(57)【要約】      （修正有）【課題】最適設計パラメータの大きなピッチ範囲を可能にする可変ピッチファンを提供する。【解決手段】推進装置のための可変ピッチファン３８は、ディスク４２に結合された複数のファンブレード４０を含む。複数のファンブレードの各ファンブレードは、ディスクから半径方向外向きに延び、ファンブレードの各々は、根元から先端まで翼長（Ｓ）に沿って延びる。根元に隣接した翼長（Ｓ）の一部は根元翼長領域（ＳR）を定め、先端に隣接した翼長（Ｓ）の一部は根元翼長領域（ＳT）を定める。さらに、ファンブレードの各々は、ファンブレードのピッチを変えるためにピッチ軸の周りで回転可能であり、ピッチ軸は、ファンブレードを通って半径方向に延びる。ピッチは、ピッチ範囲内で可変であり、ピッチ範囲は、少なくとも約８０°から約１３０°である。可変ピッチファンの剛率は、根元翼長領域（ＳR）において少なくとも１．０である。【選択図】図１
2017089651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスク（４２）に結合された複数のファンブレード（４０）を備える推進装置のための可変ピッチファンであって、
前記複数のファンブレードの各ファンブレード（４０）は、前記ディスク（４２）から半径方向外向きに延び、前記ファンブレード（４０）の各々は、根元（１０２）から先端（１０４）まで翼長（Ｓ）に沿って延び、前記根元（１０２）に隣接した前記翼長（Ｓ）の一部は根元翼長領域（ＳR）を定め、前記先端（１０４）に隣接した前記翼長（Ｓ）の一部は根元翼長領域（ＳT）を定め、
前記ファンブレード（４０）の各々は、前記ファンブレード（４０）のピッチを変えるためにピッチ軸の周りで回転可能であり、前記ピッチ軸は、前記ファンブレード（４０）を通って半径方向に延び、前記ピッチは、ピッチ範囲内で可変であり、前記ピッチ範囲は、少なくとも約８０°から約１３０°であり、
前記可変ピッチファンの剛率は、前記根元翼長領域（ＳR）において少なくとも１．０である、可変ピッチファン。
【請求項２】
前記ディスク（４２）をカバーする回転フロントハブ（５２）（５２）をさらに備え、前記可変ピッチファンのファンハブ半径比は、約０．４０未満である、請求項１に記載の可変ピッチファン。
【請求項３】
前記複数のファンブレード（４０）は、少なくとも１０のファンブレード（４０）を備える、請求項１に記載の可変ピッチファン。
【請求項４】
前記可変ピッチファンのファン圧力比は、約１．５未満である、請求項１に記載の可変ピッチファン。
【請求項５】
前記可変ピッチファンの前記剛率は、前記根元翼長領域（ＳT）において１．０未満である、請求項１に記載の可変ピッチファン。
【請求項６】
前記ピッチ範囲は、フェザリングピッチ位置と逆ピッチ位置との間のピッチ変動に対応する、請求項１に記載の可変ピッチファン。
【請求項７】
前記ピッチ範囲は、フラットピッチ位置と逆ピッチ位置との間のピッチ変動に対応する、請求項１に記載の可変ピッチファン。
【請求項８】
前記ピッチ範囲は約１２０°である、請求項１に記載の可変ピッチファン。
【請求項９】
前記複数のファンブレード（４０）の前記ピッチを変えるためのピッチ変更作動組立体（４８）をさらに備え、前記作動組立体（４８）は、
前記ディスク（４２）に対して回転可能で複数のスロット（１３０）を有するスケジューリングリング（１２０）と、
各々が前記複数のファンブレード（４０）のうちの１つ及び前記複数のスロット（１３０）のうちの１つに作動的に結合する複数の連結アーム（１２２）と、
を備え、
前記複数のファンブレード（４０）の各々は、作動的に結合した前記スロット（１３０）によって規定されるピッチスケジュールに応じて回転し、前記複数のスロット（１３０）の少なくとも２つは、異なるブレードピッチスケジュールを規定する、請求項１に記載の可変ピッチファン。
【請求項１０】
前記複数のファンブレード（４０）の各々を前記ディスク（４２）に結合するための複数のトラニオン機構（１５０）をさらに備え、前記トラニオン機構の各々は、非鉄金属で構成された１又は２以上の構成要素を有する軸受を含む、請求項１に記載の可変ピッチファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、一般に、推進装置のためのファンに関し、より具体的には、ガスタービンエンジン等の推進装置のための可変ピッチファンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンエンジンは、互いに流れ連通するファン及びコアを含む。加えて、ガスタービンエンジンのコアは、直列流れ順に、圧縮機セクション、燃焼器セクション、タービンセクション、及び排出セクションを含む。作動時、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、圧縮機セクションでは、１又は２以上の軸流圧縮機が、空気を燃焼器セクションに到達するまで漸進的に圧縮する。燃料は、燃焼器セクション内で圧縮空気と混合して燃焼して、燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、燃焼器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過する燃焼ガス流は、圧縮機セクションを駆動し、排出セクションを通過して大気に送られる。具体的な構成では、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延びるシャフトを介して圧縮機セクションに機械的に結合する。
【０００３】
ファンは、ガスタービンエンジンのコアよりも大径の複数のブレードを有する。また、ファン及びブレードは、シャフトに対して機械的に結合してタービンと一緒に回転することができる。特定の構成において、ファンは、ギヤボックスを介してシャフトに結合することができ、ファンは、タービンシャフトとは異なる回転速度とすることができる。ファンの少なくとも一部をカバーしてファンと一緒に回転する回転ハブを設けることができる。複数のブレードが回転するとガスタービンエンジン用の推進力が発生しかつ空気流をコアの圧縮機セクションに供給するようになっている。加えて、複数の出口ガイドベーンは、ブレードからの空気流を案内することができ、例えば、ガスタービンエンジンが発生する騒音を低減しかつガスタービンエンジンの性能を高めるようになっている。同様のファンは、他の推進装置に用いることもできる。
【０００４】
少なくとも一部の推進装置に関して、ファンは、可変ピッチファンである。推進装置の性能をより高くするために、各ブレードをそれぞれのピッチ軸の周りで回転させることでファンブレードのピッチを変えることが望ましい。例えば、ブレードピッチを変更する主な理由は、航空機の対気速度及びエンジンの出力レベルに基づいて性能を最適にするためにブレードの迎角を調整することである。加えて、ファンブレードのピッチは、ファンを通る空気流を反転させて、着陸した航空機を空力的に制動するための逆推進力を与えるために使用することができる。
【０００５】
一般に、ファンブレードのピッチは、複数のピッチ位置の間で変わるので、ファンブレードはピッチ範囲を移動する。特定のピッチ範囲は、様々な飛行フェーズ及び／又はガスタービンエンジンの最適性能に関する種々のピッチ位置に対応することが必要な場合がある。しかしながら、ピッチ範囲は、ファンブレード剛率等の設計パラメータ又は設計考察によって、及びカウンタウェイト、トラニオン機構、及びピッチ変更アクチュエータ組立体等の種々のファン構成要素の構成によって制限される場合が多い。
【０００６】
従って、最適設計パラメータの大きなピッチ範囲を可能にする特徴部を有する推進装置のための可変ピッチファンが望ましいことになる。特に、複数のファンブレードを有し、ファンブレードのピッチが大きなピッチ範囲で変更可能であり、ファンブレードの根元領域で高い剛性を有する可変ピッチファンが好都合であろう。また、複数のファンブレードを有し、ファンブレードのピッチが大きなピッチ範囲で変更可能であり、低減されたファンハブ半径比及び／又は低減されたファン圧力比を有する可変ピッチファンが好都合であろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７９０１１８５号明細書
