１のタービンセクションを取り付ける第２の軸受との２つの軸受上に支持され、第２の軸受は、第１のタービンセクションの下流の排気ケース内で支持されている。第２のタービンは、流入部を有し、流入部の後の第３の軸受上に支持されている。
【００１２】
上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、比は、約０．８以上である。
【００１３】
上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、第３の軸受は、中間タービンフレーム内に位置し、第１の軸受および第３の軸受は、第１の出口面積と第２の出口面積の間に位置している。
【００１４】
上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、圧縮機セクションは、第１の圧縮機セクションおよび第２の圧縮機セクションを含んでいる。第１のタービンセクションおよび第１の圧縮機セクションは、第１の方向に回転し、第２のタービンセクションおよび第２の圧縮機セクションは、第２の反対方向に回転する。
【００１５】
上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、ギア減速装置が、ファンと、第１のタービンセクションによって駆動される低スプールとの間に含まれ、それにより、ファンが、第１のタービンセクションよりも低い速度で回転するようになっており、ギア減速装置のギア比が、約２．３より大である。
【００１６】
上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、ファンは、第２の反対方向に回転する。
【００１７】
上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、第１のタービンセクションと第２のタービンセクションの各々は、第１の方向に回転するように構成されている。
【００１８】
上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、比は、約１．０以上である。
【００１９】
上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、ファンは、空気の一部分をバイパスダクト内に搬送し、バイパス比は、バイパスダクト内に搬送される空気の部分を圧縮機セクション内に搬送される空気の量で割ったものとして規定され、バイパス比は、約１０．０よりも大である。
【００２０】
上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、ファンは、２６枚以下のファンブレードを有する。ファンは、約１．４５未満の圧力比を規定する。
【００２１】
上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、圧縮機セクションは、第１のタービンセクションに結合された第１の圧縮機セクションと、第２のタービンセクションに結合された第２の圧縮機セクションとを含んでいる。第１の圧縮機セクションは、第２の圧縮機セクションよりも少ない段を含んでいる。
【００２２】
本開示の実施例に係る、ガスタービンエンジンを設計する方法は、ファンを設け、ファンと流体連通する圧縮機セクションを設け、第１のタービンセクションと第２のタービンセクションの両方を含むタービンセクションを設ける、ことを含む。第１のタービンセクションは、第１のタービンセクションと第２のタービンセクションとの中間に位置する中間タービンフレーム内に取り付けられた第１の軸受と、第１のタービンセクションを取り付ける第２の軸受との２つの軸受上に支持され、第２の軸受は、第１のタービンセクションの下流の排気ケース内で支持される。ファンドライブタービンセクションは、第１の出口点に第１の出口面積を有し、第１の速度で回転するように構成されている。第２のタービンセクションは、第２の出口点に第２の出口面積を有し、第１の速度よりも速い第２の速度で回転するように構成されている。第１の性能量は、所定の設計目標における第１の速度の二乗と第１の面積の積として規定される。第２の性能量は、所定の設計目標における第２の速度の二乗と第２の面積の積として規定される。第１の性能量の第２の性能量に対する比は、約０．５〜約１．５である。
【００２３】
上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、所定の設計目標は、離陸条件に対応する。
【００２４】
上述の実施例のいずれかのさらなる実施例において、圧縮機セクションは、第１の圧縮機セクションおよび第２の圧縮機セクションを含み、全体の圧力比は、所定の設計目標における第１のコンプレッサを横切っての圧力比と第２のコンプレッサを横切っての圧力比との組合せによって与えられ、全体の圧力比は、約３５以上である。
【００２５】
これらおよび他の特徴は、以下の詳細な説明および図面から最もよく理解され得、以下に簡単な説明を記載する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ガスタービンエンジンの図。
