(57)【要約】      （修正有）【課題】高圧タービンを出る領域の低運動量の流れによって引き起こされる流れディストーションに起因する損失を低減する移行ダクトを提供する。【解決手段】移行ダクト３００は、移行ダクト流路３０６を有するフェアリングと、外側壁３０２と内側壁３０４との間の中空フェアリング翼形部２０１と、内側壁３０４に沿った圧力勾配を平滑化するための手段とを含み、この手段はフェアリング翼形部の前縁２０２から翼弦Ｃの約５０％までの流路の収縮したダクト流れ面積である。前縁２０２は、外側壁の高曲率領域の後方で外側壁に交差する。前縁２０２は、半径方向外側交点及び内側交点３４０、３４２から外側壁３０２と内側壁３０４との間で、翼形部２０１及び移行ダクト流路３０６に対して軸線方向後方且つ半径方向内方に湾曲する。移行ダクト３００の下流の第２の面積／上流の第１の面積は、約１．３５より大きい。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン移行ダクト（３００）であって、
フェアリング（２００）の半径方向外側壁（３０２）と半径方向内側壁（３０４）との間に延びた中空フェアリング翼形部（２０１）を含む、複数のフェアリング（２００）と、
少なくとも一部が前記半径方向外側壁（３０２）と前記半径方向内側壁（３０４）との間に半径方向に配置された移行ダクト流路（３０６）と、
前記中空フェアリング翼形部（２０１）が、フェアリング翼弦（Ｃ）に沿って後方又は下流に延びることと、
前記内側壁（３０４）に沿った圧力勾配を平滑化するための手段と、
を含む、移行ダクト（３００）。
【請求項２】
前記移行ダクト（３００）を通って前記フェアリング翼形部（２０１）の前縁（２０２）と後縁（２０６）との間に延びたフェアリング翼形部通路（３０７）をさらに含み、前記圧力勾配を平滑化するための手段が、前記フェアリング翼形部（２０１）の前縁（２０２）から前記フェアリング翼弦（Ｃ）の約５０％までの前記フェアリング翼形部通路（３０７）の収縮したダクト流れ面積（Ａ）を含む、請求項１に記載の移行ダクト（３００）。
【請求項３】
前記フェアリング翼形部（２０１）の前記前縁（２０２）が、前記半径方向外側壁（３０２）の高曲率領域（３０３）の後方又は下流で前記半径方向外側壁（３０２）に取り付けられ又は交差することをさらに含む、請求項１に記載の移行ダクト（３００）。
【請求項４】
前記前縁（２０２）が、後方にスイープし又は下流に向かって後方に傾いていることと、
それぞれ前記半径方向外側壁（３０２）及び内側壁（３０４）に沿った前記前縁（２０２）の半径方向外側交点（３４０）及び内側交点（３４２）と、
前記外側交点（３４０）が、前記内側交点（３４２）の後方且つ下流に位置することと
をさらに含む、請求項３に記載の移行ダクト（３００）。
【請求項５】
前記前縁（２０２）が、それぞれ前記半径方向外側壁（３０２）及び内側壁（３０４）に沿った前記前縁（２０２）の半径方向外側交点（３４０）及び内側交点（３４２）から、前記半径方向外側壁（３０２）と内側壁（３０４）との間で、前記フェアリング翼形部（２０１）及び前記移行ダクト流路（３０６）に対して軸線方向後方且つ半径方向内方に湾曲することと、前記外側交点（３４０）が、前記内側交点（３４２）の後方且つ下流に位置することと、をさらに含む、請求項３に記載の移行ダクト（３００）。
【請求項６】
前記ダクト（３００）が、中心軸線（８）の周りを囲むことと、
前記ダクト（３００）の上流端（３１０）において前記中心軸線（８）から前記半径方向外側壁（３０２）まで半径方向に延びた第１の半径方向距離（３１２）と、
前記ダクト（３００）の下流端（３２０）において前記中心軸線（８）から前記半径方向外側壁（３０２）まで半径方向に延びた第２の半径方向距離（３２２）と、
前記第２の半径方向距離（３２２）が、前記第１の半径方向距離（３１２）より大きいことと、
前記移行ダクト（３００）が、高さ（３１４）と、長さ（３１６）と、前記上流端（３１０）における第１の面積（３１８）と、前記下流端（３２０）における第２の面積（３２８）とを含むことと、
（前記第２の面積（３２８）／前記第１の面積（３１８））として定められる面積比と、
前記面積比が、約１．３５より大きいことと、
をさらに含む、請求項３に記載の移行ダクト（３００）。