【発明の概要】
【０００８】
本発明の態様及び利点は、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、本発明を実施することによって理解することができる。
【０００９】
本開示の１つの例示的な実施形態において、推進装置のための可変ピッチファンが提供される。可変ピッチファンは、ディスク結合された複数のファンブレードを含む。複数のファンブレードの各ファンブレードは、ディスクから半径方向外向きに延び、ファンブレードの各々は、根元から先端まで翼長に沿って延びる。根元に隣接した翼長の一部は根元翼長領域を定め、先端に隣接した翼長の一部は先端翼長領域を定める。さらに、ファンブレードの各々は、ファンブレードのピッチを変えるためにピッチ軸の周りで回転可能であり、ピッチ軸は、ファンブレードを通って半径方向に延びる。ピッチは、ピッチ範囲内で可変であり、ピッチ範囲は、少なくとも約８０°から約１３０°である。可変ピッチファンの剛率は、根元翼長領域において少なくとも１．０である。
【００１０】
本開示の別の例示的な実施形態において、推進装置のための可変ピッチファンが提供される。可変ピッチファンは、ディスクに結合された複数のファンブレードとディスクをカバーする回転フロントハブとを含む。複数のファンブレードの各ファンブレードは、ディスクから半径方向外向きに延び、ファンブレードの各々は、根元から先端まで翼長に沿って延びる。根元に隣接した翼長の一部は根元翼長領域を定め、先端に隣接した翼長の一部は先端翼長領域を定める。可変ピッチファンの剛率は、根元翼長領域において少なくとも１．０であり、可変ピッチファンのファン圧力比は、約１．５未満であり、可変ピッチファンのファンハブ半径比は、約０．４０未満である。さらに、ファンブレードの各々は、ファンブレードのピッチを変えるためにピッチ軸の周りで回転可能であり、ピッチ軸は、ファンブレードを通って半径方向に延びる。ピッチは、ピッチ範囲内で可変であり、ピッチ範囲は、少なくとも約８０°から約１３０°である。
【００１１】
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、本開示の実施形態を例証しており、本明細書と共に本開示の原理を説明する役割を果たす。
【００１２】
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かつ有効な開示を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本主題の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンの概略断面図。
【図２】本主題の例示的な実施形態による図１に示された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。
【図３】ファンブレードがフェザリング位置にある、図２の例示的な可変ピッチファンの作動組立体の概略側面図。
【図４】ファンブレードがフラットピッチ位置にある、図２の例示的な可変ピッチファンの作動組立体の概略側面図。
【図５】本開示の実施形態によるスケジューリングリングが回転した場合の２つの隣接するファンブレードに関するスケジューリングスロットを示すピッチスケジューリングリングの線図。
【図６】本開示の実施形態によるスケジューリングリングが回転した場合の２つの隣接するファンブレードに関するスケジューリングスロットを示すピッチスケジューリングリングの線図。
【図７】図２の例示的な可変ピッチファンのディスク及び関連のトラニオン機構の斜視図。
【図８】図７のディスクセグメント及びトラニオン機構の部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本明細書及び図面において参照符号を繰り返して用いることは、本発明の同じ又は類似の特徴又は要素を表すことを意図している。
【００１５】
ここで、その１又は２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。加えて、本明細書で使用される用語「流体」は、限定されるものではないが、ガス及び空気を含む、流動する何らかの物質又は媒体を含む。
【００１６】
次に、幾つかの図全体を通して同様の参照符号が同様の要素を表す図面を参照すると、図１は、本開示の例示的な実施形態によ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であり、本明細書では「ターボファンエンジン１０」と呼ぶ。図１に示すように、ターボファンエンジン１０は、軸方向Ａ（参照用の長手方向中心線１２に対して平行に延びる）及び半径方向Ｒを定める。一般に、ターボファン１０は、ファンセクション１４及び該ファンセクション１４から下流に配置されたコアタービンエンジン１６を含む。
【００１７】
概略的に示された例示的なコアタービンエンジン１６は、環状入口２０を定める略管状の外部ケーシング１８を含む。外部ケーシング１８は、直列流れ関係で、ブースタすなわち低圧（ＬＰ）圧縮機２２及び高圧（ＨＰ）圧縮機２４を含む圧縮機セクションと、燃焼器セクション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、ジェット排出ノズルセクション３２とを収容する。高圧（ＨＰ）シャフト又はスプール３４は、ＨＰタービン２８をＨＰ圧縮機２４に駆動結合する。低圧（ＬＰ）又はスプール３６は、ＬＰタービン３０をＬＰ圧縮機２２に駆動結合する。
【００１８】
加えて、図示の実施形態に関して、ファンセクション１４は、相隔たる様式でディスク４２に結合した複数のファンブレード４０を有する可変ピッチファン３８を含む。図示のように、ファンブレード４０は、略半径方向Ｒに沿ってディスク４２から外向きに延びる。複数のファンブレード４０の各々は、前縁４４又は上流縁、及びそれぞれのファンブレード４０の各々の半径方向外縁に定められた先端４６を規定する。先端４６は、それぞれのファンブレード４０の半径方向外縁に定められる。以下に説明するように、ファンブレード４０は、各ファンブレード４０をピッチ軸Ｐの周りでディスク４２に対して回転させることでファンブレード４０のピッチを変更するように構成された適切なピッチ変更作動組立体４８に作動的に結合する。ファンブレード４０、ディスク４２、及び作動組立体４８は、出力ギヤボックス５０を横切るＬＰシャフト３６によって長手方向軸線１２の周りで一緒に回転可能である。出力ギヤボックス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落とすための複数のギヤを含む。
【００１９】
さらに、ファンブレード４０は、作動組立体４８を横切ってピッチ補正装置４１（例えば、カウンタウェイト装置又は適切なピッチロック装置）に作動的に結合するので、ピッチ補正装置４１は、ファンブレード４０から離れている（すなわち、直接結合しない）と言える。ピッチ補正装置４１は、作動組立体４８がもはやファンブレード４０のピッチを制御するために作動できない場合に、ファンブレード４０のピッチを所定のピッチ角に駆動するように適切に構成される。例えば、例示的な実施形態において、ピッチ補正装置４１は、作動組立体４８がもはやファンブレード４０のピッチを制御するために作動できない場合に、タービン２８、３０を除荷するのではなく、ファン３８がタービン２８、３０から発生した出力を吸収し続けるようにファンブレード４０をピッチ変更するように構成されたカウンタウェイト装置である。さらに、図示のように、各ファンブレード４０は、これの取り付けられた専用のピッチ補正装置４１を備えておらず、代わりに、遠隔ピッチ補正装置４１は作動組立体４８を介してファンブレード４０に作動的に結合される。従って、ピッチ補正装置４１は、ディスク４２の利用可能空間に群がらないようにファンブレード４０及びディスク４２から離れて設けられるので、小径のディスク４２が可能になる。小径ディスク４２によって、以下に説明する、ファンハブ半径比を小さくすること、並びにファンブレード数の増やすことが可能になる。ピッチ補正装置４１は、例えば、装置がファンブレードのための遠隔ピッチ補正装置であるように、ピッチ補正装置４１をブレード４０に直接結合しないことを可能にすることで、可変ピッチファンのための小径ディスクを提供するのを容易にする何らかの適切な構成を有することができることを理解されたい。さらに、適切な実施形態において、ピッチ補正装置４１を省くことができ、例えば、カウンタウェイト及びピッチロック装置を備えなくてもよい。