【図２】ファンドライブを伴う低スプールおよび高スプールの構成の概略図。
【図３】取付けの特徴を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、ガスタービンエンジン２０を概略的に示している。ガスタービンエンジン２０は、通常はファンセクション２２、圧縮機セクション２４、燃焼器セクション２６、およびタービンセクション２８を組み合わせる、２つのスプールのターボファンとして本明細書に開示されている。代替的なエンジンには、他のシステムまたは特徴の中に、推力増大セクション（図示せず）が含まれる場合がある。ファンセクション２２がバイパス流路Ｂに沿って空気を運び、一方、圧縮および連通のために燃焼器セクション２６内へ、次いでタービンセクション２８を通しての膨張のために、圧縮機セクション２４がコア流路Ｃに沿って空気を運ぶ。開示の非限定的な実施例ではターボファンガスタービンエンジンとして記載されているが、本明細書に記載のコンセプトは、本教示が３つのスプールの構造を含む他の種類のタービンエンジンに適用可能であることから、ターボファンでの使用には限定されないことを理解されたい。
【００２８】
エンジン２０は通常、いくつかの軸受システム３８を介して、エンジン静止構造３６に対するエンジンの中心長手軸Ａ周りの回転のために取り付けられた低速スプール３０および高速スプール３２を含んでいる。様々な位置の様々な軸受システム３８を代替的または追加的に設けることができることを理解されたい。
【００２９】
低速スプール３０は通常、ファン４２、低圧（または第１の）圧縮機セクション４４、および低圧（または第１の）タービンセクション４６を相互接続する内側シャフト４０を含んでいる。内側シャフト４０は、ファン４２を低速スプール３０よりも低速で駆動するために、ファン４２にギア構造４８を介して接続されている。高速スプール３２は、高圧（または第２の）圧縮機セクション５２と、高圧（または第２の）タービンセクション５４とを相互接続する外側シャフト５０を含んでいる。燃焼器５６は、高圧圧縮機セクション５２と高圧タービンセクション５４の間に配置されている。エンジン静止構造３６の中間タービンフレーム５７は、概して高圧タービンセクション５４と低圧タービンセクション４６の間に配置されている。中間タービンフレーム５７はさらに、タービンセクション２８内の軸受システム３８を支持する。本明細書において使用される場合、高圧タービンセクションは、低圧タービンセクションよりも高い圧力を受ける。低圧タービンセクションは、ファン４２を動かすセクションである。
【００３０】
図示の実施例では、低圧（または第１の）コンプレッサ４４は、高圧（または第２の）コンプレッサ５２よりも少ない段を含み、より詳しくは、低圧コンプレッサ４４は３つの段を含み、高圧コンプレッサ５２は８つの段を含んでいる（図１）。別の例では、低圧コンプレッサ４４は４つの段を含み、高圧コンプレッサ５２は４つの段を含んでいる（図３）。図示の実施例では、高圧（または第２の）タービン５４は、低圧（または第１の）タービン４６よりも少ない段を含み、より詳しくは、低圧タービン４６は５つの段を含み、高圧タービン５４は２つの段を含んでいる。一実施例では、低圧タービン４６は３つの段を含み、高圧タービン５４は２つの段を含んでいる（図３）。
【００３１】
内側シャフト４０と外側シャフト５０とは、同軸にあり、内側シャフト４０および外側シャフト５０の長手軸と同一直線上にあるエンジン中心長手軸Ａ周りに、軸受システム３８を介して回転する。高スプールと低スプールとは、同一方向に回転するか、反対方向に回転する。
【００３２】
コア空気流Ｃは、低圧圧縮機セクション４４によって圧縮され、次いで高圧圧縮機セクション５２によって圧縮され、燃焼器５６内で燃料と混合されるとともに燃焼され、次いで高圧タービンセクション５４および低圧タービンセクション４６にわたって膨張される。中間タービンフレーム５７は、コア流路内にあるエアフォイル５９を含んでいる。タービンセクション４６、５４は、膨張に応じて低速スプール３０と高速スプール３２とのそれぞれを回転駆動する。
【００３３】
一実施例におけるエンジン２０は、高バイパスギアの航空機エンジンである。バイパス比は、バイパス路Ｂ内に搬送される空気量をコア路Ｃに入る空気量で割った値である。さらなる実施例では、エンジン２０のバイパス比は、約６より大きく、約３０未満、より詳しくは、約２０未満であり、例示的な実施例では１０より大であり、ギア構造４８は、ギア減速比が約２．３より大きい遊星ギアシステムまたは他のギアシステムなどのエピサイクルギアトレインであり、低圧タービンセクション４６は約５より大である圧力比を有する。いくつかの実施例では、ギア減速比は約５．０より小であるか、約４．０より小である。開示の一実施例では、エンジン２０のバイパス比は、約１０（１０：１）よりも大であり、ファンの直径は低圧圧縮機セクション４４の直径よりも著しく大きく、低圧タービンセクション４６は約５：１よりも大である圧力比を有する。いくつかの実施例では、高圧タービンセクションは、２以下の段を有し得る。対照的に、低圧タービンセクション４６は、いくつかの実施例では、３〜６段を有する。さらに、低圧タービンセクション４６の圧力比は、排気ノズルの前の低圧タービンセクション４６の流出口における全圧に関連して低圧タービンセクション４６の流入口の前で測定される全圧である。ギア構造４８は、ギア減速比が約２．５：１よりも大である、遊星ギアシステムまたは他のギアシステムなどのエピサイクルギアトレインであり得る。しかし、上述のパラメータは、ギア構造のエンジンの一実施例の例にすぎず、本発明は、直接ドライブターボファンを含む他のガスタービンエンジンに適用可能であることを理解されたい。