【請求項７】
前記前縁（２０２）が、後方にスイープし又は下流に向かって後方に傾いていることと、それぞれ前記半径方向外側壁（３０２）及び内側壁（３０４）に沿った前記前縁（２０２）の半径方向外側交点（３４０）及び内側交点（３４２）と、前記外側交点（３４０）が、前記内側交点（３４２）の後方且つ下流に位置することとをさらに含む、請求項６に記載の移行ダクト（３００）。
【請求項８】
ガスタービンエンジン移行ダクト（３００）とタービン中央フレーム（１００）との組立体であって、
中央ハブ（１０２）の周りに位置決めされた外側リング（１０４）を含み、これらが互いの間に半径方向に延びたストラット（１０６）で互いに結合された、タービン中央フレーム（１００）と、
フェアリング（２００）の半径方向外側壁（３０２）と半径方向内側壁（３０４）との間に延びた中空フェアリング翼形部（２０１）を含む複数のフェアリング（２００）を含む、移行ダクト（３００）と、
前記ストラット（１０６）が、前記中空フェアリング翼形部（２０１）を半径方向に貫通することと、
少なくとも一部が前記半径方向外側壁（３０２）と前記半径方向内側壁（３０４）との間に半径方向に配置された、前記移行ダクト（３００）の移行ダクト流路（３０６）と、
前記中空フェアリング翼形部（２０１）が、フェアリング翼弦（Ｃ）に沿って後方又は下流に延びることと、
前記内側壁（３０４）に沿った圧力勾配を平滑化するための手段と、
を含む、組立体。
【請求項９】
前記移行ダクト（３００）を通って前記フェアリング翼形部（２０１）の前縁（２０２）と後縁（２０６）との間に延びたフェアリング翼形部通路（３０７）をさらに含み、前記圧力勾配を平滑化するための手段が、前記フェアリング翼形部（２０１）の前縁（２０２）から前記フェアリング翼弦（Ｃ）の約５０％までの前記フェアリング翼形部通路（３０７）の収縮したダクト流れ面積（Ａ）を含む、請求項８に記載の組立体。
【請求項１０】
前記フェアリング翼形部（２０１）の前記前縁（２０２）が、前記半径方向外側壁（３０２）の高曲率領域（３０３）の後方又は下流で前記半径方向外側壁（３０２）に取り付けられ又は交差することをさらに含む、請求項９に記載の組立体。
【請求項１１】
前記前縁（２０２）が、後方にスイープし又は下流に向かって後方に傾いていることをさらに含む、請求項１０に記載の組立体。
【請求項１２】
それぞれ前記半径方向外側壁（３０２）及び内側壁（３０４）に沿った前記前縁（２０２）の半径方向外側交点（３４０）及び内側交点（３４２）をさらに含み、前記外側交点（３４０）が、前記内側交点（３４２）の後方且つ下流に位置する、請求項１１に記載の組立体。
【請求項１３】
前記前縁（２０２）が、それぞれ前記半径方向外側壁（３０２）及び内側壁（３０４）に沿った前記前縁（２０２）の半径方向外側交点（３４０）及び内側交点（３４２）から、前記半径方向外側壁（３０２）と内側壁（３０４）との間で、前記フェアリング翼形部（２０１）及び前記移行ダクト流路（３０６）に対して軸線方向後方且つ半径方向内方に湾曲することをさらに含む、請求項１０に記載の組立体。
【請求項１４】
ガスタービンエンジン（１０）であって、
中心軸線（８）の周りを囲み、下流に向かって直列関係で、ファン（１２）と、定圧ブースタ又は圧縮機（１６）と、高圧圧縮機（１８）と、燃焼器（２０）と、高圧タービン（２４）と、低圧タービン（２６）とを含む、エンジン（１０）と、
前記高圧及び低圧タービン（２４、２６）を部分的に支持し且つ互いに結合するタービン中央フレーム（１００）と、
前記タービン中央フレーム（１００）が、中央ハブ（１０２）の周りに位置決めされた外側リング（１０４）を含み、これらが互いの間に半径方向に延びたストラット（１０６）で互いに結合されていることと、
前記高圧及び低圧タービン（２４、２６）を流体接続し、フェアリング（２００）の半径方向外側壁（３０２）と半径方向内側壁（３０４）との間に延びた中空フェアリング翼形部（２０１）を含む複数のフェアリング（２００）を含む、移行ダクト（３００）と、
前記ストラット（１０６）が、前記中空フェアリング翼形部（２０１）を半径方向に貫通することと、
少なくとも一部が前記半径方向外側壁（３０２）と前記半径方向内側壁（３０４）との間に半径方向に配置された、前記移行ダクト（３００）の移行ダクト流路（３０６）と、