【００２０】
さらに図１に示すように、可変ピッチファン３８のディスク４２は、空力的外形の回転フロントハブ５２でカバーされ、複数のファンブレード４０を通る空気流を向上させるようになっている。エンジン１０の性能は、半径方向Ｒに沿った回転ハブ５２の全体サイズの影響を受ける場合がある。本明細書で使用される場合、前述のファンハブ半径比は、半径Ｒ２に対する半径Ｒ１の比率である。半径Ｒ１は、ブレード４０の前縁４４での半径方向Ｒに沿った長手方向中心軸線１２からの回転ハブ５２の半径であり、半径Ｒ２は、ブレード４０の前縁４４でのブレード先端４６から長手方向中心軸線１２までのブレード４０の半径である。所定のＲ２に関して、Ｒ１が減少すると、ファン正面の流れ面積が増大し、これにより所定の推力に関するファン圧力比が低減するので、ファンの空気力学的効率が高くなる。もしくは、所定のファン正面流れ面積及び関連のファン空気力学的効率に関して、Ｒ１が減少するとＲ２も減少するので、ファンのサイズ及び重量が低減する。従って、ファンハブ半径比が低減するとエンジンの性能又はサイズ及び重量を改善することができる。さらに、Ｒ１が減少すると、回転ハブ５２を超えてコア１６に入る空気流が受ける曲がりが低減するので、損失ペナルティが低下する。
【００２１】
回転ハブ５２はディスク４２を収容するので、回転ハブ５２のサイズ（半径方向Ｒに沿った）は、ある程度、ディスク４２のサイズ（半径方向Ｒに沿った）によって決まる。さらに、ディスク４２のサイズは、ある程度、構成要素が耐え得る力の大きさによって決まる。ターボファンエンジン１０の作動時にファン３８が長手方向中心軸線１２の周りで回転する回転速度に起因して、構成要素に加わる遠心力が大きくなる可能性がある。遠心力は、構成要素の質量／重量、及びブレード４０の長さに直接相関する。従って、ディスク４２の重量を低減して、ディスク４２のサイズ、回転ハブ５２の半径Ｒ１、及びファンハブ半径比の低減を容易にすることが望ましい。
【００２２】
以下に詳細に説明するように、本開示の特定の実施形態は、ファン３８の特定の構成要素（例えば、以下の特定の軸受）の重量を低減することで当該ファンハブ半径比の低減を可能にし、これにより、遠心力が小さくなり、大きな遠心力に耐える必要がない小型でよりコンパクトな構成要素が可能になる。詳細には、図示の例示的な実施形態において、ターボファンエンジン１０のファンハブ半径比は、約０．４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、ファンハブ半径比は、代わりに、約０．３５以下、約０．３０以下とすることができ、もしくは、ファン３８は、何らかの他の適切なファンハブ半径比を有することができる。本明細書で使用される場合、「約」などの近似用語は、許容誤差の１０％以内にあることを意味することを理解されたい。
【００２３】
図１の例示的なターボファンエンジン１０をさらに参照すると、例示的なファンセクション１４は、ファン３８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に取り囲む環状ファンケーシング又は外側ナセル５４を追加的に含む。ナセル５４は、複数の周方向に離間した出口ガイドベーン５６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なっていることを理解されたい。さらに、ナセル５４の下流セクション５８は、コアタービンエンジン１６の外部に広がり、その間にバイパス空気流通路６０を定めるようになっている。
【００２４】
ターボファンエンジン１０の作動時、所定の空気量６２は、ナセル５４及び／又はファンセクション１４に関連する入口６４を通ってターボファン１０に流入する。空気量６２がファンブレード４０を通過する際に、矢印６６で示す空気の第１の部分は、バイパス空気流通路６０に向けられるか又は送られ、矢印６８で示す空気の第２の部分は、ＬＰ圧縮機２２に向けられるか又は送られる。空気の第１の部分６６と空気の第２の部分６８の比は、一般にバイパス比として知られている。次に、空気の第２の部分６８の圧力は、高圧（ＨＰ）圧縮機２４を通過して燃焼器セクション２６へ送られる際に高くなり、空気の第２の部分６８は燃料と混合されて燃焼して燃焼ガス７０をもたらす。
【００２５】
燃焼ガス７０はＨＰタービン２８を経由し、ここでは、外部ケーシング１８に結合したＨＰタービンステータベーン７２及びＨＰシャフト又はスプール３４に結合したＨＰタービンロータブレード７４の連続する段によって、燃焼ガス７０から熱エネルギ及び／又は運動エネルギの一部が抽出され、ＨＰシャフト又はスプール３４が回転されるようになり、結果的にＨＰ圧縮機２４の作動を助ける。次に、燃焼ガス７０は、ＬＰタービン３０を経由し、ここでは、外部ケーシング１８に結合したＬＰタービンステータベーン７６及びＬＰシャフト又はスプール３６に結合したＬＰタービンロータブレード７８の連続する段によって、燃焼ガス７０から熱エネルギ及び運動エネルギの第２の部分が抽出され、ＬＰシャフト又はスプール３６が回転されるようになり、ＬＰ圧縮機２２の作動及び／又はファン３８の回転を助ける。
【００２６】
その後、燃焼ガス７０は、コアタービンエンジン１６のジェット排出ノズルセクション３２を経由して推進力をもたらすようになっている。同時に、空気の第１の部分６６は、ターボファン１０のファンノズル排出セクション８２から排出される前にバイパス空気流通路６０を経由するので、空気の第１の部分６６の圧力は大幅に上昇し、同様に推進力をもたらす。ＨＰタービン２８、ＬＰタービン３０、及びジェット排出ノズルセクション３２は、少なくとも部分的に、コアタービンエンジン１６を通って燃焼ガス７０を送るための高温ガス経路８４を定める。
【００２７】
図１に示すターボファンエンジン１０の構成は、可変ピッチファン３８の外周を囲む外側ナセル５４を有し、ダクテッド構成と呼ぶことができる。本明細書ではターボファンエンジン１０を説明するが、本開示は、ターボファンエンジンの可変ピッチファンのアンダクテッド構成にも適用できることを理解されたい。加えて、さらに別の例示的な実施形態において、本開示の態様は、ダクト式又はアンダクト式の電動ファンエンジン等の他の推進装置に組み込むことができる。
【００２８】
次に図２を参照してファン３８を詳細に説明する。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を前方から後方に見た図である。図示の例示的な実施形態に関して、ファン３８は１２枚のファンブレード４０を含む。負荷の観点から、このようなブレード数は各ファンブレード４０の翼長を短くすることを可能とし、同様にファン３８の全径を小さくすることができる（例えば、例示的な実施形態において約１２フィートへ）。しかし、他の実施形態において、ファン３８は、任意の適切なブレード数及び任意の適切な直径とすることができる。例えば、１つの適切な実施形態において、ファン３８は、少なくとも１０枚のファンブレード４０を有することができる。他の適切な実施形態において、ファン３８は、少なくとも１１枚のファンブレード４０を有することができる。さらに別の適切な実施形態において、ファン３８は、少なくとも１２枚のファンブレード４０を有することができる。さらに別の適切な実施形態において、ファン３８は、少なくとも１５枚又は少なくとも１８枚のファンブレード４０を有することができる。