【００３４】
高バイパス比に起因して、かなりの量の推力がバイパス流Ｂによって提供される。エンジン２０のファンセクション２２は、特定の飛行条件、すなわち、マッハ約０．８で約３５，０００フィートにおける通常の巡航のために設計されている。マッハ０．８かつ３５，０００フィートの飛行条件では、エンジンの燃料消費率が最もよく、「動翼巡航の推力当たり燃料消費率（「ＴＳＦＣ」）」としても知られている。ＴＳＦＣは、１時間毎に燃焼される燃料のｌｂｍを、その飛行条件においてエンジンが生成する推力のｌｂｆで割った比の業界標準のパラメータである。「低ファン圧力比」は、ファン出口のガイドベーンの前の、ファンブレード単独を横切っての全圧比である。１つの非限定的な実施例に従って本明細書に開示された低ファン圧力比は、約１．４５より小である。「補正された低ファン先端速度」は、ｆｔ／秒での実際のファンの先端速度を、［（Ｔｒａｍ  °Ｒ）／（５１８．７  °Ｒ）］0.5の業界標準の温度の補正値で割った値である。非限定的な一実施例に従って本明細書に開示された「補正された低ファン先端速度」は、約１１５０ｆｔ／秒よりも小である。さらに、ファン４２は、２６枚以下のブレードを有し得る。
【００３５】
出口面積４００が、高圧タービンセクション５４の出口の位置において、図１および図２に図示されている。低圧タービンセクションのための出口面積は、低圧タービンセクションのための出口４０１において規定される。図２に示すように、タービンエンジン２０は逆回転式のエンジンであってもよい。このことは、低圧タービンセクション４６および低圧圧縮機セクション４４が一方向に回転し、一方、高圧タービンセクション５４および高圧圧縮機セクション５２を含む高圧スプール３２が逆方向に回転することを意味している。たとえば遊星トランスミッション（たとえば、太陽ギア、リングギア、および星形ギアを伴う）である場合があるギア減速装置４８は、ファン４２が高スプール３２と同じ方向に回転するように選択され得る。この構成、ならびに、様々な量および作動範囲を含む、上に説明した他の構造により、低圧スプールをかなり高速にすることができる。低圧タービンセクションおよび高圧タービンセクションの動作はしばしば、タービンセクションの出口面積に、そのそれぞれの速度の二乗を乗じた性能量を見て評価される。この性能量（「ＰＱ」）は以下のように、
式１：  ＰＱltp＝（Ａlpt×Ｖlpt2）
式２：  ＰＱhpt＝（Ａhpt×Ｖhpt2）
と規定され、ここで、Ａlptは低圧タービンセクションの出口（たとえば、４０１の位置）における低圧タービンセクションの面積であり、Ｖlptは低圧タービンセクションの速度であり、Ａhptは高圧タービンセクションの出口（たとえば、４００の位置）における高圧タービンセクションの面積であり、Ｖhptは高圧タービンセクションの速度である。
【００３６】
したがって、高圧タービンセクションの性能量と比較しての低圧タービンセクションの性能量の比は以下のように、
式３：  （Ａlpt×Ｖlpt2）／（Ａhpt×Ｖhpt2）＝ＰＱltp／ＰＱhpt
となる。上述の設計に従って形成されたタービンの一実施例では、低圧タービンセクションの面積と高圧タービンセクションの面積はそれぞれ５５７．９ｉｎ2と９０．６７ｉｎ2である。さらに、低圧タービンセクションの速度と高圧タービンセクションの速度はそれぞれ１０１７９ｒｐｍと２４３４６ｒｐｍである。したがって、上述の式１および２を使用すると、低圧タービンセクションの性能量と高圧タービンセクションの性能量は以下のように、
式１：  ＰＱltp＝（Ａlpt×Ｖlpt2）＝（５５７．９ｉｎ2）（１０１７９ｒｐｍ）2＝５７８０５１５７６７３．９ｉｎ2ｒｐｍ2
式２：  ＰＱhpt＝（Ａhpt×Ｖhpt2）＝（９０．６７ｉｎ2）（２４３４６ｒｐｍ）2＝５３７４２６２２００９．７２ｉｎ2ｒｐｍ2
となり、そして上述の式３を使用すると、低圧タービンセクションの高圧タービンセクションに対する比は以下のように、
比＝ＰＱltp／ＰＱhpt＝５７８０５１５７６７３．９ｉｎ2ｒｐｍ2／５３７４２６２２００９．７２ｉｎ2ｒｐｍ2＝１．０７５
となる。
【００３７】