前記中空フェアリング翼形部（２０１）が、フェアリング翼弦（Ｃ）に沿って後方又は下流に延びることと、
前記移行ダクト（３００）を通って前記フェアリング翼形部（２０１）の前縁（２０２）と後縁（２０６）との間に延びたフェアリング翼形部通路（３０７）と、
前記フェアリング翼形部（２０１）の前縁（２０２）から前記フェアリング翼弦（Ｃ）の約５０％までの前記フェアリング翼形部通路（３０７）の収縮したダクト流れ面積（Ａ）を含む、前記内側壁（３０４）に沿った圧力勾配を平滑化するための手段と、
前記フェアリング翼形部（２０１）の前縁（２０２）が、前記半径方向外側壁（３０２）の高曲率領域（３０３）の後方又は下流で前記半径方向外側壁（３０２）に取り付けられ又は交差することと、
を含む、ガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１５】
前記ダクト（３００）の上流端（３１０）において前記中心軸線（８）から前記半径方向外側壁（３０２）まで半径方向に延びた第１の半径方向距離（３１２）と、
前記ダクト（３００）の下流端（３２０）において前記中心軸線（８）から前記半径方向外側壁（３０２）まで半径方向に延びた第２の半径方向距離（３２２）と、
前記第２の半径方向距離（３２２）が、前記第１の半径方向距離（３１２）より大きいことと、
前記移行ダクト（３００）が、高さ（３１４）と、長さ（３１６）と、前記上流端（３１０）における第１の面積（３１８）と、前記下流端（３２０）における第２の面積（３２８）とを含むことと、
（前記第２の面積（３２８）／前記第１の面積（３１８））として定められる面積比と、
前記面積比が、約１．３５より大きいことと、
をさらに含む、請求項１４に記載のエンジン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンのタービンセクションに関し、より詳細には、ガスタービンエンジン高圧及び低圧タービン並びにタービン中央フレーム及びそれらの間の移行ダクトに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも幾つかの公知のガスタービンエンジンは、下流に向かって直列流関係で、前方ファンと、コアエンジンと、低圧タービン（ＬＰＴ）とを含む。コアエンジンは、少なくとも１つの圧縮機と、燃焼器と、高圧タービン（ＨＰＴ）とを含む。圧縮機及びＨＰＴは、シャフトを通じて結合され、高圧ロータ組立体を定める。コアエンジンに入った空気は圧縮され、燃料と混合され、点火されて、高エネルギーガス流を形成する。高エネルギーガス流は、シャフトが圧縮機を回転駆動させるようにＨＰＴを回転駆動させるために、ＨＰＴを通して方向付けられる。高エネルギーガス流は、次いで移行ダクトを介してＨＰＴからＬＰＴまで下流に送られる。
【０００３】
一般に、ＨＰＴは、ＬＰＴより小さい半径を有し、そのため、移行ダクトは、それらの間の流れを容易にするために「Ｓ」形断面を有する。一般に、より小さい半径の高圧タービンからより大きい半径の低圧タービンまで、できるだけ短い軸線方向距離内で移行することが望ましい。このようにより短い移行ダクトを用いた迅速な移行は、タービン組立体全体の重量の削減を促進し、エンジンの性能の向上を促進する。しかしながら、急な湾曲を有するより短い移行ダクトを使用することは、移行ダクトの内側壁及び外側壁の境界領域での流れ剥離につながる可能性がある。
【０００４】
エンジンは、ＨＰＴとＬＰＴとの間にタービン中央フレーム（ＴＣＦ）を含むことができる。半径方向に延びたＴＣＦストラットは、移行ダクトのフェアリングによって囲まれてシュラウドを付けられ、該フェアリングを貫通する。フェアリングは、移行ダクトの内側壁と外側壁との間に半径方向に延びる。
【０００５】