【００２９】
好ましくは、ファン３８は、約１．５以下のファン圧力比を有する。ファン圧力比は、ファン入口圧力に対するファン出口又は吐出圧力の比率である。ファン圧力比を約１．５以下にすることで、改善された機械的及び推進効率が可能になる。例示的な実施形態において、ファン圧力比は約１．４とすることができ、他の適切な実施形態において、ファン圧力比は約１．２とすることができる。しかしながら、ファン圧力比は、約１．５以下の他の数値にすることもできる。
【００３０】
各ファンブレード４０は、略凹形の正圧側面及び円周方向反対側の略凸形の負圧側面１００を含む、適切な空力的輪郭を有することができる。各ファンブレード４０は、翼長Ｓに沿って、ディスク４２に対して回転自在に結合する内側の根元１０２から半径方向外側の遠位端１０４まで延び、遠位端１０４はファンケーシング又はナセル５４に近接して配置され、それらの間に比較的小さな先端隙間又は間隙をもたらすようになっている。根元１０２は、ファンブレード４０の半径方向の最内側部分であり、先端１０４は、ファンブレード４０の半径方向の最外側部分である。さらに、各ファンブレード４０は、ディスク４２に対してピッチ軸Ｐの周りで回転可能であり、各ピッチ軸Ｐは、それぞれのファンブレード４０を通って略半径方向に延びる。
【００３１】
ファン３８等の可変ピッチファンは、前方飛行及び逆向き時に所定のピッチ範囲又は角度位置を移動する、例えば、ファンブレード４０は、ピッチ軸Ｐに関して回転して、種々のピッチ位置に対応する角度範囲の間でファンブレードのピッチを変更する。例えば、ファンブレード４０は、前方飛行の巡航フェーズ時にピッチ軸Ｐに関して所定のピッチ位置とし、離陸フェーズ時にピッチ軸に関して別のピッチ位置とすることができる。さらに、ファンブレード４０のこれらのピッチ位置又はピッチ角度は、逆推進フェーズ時のピッチ位置とは異なることができる。
【００３２】
典型的に、前方飛行及び逆推進の異なるフェーズでの各ピッチ位置の間で、ファンブレード４０の角運動の範囲は少なくとも約８０°、好ましくは約１２０°又は約１３０°である。すなわち、少なくとも約８０°、好ましくは約１２０°又は約１３０°のピッチ範囲は、２つの最も端のピッチ位置を区別し、他のピッチ位置はこれら２つの間にある。従って、ファンブレード４０は、約８０°から約１３０°の間のピッチ範囲を移動することができる。
【００３３】
例示的に、ピッチ範囲で区別される２つのピッチ位置は、コース（ｃｏａｒｓｅ）／フェザリング（ｆｅａｔｈｅｒ）ピッチ位置及び逆ピッチ位置、すなわちコース／フェザリングフェーズに関するファンブレード４０の位置と、逆推進フェーズに関するファンブレード４０のピッチとの間である。一部の実施形態において、ピッチ範囲は約８０°とすることができ、換言すると、ファンブレード４０は、約８０°移動して、前方飛行及び逆推進の各フェーズの間に一方の最も端のピッチ位置から他方に移行する。別の実施形態において、ピッチ範囲は、１２０°とすることができ、換言すると、ファンブレード４０は、約１２０°移動して、前方飛行及び逆推進の各フェーズの間に一方の最も端のピッチ位置から他方に移行する。さらに他の適切な実施形態において、ピッチ範囲は、約９０°、約１００°、約１１０°、又は約１３０°とすることができる。従って、本開示の適切な実施形態において、ファンブレード４０のピッチは、ピッチ範囲内で可変であり、ピッチ範囲は、約８０°から約１３０°であるが、他のピッチ範囲（例えば、約８０°未満又は約１３０°を上回る）を用いることもできる。
【００３４】
少なくとも約８０°、好ましくは約１２０°又は１３０°のピッチ範囲は、概して可変ピッチファン３８のファンブレード４０の種々のピッチ角度に対応するために必要であるが、他の設計特性又は設計考察は、ブレード４０のピッチ範囲に干渉又は制限する場合がある。例えば、以下に説明する所望のファン３８の剛率は、短い又は小さなピッチ範囲を規定する場合がある。すなわち、所望の剛率値を得るために、ファンブレード４０のピッチの変動は、ピッチ範囲が約８０°未満であるように制限される場合がある。他の例として、カウンタウェイト、トラニオン機構、及び／又はピッチ変更アクチュエータ組立体、並びにファンセクション１４の他の構成要素の構成は、ファンブレード４０が移動できるピッチ範囲又は角度位置を制限する場合がある。従って、少なくとも約８０°、好ましくは約１２０°又は１３０°のピッチ範囲を実現するために、ファン３８は、例えばアクチュエータ組立体４８及び／又はトラニオン機構１５０等の本明細書に記載の１又は２以上の特徴を利用することができる。
【００３５】
図２に示すように、各ファンブレード４０は、反対側の前縁１０６と後縁１０８との間に広がる翼弦長Ｃを定める。翼弦長Ｃは、ファンブレード４０の翼長Ｓに関して変化することができる。一部の実施形態において、翼弦長Ｃは、ファン３８の根元領域でより高い揚力を可能にするために、翼長Ｓの根元領域で長くする又は大きくすることができる。高揚力は、根元領域のファン圧力比を大きくしてコアでの過給を維持するために望ましいが、前述のようにファン３８の全体的なファン圧力比は約１．５以下に維持することができる。
【００３６】
さらに図２を参照すると、根元１０２の近くの翼長Ｓの一部は、根元翼長領域ＳRを定めることができ、先端１０４の近くの翼長Ｓの一部は、先端翼長領域ＳTを定めることができる。根元１０２は、ゼロ翼長位置と指定することができ、翼長Ｓは根元１０２で始まり、根元１０２は、ゼロ翼長又は翼長Ｓのゼロ％である。先端１０４は、最大翼長位置と指定することができ、翼長Ｓは先端１０４で終端し、先端１０４は、最大翼長又は翼長Ｓの１００％である。根元１０２と先端１０４との間のファンブレード４０に沿った位置は、翼長Ｓの分率又は百分率として指定することができ、例えば、ファンブレード４０の中間点は、翼長の１／２又は翼長Ｓの５０％である。従って、根元翼長領域ＳRは、ゼロ翼長と根元１０２の近くの翼長Ｓの分率又は百分率との間の翼長Ｓの部分に対応することができ、先端翼長領域ＳTは、先端１０４の近くの翼長Ｓの分率又は百分率と最大翼長との間の翼長Ｓの部分に対応することができる。１つの実施例として、根元翼長領域ＳRは、ゼロ翼長の根元１０２から翼長Ｓの約１０％まで広がることができ、他の実施例として、根元翼長領域ＳRは、ゼロ翼長の根元１０２から、翼長Ｓの約２０％まで広がることができる。同様に、一部の実施形態において、先端翼長領域ＳTは、翼長Ｓの約９０％から最大翼長又は翼長Ｓの１００％の先端１０４まで広がることができ、他の実施形態において、先端翼長領域ＳTは、翼長Ｓの約８０％から最大翼長又は翼長Ｓの１００％の先端１０４まで広がることができる。もちろん、根元及び先端翼長領域ＳR、ＳTは、根元１０２及び先端１０４の近くの翼長Ｓの他の部分にそれぞれ対応することができる。
【００３７】
説明するように、ファン３８は、所定の翼長位置でのブレード翼弦長Ｃ（その長さで表される）を、円周間隔Ｂすなわち対応する翼長位置でのブレード間の間隔で割った比率に等しい従来からのパラメータである対応する剛率を有する。円周間隔Ｂは、特定の半径方向翼長における円周長さをブレード列のファンブレードの全数で割ったものに等しい。従って、剛率は、ブレード数及び翼弦長に直接比例し、長手方向軸線１２からの半径距離に反比例する。可変ピッチファン３８の性能を最適にするために、ファン３８の剛率は、根元翼長領域ＳRにおいて少なくとも１．０であることが好ましい。すなわち、ファン３８の剛率は、例えばブレード翼長Ｓの１０−２０％に沿った又は根元翼長領域ＳRの各翼長位置でのファンブレード根元１０２の近くにおいて少なくとも１．０である。
【００３８】