別の実施例では、比は約０．５であり、別の実施例では、比は約１．５であった。ＰＱltp／ＰＱhptの比が０．５〜１．５の範囲では、全体が非常に高効率のガスタービンエンジンが得られる。より詳しくは、約０．８以上のＰＱltp／ＰＱhptの比がより効率的である。さらにより詳しくは、１．０以上のＰＱltp／ＰＱhptの比がさらにより効率的である。これらＰＱltp／ＰＱhptの比の結果として、特に、直径と軸方向の長さの両方において、タービンセクションを従来技術におけるよりもかなり小さく形成することができる。さらに、エンジン全体の効率が大幅に高められる。
【００３８】
低圧圧縮機セクションも、この構成によって向上され、慣習的な低圧圧縮機セクションよりも高圧圧縮機セクションのように動作する。このことは従来技術よりも効率的であり、より少ない段でより多くの仕事を提供することができる。低圧圧縮機セクションは、エンジンの設計目標の全体の圧力比を得ることについてより大きく寄与しつつ、径を小さく、長さを短く形成することができる。
【００３９】
いくつかの実施例では、エンジン２０は、低圧タービンセクション４６および高圧タービンセクション５４のための性能量によって規定される所定の設計目標において設計される。さらなる実施例では、所定の設計目標は、低圧コンプレッサ４４および高圧コンプレッサ５２の圧力比によって規定される。
【００４０】
いくつかの実施例では、所定の設計目標に対応する全体の圧力比は、約３５：１以上である。すなわち、低圧コンプレッサ４４の前のファン４２の圧力上昇を起こした後に、低圧（または第１の）圧縮機セクション４４に入る空気の圧力は、空気が高圧（または第２の）圧縮機セクション５２の流出口に達する時点までに３５倍またはそれを上回って圧縮されるものとする。他の実施例では、所定の設計目標に対応する全体の圧力比は、約４０：１以上であるか、約５０：１以上である。いくつかの実施例では、全体の圧力比は約７０：１未満であるか、より詳しくは、約５０：１未満である。いくつかの実施例では、所定の設計目標は、海抜における静的な、通常の離陸動力条件において規定される。他の実施例では、所定の設計目標は、巡航条件において規定される。
【００４１】
図３は、上に説明した特徴を有するエンジンの取付け構成を示している。タービンセクションの開発により、最低圧力のタービンからの、ファンを駆動させるためのシャフトはますます細長くなってきている。
【００４２】
図３では、高圧シャフト１０２が、１１４においてある方式で取り付けられた前方軸受１１６によって支持されて示されている。シャフト１０２も、下流の位置において、好ましくは中間タービンフレーム１００を介して、軸受１０４によって取り付けられている。中間タービンフレーム１００は、高圧タービン５４の下流端と、低圧タービン４６の上流端との中間として示されている。中間タービンフレーム１００は、低圧またはファンドライブシャフト１０６を支持する軸受１０８をも取り付けている。ファンドライブシャフト１０６の下流端は、タービン排気ケース１１０内の１１３に取り付けられた軸受１１２内に支持されている。すなわち、軸受マウント１１３は、低圧タービン４６の下流に延びている。
【００４３】
既知のエンジンでは、ファンドライブシャフト１０６は、タービン排気ケース内に取り付けられた２つの軸受によって支持されている。そのような構成では、ハブ１１５により、２つの軸受が離間される、シャフト１０６の軸に沿う距離が制限される。従来技術では、これら軸受は、ファンドライブまたは低圧タービンセクション４６の限界速度に耐えなければならない。２つの軸受は常に、そのようなマウントで十分な距離だけ離間しているわけではない。
【００４４】
軸受１０８を中間タービンフレーム内に取り付けることにより、および、下流軸受１１２をタービン排気ケース内に取り付けることにより、かなり幅広の「ホイールベース」が２つの軸受１０８と１１２の間に設けられ、限界速度に耐えることの問題に対するよりよい支持がされる。
【００４５】
図３に、２つのタービンセクションを有するエンジン内のこの構成が示されているが、この特徴は３つのタービンセクションを有するエンジンにも同様に適用される。３つのタービンセクションのエンジンでは、中間タービンフレームは、中間タービンと低圧タービンの間にあることになる。さらに、そのようなエンジンでは、上述の面積および速度比は、中間タービンセクションおよび最低圧力のタービンセクションに対しても当てはまる。
【００４６】
実施例が開示されたが、当業者は、一定の変更が本発明の範囲内にあることを理解することになる。この理由から、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲および内容を規定するものとして考慮されるべきである。
【符号の説明】
【００４７】
２０…ガスタービンエンジン
２２…ファンセクション
２４…圧縮機セクション
２６…燃焼器セクション
２８…タービンセクション
３０…低速スプール
３２…高速スプール
４２…ファン
４４…低圧圧縮機セクション
４６…低圧タービンセクション
４８…ギア構造
５２…高圧圧縮機セクション
５４…高圧タービンセクション
５６…燃焼器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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