２０１５年１２月２９日に発行された「ＴＲＡＮＳＩＴＩＯＮ  ＤＵＣＴ  ＦＯＲ  ＵＳＥ  ＩＮ  Ａ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＥＮＧＩＮＥ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＡＳＳＥＭＢＬＹ」と題するＪｏｓｅｐｈ  Ｍａｃｈｎａｉｍ他による特許文献１は、航空機ガスタービンエンジン内で高圧タービン（ＨＰＴ）を低圧タービン（ＬＰＴ）に流体接続する移行ダクトを開示し、これは引用により本明細書に組み入れられる。この特許は、一般に、より小さい直径のＨＰＴからより大きい直径のＬＰＴまで、それを通して流体を送るための移行ダクトで迅速に移行することが望ましいことに言及している。より大きい直径に移行することは、ＬＰＴの性能及び効率の改善を促進にする。しかしながら、急な外側壁の傾きを伴うより短い軸線方向長さを有する移行ダクトを使用することは、それを通って流れる流体の境界層流れ剥離につながる可能性がある。さらに、公知の移行ダクトは、フェアリングを含み、タービン中央フレームを支持するために用いられるストラットは該フェアリングを通って延びる。
【０００６】
これらの公知のストラット及びフェアリングは、移行ダクトを通って流れる流体の流れを乱す。従って、フェアリング上、又はフェアリングと外側壁との間の境界面で、すなわち両方の境界層が相互作用する場所で、境界層流れ剥離が生じる可能性もある。上記特許文献で説明され開示された移行ダクトは、ＨＰＴからＬＰＴへ送られる流体の流れ剥離の低減を促進するように設計されている。より詳細には、移行ダクトは、ダクト入口から移行ダクト内の所定の軸線方向位置までの急な外側壁の傾きと、所定の軸線方向位置からダクト排出部までの低減された外側壁の傾きとを含む。その特許文献で開示された例示的な実施形態において、所定の軸線方向位置は、空気力学的ストラットフェアリングの最も厚い部分（Ｔ．ｓｕｂ．ｍａｘ位置）である。従って、この特許文献で説明された移行ダクトは、移行ダクトの外側壁とストラットフェアリングとの間の境界層の相互作用を制御することによって、ＬＰＴ性能及び効率の向上を促進する。
【０００７】
フェアリング、並びに移行ダクトの内側壁及び外側壁とのその空気力学的相互作用は、移行ダクト及びタービン中央フレームにわたるＤＰ／Ｐ損失を引き起こす可能性がある。従って、このＤＰ／Ｐ損失を最小化すること、並びに移行ダクト内側壁及び外側壁の境界層における流れ剥離を最小化することは、非常に重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第９，２２２，４３７号明細書
【特許文献２】米国特許第８，３８７，９９１号明細書
【発明の概要】
【０００９】
ガスタービンエンジン移行ダクトは、フェアリングの半径方向外側壁と半径方向内側壁との間に延びた中空フェアリング翼形部を含む複数のフェアリングと、少なくとも一部が半径方向外側壁と半径方向内側壁との間に半径方向に配置された移行ダクト流路と、内側壁に沿った圧力勾配を平滑化するための手段とを含む。圧力勾配を平滑化するための手段は、移行ダクトを通ってフェアリング翼形部の前縁と後縁との間に延びたフェアリング翼形部通路であって、フェアリング翼形部の前縁からフェアリング翼弦の約５０％までのフェアリング翼形部通路の、収縮したダクト流れ面積を含むことができる。
【００１０】
フェアリング翼形部の前縁は、半径方向外側壁の高曲率領域の後方又は下流で半径方向外側壁に取り付けられ又は交差することができる。前縁は、下流に向かって後方にスイープし（ａｆｔ  ｓｗｅｐｔ）又は後方に傾くことができる。
【００１１】
それぞれ半径方向外側壁及び内側壁に沿った前縁の半径方向外側交点及び内側交点は、内側交点の後方且つ下流に位置する外側交点を含むことができる。
【００１２】
前縁は、それぞれ半径方向外側壁及び内側壁に沿った前縁の半径方向外側交点及び内側交点から、半径方向外側壁と内側壁との間で、フェアリング翼形部及び前記移行ダクト流路に対して軸線方向後方且つ半径方向内方に湾曲することができる。
【００１３】
移行ダクトは、中心軸線の周りを囲むことができ、それぞれダクトの上流端及び下流端において中心軸線から半径方向外側壁及び内側壁まで半径方向に延びた第１及び第２の半径方向距離を含み、第２の半径方向距離は、第１の半径方向距離より大きい。移行ダクトは、高さと、長さと、上流端における第１の面積と、下流端における第２の面積とを含み、（第２の面積／第１の面積）として定められる面積比は、約１．３５より大きい。
【００１４】