典型的な高剛率ターボファンは、高剛率及び軸方向に対するブレード翼弦の大きな角度又は翼形の交互配置に起因して、円周方向で互いに実質的にオーバーラップする隣接ファンブレード４０を有する。例えば、図２に示すように、ファンブレード４０は高剛率を有し、隣接する各ブレードは、フラットピッチ位置を通過中に互いに接触することになる。ファンブレード４０の高剛率に起因して、ファンブレード４０は、同時にフラットピッチを通過する場合には少なくとも領域１１０でオーバーラップすることになる。しかしながら、図２に示す構成を前提とすると、ファンブレード４０がフラットピッチを一斉に通過する場合には不都合なブレード接触が生じることになる。従って、ファン３８の剛率は、所望のピッチ範囲内で、例えば、約８０°、約１２０°、又は他の所望のピッチ範囲内でファンブレード４０のピッチの変動を可能にするようにファンブレード４０の翼長Ｓに沿って変わることができる。例えば、ファン３８の剛率は、先端翼長領域ＳTにおいて１．０未満とすることができ、ファンブレード４０は逆推進まで互いに通過することができる。この実施形態において、根元翼長領域ＳRにおいて剛率は少なくとも１．０であり、先端翼長領域ＳTにおいて剛率は１．０未満である場合、ファンブレード４０の先端１０４は完全に逆になることができるが根元１０２は逆にならない。
【００３９】
代替的に又は追加的に、ファン３８は、図３−６に関する非同期式ブレードピッチング用に構成することができる。このシステム、すなわち非同期式ブレードピッチングは、以下に説明するように、各ファンブレード４０が同時にフラットピッチを通過しないこと、並びにファン３８の作動に対する他の性能関連の改善をもたらすことを保証することができる。
【００４０】
図３から４を参照すると、本開示の例示的な実施形態によるブレードピッチ変更作動組立体４８が示されている。前述のように、各ファンブレード４０は、ディスク４２に対してピッチ軸Ｐの周りで回転可能である。ファンブレード４０、ディスク４２、及び作動組立体４８は、出力ギヤボックス５０を横切るＬＰシャフト３６によって、一緒に長手方向軸線１２の周りで回転可能である。
【００４１】
一般に、ピッチ変更作動組立体４８は、スケジューリングリング１２０、複数の連結アーム１２２、及び電動機１２４を備える。各ファンブレード４０は、ディスク４２に対して対応する連結アーム１２２の第１の端部１２６を通って回転可能に結合することができ、第１の端部１２６及び対応するファンブレード４０は、ディスク４２に対してピッチ軸Ｐの周りで回転することができる。これに関連して、ファンブレード４０は、対応する連結アーム１２２の第１の端部１２６に固定的に結合されるので、連結アーム１２２が回転するとファンブレード４０はディスク４２に対して回転する。
【００４２】
連結アーム１２２の第２の端部１２８は、スケジューリングリング１２０に形成された複数のスロット１３０のうちの１つにスライド可能に結合することができる。例えば、第２の端部１２８は、スライディング部材１３２に回転可能に結合することができる。スライディング部材１３２は、スケジューリングリング１２０のスロット１３０にスライド可能に収容することができる。スケジューリングリング１２０は、長手方向中心線１２の周りでディスク４２に対して回転可能であり、かつディスク４２に対して固定された電動機１２４に作動可能に結合する。
【００４３】
スケジューリングリング１２０の複数のスロット１３０の各々は、ブレードピッチのスケジュールを定める。これに関連して、スケジューリングリング１２０の所定の回転角に関して、ブレードピッチスケジュールは、ファンブレード４０の実際のピッチ角を決定する。作動時、電動機１２４は、ディスク４２に対してスケジューリングリング１２０を回転させる。スケジューリングリング１２０が回転すると、スライディング部材１３２は、スロット１３０に沿って移動して連結アーム１２２の角度位置が変化する。各連結アーム１２２が回転すると対応するファンブレード４０も回転するので、各ファンブレード４０は自身のピッチ軸Ｐの周りで回転する。別の実施形態において、１又は２以上の油圧アクチュエータ又は他の適切な装置又は機構は、電動機１２４の代わりに又はこれに加えて用いてスケジューリングリング１２０を回転させることができる。
【００４４】
従って、スケジューリングリング１２０がディスク４２に対して回転することで、複数のファンブレード４０の各々は、連結アーム１２２によって結合されるスロット１３０に基づいて規定されるブレードスケジュールに従って、それぞれのピッチ軸Ｐの周りで回転する。異なるブレードピッチスケジュールを規定することで、ファンブレード４０の回転は、互いに独立して制御することができる。従って、例えば、交互になったファンブレード４０が異なるブレードピッチスケジューリングに従って回転する場合、例えばフラットピッチを通過する際の衝突を回避することができる。加えて、ピッチスケジュールは、ファンブレード４０の性能を高めるように調整することができる。
【００４５】
例えば、ブレードピッチスケジュールは、飛行機がコース／フェザリングフェーズ、通常の飛行フェーズ、フラットピッチ移行フェーズ、又は逆推進力形態、又は他の飛行フェーズにあるか否かに左右される。例えば、可変ピッチファン３８は、ファンブレード４０が８°以上のピッチ角を有する場合、通常の飛行フェーズ用に構成することができる。さらに、ファンブレード４０がフラットピッチから８°以内（すなわち、−８°から＋８°の間）にある場合、可変ピッチファン３８は、フラットピッチ移行フェーズで作動することができる。ファンブレード４０は、−８°又はそれよりも小さい角度の場合、逆推進力フェーズとすることができる。当業者であれば、これらの範囲は単なる説明目的であり、各フェーズ及びブレードスケジュールは、可変ピッチファン３８及びエンジン１０の性能を向上させるための他の様々な方法で規定できることを理解できるはずである。さらに、前述のように、全体のピッチ範囲、すなわち全ての飛行フェーズのためのピッチ変動範囲は、約８０°とすることができる。一部の実施形態では約１２０°、他の実施形態では約１３０°、さらに他の実施形態では他のピッチ範囲とすることもできる。
【００４６】
例示的な実施形態において、複数のファンブレード４０は、各ファンブレード４０がフラットピッチを通過して回転する際に衝突するのを回避するために異なるピッチスケジュールに従って回転する。より具体的には、図２に示すように、第１のセットのファンブレード１３４は、第１のブレードピッチスケジュールに従って回転することができ、交互になった第２のセットのファンブレード１３６は、第２のブレードピッチスケジュールに従って回転することができる。第１及び第２のブレードピッチスケジュールは、通常の飛行運転に対応する第１の回転フェーズでは同じであるが、ピッチスケジュールは、ファンブレード４０がフラットピッチになる際に互いにずれることができる。例えば、複数のファンブレード４０がフラットピッチの８°以内に達すると直ぐに、第１のセットのファンブレード１３４の回転速度は増加するが第２のセットのファンブレード１３６の回転速度は減少することができる。このようにして、第１のセットのブレード１３４は、連続的に第２のセットのブレード１３６よりも早くフラットピッチを通過することができるので、フラットピッチを通過する際の接触を回避できる。全てのファンブレード４０がフラットピッチを通過した後、逆推進力を発生し始めると、第１及び第２のブレードピッチスケジュールは、再度、互いに同期するので全てのファンブレード４０は一斉に回転する。しかしながら、代替的に、ブレードスケジュールは、エンジン１０のコア１６に進む空気をチョーキングすることなく逆推進力を確実に得るために又は他の性能向上を実現するために、オフセットしたままとすることができる。
【００４７】
当業者であれば、前述のブレードピッチスケジュールは単なる例示であり、性能を得るために必要に応じて何らかの他の１又は複数のブレードピッチスケジュールを使用できることを理解できるはずである。例えば、３以上のブレードピッチスケジュールを使用することができる。実際には、あらゆるファンブレード４０は、それ自体のピッチスケジュールに従って回転することができる。この全ての変形形態は、本開示の範疇にあると考えられる。
【００４８】
次に図５及び６を参照すると、スライディング部材１３２の変位の概略的な図が示されている。この図は、スケジューリングリング１２０のスケジューリングスロット１３０で規定されるブレードスケジュールに従って回転する２つの隣接するファンブレード４０を示す。例示の実施形態において、各ファンブレード４０は、それぞれのピッチ軸Ｐを中心としており、ディスク４２に対して回転可能に結合される。各連結アーム１２２は、点線１２２によって概略的に示されており、それぞれのピッチ軸Ｐに関して一定の半径方向距離で回転する。スライディング部材１３２は、連結アーム１２２に対して回転可能に結合しかつスケジューリングスロット１３０に対してスライド可能に結合する。
【００４９】
図示のように、スケジューリングリング１２０がディスク４２に対して回転すると、スケジューリングスロット１３０は、概して矢印１４０で示す方向によう移動する。スケジューリングリング１２０の各々の角度位置に関して、各ファンブレード４０の角度位置は、それぞれのスケジューリングスロット１３０の形状に従って変化することができる。例えば、特に図６を参照すると、一部のスケジューリングスロット１３０は、完全に直線（例えば、直線スケジューリングスロット１４２）とすることができる。対照的に、一部のスケジューリングスロット１３０は、１又は２以上の直線部１４６及び１又は２以上の湾曲部１４８を有する非直線（例えば、非直線スケジューリングスロット１４４）とすることができる。別の実施形態において、スケジューリングスロット１３０は、曲線形状、蛇行形状、又は任意の他の適切な形状とすることができる。
【００５０】
特に、スケジューリングリング１２０が一定の速度で回転する場合、完全に直線のスケジューリングスロット１４２に結合された連結アーム１２２は、ピッチ軸Ｐの周りで一定の回転速度関数を有する。対照的に、非直線スロットに結合された連結アーム１２２の回転速度は、それぞれのスケジューリングスロット１３０の形状に従って変化することになる。このようにして、各スケジューリングスロット１３０を互い違いに形作ることによって、交互のファンブレード４０は、異なる時間でフラットピッチへ回転することができ、フラットピッチを通過する際のファンブレード４０の接触は起こらないはずである。加えて、隣接するスケジューリングスロット１３０は、フラットピッチになる点を除いて、ファンブレード４０のピッチ範囲を通して同じ輪郭を有することができるので、ファンブレード４０はこの範囲において一斉に回転する。
【００５１】
当業者であれば、ファンブレードの回転を作動させるための前述の機構は、非同期式ファンブレードピッチングを実現するための単に１つの例示的な機構であることを理解できるはずである。当業者には、本開示に基づいて他の機構が明白であろう。このような何らかの変形例又は変更例は、本開示の範疇にあると考えられる。さらに、一部の実施形態において、ファンブレード４０の所望のピッチ範囲は、非同期式ファンブレードピッチングを必要とすることなく、実現することができる。例えば、本明細書で詳細に説明するように、ファンブレード４０をディスク４２に取り付けるために用いる機構は、少なくとも約８０°、より具体的には少なくとも約１２０°又は１３０°のピッチ範囲が可能なように構成することができる。このような実施形態において、他の適切なピッチ変更作動組立体又は機構を用いてファンブレード４０のピッチを変更することができる。
【００５２】
前述の実施形態は、重い逆推進力機構を必要とすることなく、１よりも大きい剛率のファンブレード４０を備えた可変ピッチファン３８のための逆推進力を可能にするのを助ける。特に、提示のファンブレード４０にピッチ変化機構は、２フェーズ非同期式ファンブレード４０のピッチングを可能にするので、少なくとも円周方向に隣接するファンブレード４０は、フラットピッチ及び／又は反転の間中に異なるスケジュールで回転し、ファンブレード４０の各々は接触することなく互いに通過することができる。例えば、ピッチ変更機構は又はアクチュエータ組立体は、反転の間中に異なるスケジュール上の１２枚の中から６枚のファンブレード４０を回転させることができるので、フラットピッチを通過する際に各ファンブレード４０の間の接触がない状態で逆推進力を得ることができる。全てのファンブレード４０は、逆推進力状態を除く全ての飛行エンベロープを通して同じスケジュールで回転することができる。非同期式ファンブレード４０のピッチングの利点は、エンジン効率及び燃料消費量の改善を含む。また、従来のデザインに比べて装着が簡単であり、ファン作動性が改善され、さらにストール限界が高くなる。当業者であれば他の利点を理解できるはずである。
【００５３】
ここで図７及び８を参照すると、少なくとも約８０°、好ましくは約１２０°又は１３０°のピッチ範囲を可能にする取り付け機構が示されている。図７に示すように、ディスク４２は、互いに剛結合された又は互いに一体成形された略環状（例えば、多角形）の複数のディスクセグメント４３を含む。１つのファンブレード４０は、トラニオン機構１５０においてディスクセグメント４３に結合され、トラニオン機構１５０は、ディスク４２の回転時に関連のファンブレード４０をディスク４２上に保持するのを助けるが（すなわち、トラニオン機構１５０は、長手方向中心軸線１２の周りの回転時にファンブレード４０から発生する遠心荷重のための荷重経路を提供するのを助けるが）、依然として、関連のファンブレード４０をピッチ軸Ｐの周りでディスク４２に対して回転可能にする。特に、各トラニオン機構１５０のサイズ及び構成は、直接、ディスク４２の直径に影響を与える。他方で、大きなトラニオン機構１５０は、ディスク４２の大きな円周方向部分を占有する傾向にあるので、大径のディスク４２がもたらされる傾向にある。他方で、小さなトラニオン機構１５０は、ディスク４２の小さな円周方向部分を占有する傾向にあるので、小径のディスク４２がもたらされる傾向にある。
【００５４】
ここで図８を参照すると、本開示の例示的な実施形態による個別のディスクセグメント４３及びトラニオン機構１５０の部分断面図が示されている。例示の実施形態において、各トラニオン機構１５０は、関連のディスクセグメント４３を貫通して延び、例えばインナーレース１５４、アウターレース１５６、及び複数のローラ１５８を有する第１の線接触軸受１５２と、インナーレース１６２、アウターレース１６４、及び複数のローラ１６６を有する第２の線接触軸受１６０とを含む。軸受１５２、１６０用として、少なくとも以下のタイプの線接触式転動体軸受が想定される。すなわち円筒ローラ軸受、円筒ローラスラスト軸受、テーパーローラ軸受、球面ローラ軸受、球面ローラスラスト軸受、ニードルローラ軸受、及びテーパーローラニードル軸受である。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１５０は、追加的に又は代替的に、何らかの他の適切なタイプの軸受を含むことを理解されたい。例えば、他の例示的な実施形態において、トラニオン機構１５０は、ローラボール軸受又は何らかの適切な軸受を含むことができる。
【００５５】
図示の例示的な実施形態において、第１の線接触軸受１５２は、第２の線接触軸受１６０とは異なる角度に配向される（ピッチ軸Ｐに対するローラ１５８の中心軸線１６８及びピッチ軸Ｐに対するローラ１６６の中心軸線１７０で測定した場合）。詳細には、線接触軸受１５２、１６０は、対面（又は複式）配置で互いに対して予荷重が加えられており、中心軸線１６８、１７０は、互いに直交している。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１５２、１６０は、代わりに、互いに略平行に配向するように直列に配置することができることを理解されたい。
【００５６】