ガスタービンエンジン移行ダクトとタービン中央フレームとの組立体は、中央ハブの周りに位置決めされた外側リングを含むタービン中央フレームであって、これらが互いの間に半径方向に延びたストラットで互いに結合されたタービン中央フレームと、フェアリングの半径方向外側壁と半径方向内側壁との間に延びた中空フェアリング翼形部を含む複数のフェアリングを含む移行ダクトとを含み、ストラットは、中空フェアリング翼形部を半径方向に貫通する。
【００１５】
中心軸線の周りを囲むガスタービンエンジンは、下流に向かって直列関係で、ファンと、定圧ブースタ又は圧縮機と、高圧圧縮機と、燃焼器と、高圧タービンと、低圧タービンとを含む、エンジンを含む。高圧及び低圧タービンを部分的に支持し且つ互いに結合するタービン中央フレームは、中央ハブの周りに位置決めされた外側リングを含み、これらは互いの間に半径方向に延びたストラットで互いに結合されており、移行ダクトは、高圧及び低圧タービンを流体接続し、フェアリングの半径方向外側壁と半径方向内側壁との間に延びた中空フェアリング翼形部を含む複数のフェアリングを含み、ストラットは、中空フェアリング翼形部を半径方向に貫通する。
【００１６】
本発明を、好ましい例示的な実施形態に従って、添付図面と併せて解釈される以下の詳細な説明においてより具体的に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】低圧力損失移行ダクトと、高圧タービンと低圧タービンとの間のタービン中央フレームとを含む、例示的な航空機ターボファンガスタービンエンジンの概略断面図。
【図２】図１に示すタービンエンジン内で用いることができる例示的なタービン中央フレームの斜視図。
【図３】図２に示すタービン中央フレームと共に用いることができる、後方にスイープした前縁を有する例示的なフェアリングの斜視図。
【図４】図１のタービンエンジン内で用いることができる例示的なタービン中央フレーム及び移行ダクトの断面図。
【図５】図３に示すフェアリングを伴う移行ダクトの概略断面図。
【図６】図２に示すタービン中央フレームと共に用いることができる、代替的な後方にスイープした前縁の断面図。
【図７】図３の７−７を通る、フェアリングのフェアリング翼形部の概略断面図。
【図８】図５の８−８を通る、フェアリング翼形部を伴わない移行ダクトの部分の第１の流れ面積の概略断面図。
【図９】図５の９−９を通る、フェアリング翼形部を伴う移行ダクト部分の第２の流れ面積の概略断面図。
【図１０】図５に示す移行ダクトの内壁に沿った例示的な圧力勾配のグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、エンジン１０の中心軸線８の周りを囲む例示的なガスタービンエンジン１０を模式的に示し、これは、下流直列流関係で、周囲空気１４を受けるファン１２と、低圧ブースタ又は圧縮機１６と、高圧圧縮機（ＨＰＣ）１８と、燃焼ガス２２を発生させるために、ＨＰＣ１８で加圧された空気１４を燃料と混合する燃焼器２０とを含み、燃焼ガス２２は、高圧タービン（ＨＰＴ）２４と、低圧タービン（ＬＰＴ）２６とを通って下流に流れ、そこでエンジン１０から排出される。第１の又は高圧シャフト２８は、ＨＰＴ２４をＨＰＣ１８に接合し、第２の又は低圧シャフト３０は、ＬＰＴ２６をファン１２及び低圧圧縮機１６の両方に接合する。実質的に環状の移行ダクト３００は、高圧タービン２４と低圧タービン２６とを流体接続する。移行ダクト３００は、拡散的であり、流体の流れ２８０を高圧タービン２４と低圧タービン２６との間で拡散する。
【００１９】
図２〜図４は、例示的なタービン中央フレーム１００及び移行ダクト３００を示す。移行ダクト３００は、タービン中央フレーム１００と共に用いることができる例示的なフェアリング２００を含む。タービン中央フレーム１００は、高圧タービン２４と低圧タービン２６とを部分的に支持し、機械的及び構造的に結合する。タービン中央フレーム１００は、中央ハブ１０２と、中央ハブ１０２の周りに配置された外側リング１０４とを含み、これらは互いの間に半径方向に延びたストラット１０６で互いに結合されている。フェアリング２００は、タービン中央フレーム１００を移行ダクト３００内の高温ガス路環境から保護するために用いられる。ストラット１０６は、フェアリング２００の中空フェアリング翼形部２０１を半径方向に貫通し、これによって保護される。フェアリング翼形部２０１は、前縁２０２及び後縁２０６を含み、それらの間に翼弦Ｃが定められる。