特に、軸受１５２、１６０がピッチ軸Ｐから遠く離れると、より多数のローラ１５８、１６６を含むことができる（空間的余裕が大きくなるので）。ローラ１５８、１６６の数が増えると、軸受１５２、１６０上の遠心荷重をより多くのローラ１５８、１６６に分配することができ、個別のローラ１５８、１６６が負担する荷重の量が低減する。しかしながら、トラニオン機構１５０をより小型にするのを助けるために、関連の軸受１５２、１６０をピッチ軸Ｐの近くに配置することが望ましく、これにより、より多くのトラニオン機構１５０をディスク４２に組み付けることができ、結果的に、ディスク４２の任意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。図示の実施形態に関して、軸受１５２、１６０をピッチ軸Ｐの近くに配置すること（従って、ローラ１５８、１６６の数の減少）に起因する、個別のローラ１５８、１６６が負担する遠心荷重の増加は、角点接触（ａｎｇｕｌａｒ  ｐｏｉｎｔ  ｃｏｎｔａｃｔ）ボール軸受とは対照的に、線接触軸受１５２、１６０を有するトラニオン機構１５０を設けることで対応する。従って、線接触軸受１５２、１６０は破損又は塑性変形することなくより大きな遠心荷重に良好に耐えることができるので、トラニオン機構１５０はより小型にすることができる。詳細には、線接触軸受１５２、１６０は、より大きな接触面を有するので、例えば点接触ボール軸受よりも大きな遠心荷重に耐えることができる。従って、線接触軸受１５２、１６０は、点接触ボール軸受よりもピッチ軸Ｐの近くに間隔を置いて配置することができる。
【００５７】
さらに、図示の例示的な実施形態において、トラニオン機構１５０自体から生じる遠心力の大きさ（従って、トラニオン機構１５０が対応する必要がある遠心力の大きさ）は、第１の線接触軸受１５２及び／又は第２の線接触軸受１６０の１又は２以上の構成要素を非鉄金属で形成することで減少する。このような構成は、それぞれの軸受１５２、６０、全体としてトラニオン機構１５０の重量／質量を低減できる。
【００５８】
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１５２及び第２の線接触軸受１６０に一方又は両方は、セラミック材料又はニッケルチタン合金材料から成る１又は２以上の構成要素を含むことができる。詳細には、第１の線接触軸受１５２を参照すると、ローラ１５８、インナーレース１５４、又はアウターレース１５６のうちの１又は２以上は、セラミック材料又はニッケルチタン合金材料等の非鉄金属から成ることができる。加えて、第２の線接触軸受１６０を参照すると、ローラ１６６、インナーレース１６２、又はアウターレース１６４のうちの１又は２以上は、セラミック材料又はニッケルチタン合金材料等の非鉄金属から成ることができる。本明細書で使用される場合、「セラミック材料」は、軸受に適した何らかのタイプのセラミック材料を指し、限定されるものではないが、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、ジルコニア酸化物（ＺｒＯ2）、アルミナ酸化物（Ａｌ2Ｏ3）、及び炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含む。加えて、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何らかのニッケルとチタンの金属合金を指し、ニチノールと呼ばれる場合もある。
【００５９】
第１の線接触軸受１５２及び／又は第２の線接触軸受１６０のうちの構成要素の１又は２以上を、セラミック材料又はニッケルチタン合金材料等の非鉄金属で形成することで、トラニオン機構１５０の全体重量を軽減することができる。従って、ファン３８の長手方向中心軸線１２周りの回転時に、トラニオン機構１５０自体が発生するトラニオン機構１５０上の遠心力（静荷重（ｄｅａｄ  ｌｏａｄ））は、低減することができる（従って、トラニオン機構１５０は、作動時に付加的な重量を支持する必要はない）。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１５２及び／又は第２の線接触軸受１６０の構成要素の１又は２以上を非鉄金属で形成すると、ファン３８の回転時のトラニオン機構１５０上の静荷重を１０％又は１５％程度低減することができる。従って、トラニオン機構１５０の全体サイズをさらに低減することができる。詳細には、この構成により、軸受１５２、１６０をピッチ軸Ｐのさらに近くに配置することができ（必要とされるローラが少なくなるので）、トラニオン機構１５０のサイズをさらに低減できる。従って、このような軸受は、例えば、より多いブレード数に関連して増加した遠心荷重に良好に耐えることができ、及び／又はファンに対するハブの半径比の低減に適合するようにサイズを低減することができる。
【００６０】
追加的に又は代替的に、特定の例示的な実施形態において、第１の線接触軸受１５２及び／又は第２の線接触軸受１６０の構成要素の１又は２以上は、例えば、第１及び第２の線接触軸受１５２、１６０のローラ１５８、１６６、インナーレース１５４、１６２、又はアウターレース１５６、１６４の１又は２以上は、それぞれ、比較的低いヤング率を有する材料で構成することができき、例えば、ヤング率は、約２５Ｍｐｓｉ以下である。例えば、特定の例示的な実施形態において、第１及び／又は第２の線接触軸受１５２、１６０の前記構成要素の１又は２以上は、約２０Ｍｐｓｉ以下、１７Ｍｐｓｉ以下、１５Ｍｐｓｉ以下、又は１４Ｍｐｓｉ以下のヤング率を有する材料で構成することができる。このような例示的な実施形態より、それぞれの構成要素は、増加した遠心力の量等の増加した力の量に耐えることができるので、構成要素は、ファン３８の回転時に弾性変形することができる。例えば、構成要素が弾性変形を受ける場合、構成要素と隣接する構成要素との間に大きな接触表面積が設定される。例えば、第１の線接触軸受１５２のローラ１５８が比較的低いヤング率を有する材料で構成される特定の実施形態において、ローラ１５８は、作動時に少なくとも部分的に弾性変形することができるので、例えば、ローラ１５８とインナーレース１５４及び／又はアウターレース１５６との間に大きな接触表面積が設定され、各角構成要素の間の顕著な力の分散が可能になる。
【００６１】
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の線接触軸受及び／又は第２の線接触軸受１５２、１６０の構成要素の１又は２以上は、代わりに、比較的高いヤング率を有する材料で構成することができ、例えば、ヤング率は、３５Ｍｐｓｉ以上、４０Ｍｐｓｉ以上、４５Ｍｐｓｉ以上である。この構成により、例えば、軸受１５２、１６０は、高い剛性を有することができ、それぞれの軸受の正確かつ精密な作動が可能になる。
【００６２】
前述の実施形態は、大きな推力量を発生することができる小型可変ピッチファンを有するガスタービンエンジンをもたらすのを助長する。特に、前述の実施形態は、例えば、大きなピッチ範囲、多くのブレード数、小さな／短いブレード長、ファンに対するハブの小さな半径比、小さなファン圧力比、及び／又はブレードの根元領域における大きな剛率を有する可変ピッチファンを備えたガスタービンエンジンをもたらすのを助長する。これにより、ファンの効率が向上し、例えば、作動時の燃料消費量を低減すること及びエンジンの性能を改善することができる。
【００６３】
本明細書は、開示される主題の実施例を用いて、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及びあらゆる包含の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。
【００６４】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
ディスクに結合された複数のファンブレードを備える推進装置のための可変ピッチファンであって、
上記複数のファンブレードの各ファンブレードは、上記ディスクから半径方向外向きに延び、上記ファンブレードの各々は、根元から先端まで翼長に沿って延び、上記根元に隣接した上記翼長の一部は根元翼長領域を定め、上記先端に隣接した上記翼長の一部は先端翼長領域を定め、
上記ファンブレードの各々は、上記ファンブレードのピッチを変えるためにピッチ軸の周りで回転可能であり、上記ピッチ軸は、上記ファンブレードを通って半径方向に延び、上記ピッチは、ピッチ範囲内で可変であり、上記ピッチ範囲は、少なくとも約８０°から約１３０°であり、
上記可変ピッチファンの剛率は、上記根元翼長領域において少なくとも１．０である、可変ピッチファン。
［実施態様２］
上記ディスクをカバーする回転フロントハブをさらに備え、上記可変ピッチファンのファンハブ半径比は、約０．４０未満である、実施態様１に記載の可変ピッチファン。
［実施態様３］
上記複数のファンブレードは、少なくとも１０のファンブレードを備える、実施態様１に記載の可変ピッチファン。
［実施態様４］
上記可変ピッチファンのファン圧力比は、約１．５未満である、実施態様１に記載の可変ピッチファン。
［実施態様５］
上記可変ピッチファンの上記剛率は、上記先端翼長領域において１．０未満である、実施態様１に記載の可変ピッチファン。
［実施態様６］
上記ピッチ範囲は、フェザリングピッチ位置と逆ピッチ位置との間のピッチ変動に対応する、実施態様１に記載の可変ピッチファン。
［実施態様７］
上記ピッチ範囲は、フラットピッチ位置と逆ピッチ位置との間のピッチ変動に対応する、実施態様１に記載の可変ピッチファン。
［実施態様８］
上記ピッチ範囲は約１２０°である、実施態様１に記載の可変ピッチファン。
［実施態様９］
上記複数のファンブレードの上記ピッチを変えるためのピッチ変更作動組立体をさらに備え、上記作動組立体は、
上記ディスクに対して回転可能で複数のスロットを有するスケジューリングリングと、
各々が上記複数のファンブレードのうちの１つ及び上記複数のスロットのうちの１つに作動的に結合する複数の連結アームと、
を備え、
上記複数のファンブレードの各々は、作動的に結合した上記スロットによって規定されるピッチスケジュールに応じて回転し、上記複数のスロットの少なくとも２つは、異なるブレードピッチスケジュールを規定する、実施態様１に記載の可変ピッチファン。
［実施態様１０］
上記複数のファンブレードの各々を上記ディスクに結合するための複数のトラニオン機構をさらに備え、上記トラニオン機構の各々は、非鉄金属で構成された１又は２以上の構成要素を有する軸受を含む、実施態様１に記載の可変ピッチファン。
［実施態様１１］
上記推進装置はガスタービンエンジンである、実施態様１に記載の可変ピッチファン。
［実施態様１２］
ディスクに結合された複数のファンブレードと上記ディスクをカバーする回転フロントハブとを備える推進装置のための可変ピッチファンであって、
上記複数のファンブレードの各ファンブレードは、上記ディスクから半径方向外向きに延び、上記ファンブレードの各々は、根元から先端まで翼長に沿って延び、上記根元に隣接した上記翼長の一部は根元翼長領域を定め、上記先端に隣接した上記翼長の一部は先端翼長領域を定め、
上記可変ピッチファンの剛率は、上記根元翼長領域において少なくとも１．０であり、
上記可変ピッチファンのファン圧力比は、約１．５未満であり、
上記可変ピッチファンのファンハブ半径比は、約０．４０未満であり、
上記ファンブレードの各々は、上記ファンブレードのピッチを変えるためにピッチ軸の周りで回転可能であり、上記ピッチ軸は、上記ファンブレードを通って半径方向に延び、上記ピッチは、ピッチ範囲内で可変であり、上記ピッチ範囲は、少なくとも約８０°から約１３０°である、可変ピッチファン。
［実施態様１３］
上記複数のファンブレードは、少なくとも１０のファンブレードを備える、実施態様１２に記載の可変ピッチファン。
［実施態様１４］
上記剛率は、上記先端翼長領域において１．０未満である、実施態様１３に記載の可変ピッチファン。
［実施態様１５］
上記推進装置はガスタービンエンジンである、実施態様１４に記載の可変ピッチファン。
［実施態様１６］
上記複数のファンブレードの上記ピッチを変えるためのピッチ変更作動組立体をさらに備え、上記作動組立体は、
上記ディスクに対して回転可能で複数のスロットを有するスケジューリングリングと、
各々が上記複数のファンブレードのうちの１つ及び上記複数のスロットのうちの１つに作動的に結合する複数の連結アームと、
を備え、
上記複数のファンブレードの各々は、作動的に結合した上記スロットによって規定されるピッチスケジュールに応じて回転し、上記複数のスロットの少なくとも２つは、異なるブレードピッチスケジュールを規定する、実施態様１４に記載の可変ピッチファン。
［実施態様１７］
上記複数のファンブレードの各々を上記ディスクに結合するための複数のトラニオン機構をさらに備え、上記トラニオン機構の各々は、非鉄金属で構成された１又は２以上の構成要素を有する軸受を含む、実施態様１４に記載の可変ピッチファン。
［実施態様１８］
上記ピッチ範囲は約１２０°である、実施態様１４に記載の可変ピッチファン。
［実施態様１９］
上記ピッチ範囲は、フェザリングピッチ位置と逆ピッチ位置との間のピッチ変動に対応する、実施態様１４に記載の可変ピッチファン。
［実施態様２０］
上記ピッチ範囲は、フラットピッチ位置と逆ピッチ位置との間のピッチ変動に対応する、実施態様１４に記載の可変ピッチファン。
【符号の説明】
【００６５】
１０  ターボファンジェットエンジン
１２  長手方向又は軸方向中心線軸
１４  ファンセクション
１６  コアタービンエンジン
１８  外側ケーシング
２０  入口
２２  低圧圧縮機
２４  高圧圧縮機
２６  燃焼セクション
２８  高圧タービン
３０  低圧タービン
３２  ジェット排出セクション
３４  高圧シャフト／スプール
３６  低圧シャフト／スプール
３８  ファン
４０  ブレード
４１  ピッチ補正装置
４２  ディスク
４３  ディスクセグメント
４４  前縁
４６  先端
４８  作動組立体
５０  出力ギヤボックス
５２  回転ハブ
５４  ファンケーシング又はナセル
５６  出口ガイドベーン
５８  下流セクション
６０  バイパス空気流通路
６２  空気
６４  入口
６６  空気の第１の部分
６８  空気の第２の部分
７０  燃焼ケース
７２  ステータベーン
７４  タービンロータブレード
７６  ステータベーン
７８  タービンロータブレード
８０  ジェットノズル排出
８２  ファンノズル排出セクション
８４  高温ガス通路
１００  負圧側面
１０２  ブレード根元
１０４  ブレード先端
１０６  前縁
１０８  後縁
１１０  ブレードオーバラップ領域
１２０  スケジューリングリング
１２２  連結アーム
１２４  電動機
１２６  連結アームの第１の端部
１２８  連結アームの第２の端部
１３０  スロット
１３２  スライディング部材
１３４  ファンブレードの第１のセット
１３６  ファンブレードの第２のセット
１４０  スケジューリングリングの側方移動
１４２  直線スケジューリングスロット
１４４  非直線スケジューリングスロット
１４６  直線部分（スケジューリングスロット）
１４８  湾曲部分（スケジューリングスロット）
１５０  トラニオン機構
１５２  第１の線接触軸受
１５４  インナーレース
１５６  アウターレース
１５８  ローラ
１６０  第２の線接触軸受
１６２  インナーレース
１６４  アウターレース
１６６  ローラ
１６８  中心軸線
１７０  中心軸線
Ｐ  ピッチ軸
Ｒ  半径方向
Ａ  軸方向
Ｃ  翼弦
Ｂ  円周方向ピッチ
Ｓ  翼長
ＳR  根元翼長領域
ＳT  先端翼長領域
【図１】
2017089651.tif 000003
【図２】
2017089651.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2017089651.tif 000007
【図６】
2017089651.tif 000008
【図７】
2017089651.tif 000009
【図８】
2017089651.tif 000010
【外国語明細書】
2017089651000001.pdf