例示的な実施形態において、フェアリング翼形部２０１は、図７でさらに示されるような空気力学的断面形状を有し、フェアリング２００の半径方向外側壁３０２と半径方向内側壁３０４との間に半径方向に延びる。半径方向外側シュラウド２０８及び内側シュラウ２１０は、移行ダクト３００と、その中の、流体の流れ２８０を収容する移行ダクト流路３０６とを定める。複数のフェアリング２００の組立体が、タービン中央フレーム１００の中央ハブ１０２の周りに配置される。実質的に環状の移行ダクト３００は、外側シュラウド２０８及び内側シュラウド２１０によって中心軸線８（図１に示す）の周りに形成される。
【００２０】
図５は、少なくとも一部が半径方向外側シュラウド２０８及び内側シュラウド２１０によって形成される移行ダクト３００の概略断面図を示す。移行ダクト流路３０６は、半径方向外側壁３０２と半径方向内側壁３０４との間で部分的に定められる。半径方向外側壁３０２及び内側壁３０４は、移行ダクト３００の上流端３１０から移行ダクト３００の下流端３２０まで延びて輪郭形成され、ＨＰＴをＬＰＴに流体連通状態で結合すること（図１に示す）を容易にする。移行ダクト流路３０６は、移行ダクト流路３０６を通ってフェアリング翼形部２０１の前縁２０２と後縁２０６との間に延びた、フェアリング翼形部通路３０７を含む。
【００２１】
より詳細には、移行ダクト３００内の流れ剥離の低減を促進するために、半径方向外側壁３０２の曲率及び傾きが制御される。例えば、例示的な実施形態において、半径方向外側壁３０２は、上流端３１０から所定の軸線方向位置３０８までの急な外側壁の傾きと、軸線方向位置３０８から移行ダクト３００の下流端３２０までの低減された傾きとを含む。本明細書において用いられる場合、「傾き」という用語は、半径方向外側壁３０２及び半径方向内側壁３０４の任意の所与の点における、中心軸線８に対する角度を意味する。
【００２２】
従って、移行ダクト３００の例示的な実施形態において、上流端３１０における半径方向外側壁３０２は、中心軸線８から第１の半径方向距離３１２に位置し、下流端３２０における半径方向外側壁３０２は、中心軸線８から第２の半径方向距離３２２に位置する。第２の半径方向距離３２２は、第１の半径方向距離３１２より大きく、それらの間に半径差（ＡＲ）３３２を定める。さらに、例示的な実施形態において、移行ダクト３００は、高さ３１４と、長さ３１６と、上流端３１０における第１の面積３１８と、下流端３２０における第２の面積３２８とを含む。そのため、移行ダクト３００が、約２．０より大きい半径比（ＡＲ３３２／高さ３１４）と、約２．７５と４．５０との間の長さ３１６／高さ３１４比と、約１．３５より大きい面積比（第２の面積３２８／第１の面積３１８）とを有するとき、制御された半径方向外側壁３０２の拡散が提供される。
【００２３】
半径方向内側壁３０４は、高圧タービン２４を出る領域の低運動量の流れによって引き起こされる流れディストーションに起因する損失を低減するように形作ることができる。高圧タービン２４からの低運動量の流れは、主として移行ダクト３００の半径方向内側壁３０４に沿って生じる。一般に、低運動量の流れを乱すことが少ないほど、付加的な損失の発生が少ないことが知られている。移行ダクト３００内で流れが乱されることになる主要な形式は、静圧勾配によるものである。移行ダクト３００を通って下流方向に圧力を低減することは、低運動量の流れを加速し、圧力を高めることは、低運動量の流れを減速する。内側壁３０４は、流体が減速及び再加速されないように、圧力勾配を滑らかにするように形作られる。これは、減速と再加速の間での流れバウンシング（ｂｏｕｎｃｉｎｇ）を低減し、そのことが損失を低く保つ。圧力勾配が滑らかなとき、流体は減速／再加速されず、この流れバウンシングの低減は、損失を低く保つ。
【００２４】
図１０に、内側壁３０４に沿った圧力勾配を平滑化してこれらの損失を低減するための１つの例示的な手段をグラフで示す。例示的な手段は、フェアリング翼形部２０１の前縁２０２からフェアリング翼弦Ｃの約５０％までのフェアリング翼形部通路３０７の収縮されたダクト流れ面積Ａを含む。フェアリング翼形部通路３０７は、移行ダクト３００及び移行ダクト流路３０６を通ってフェアリング翼形部２０１の前縁２０２と後縁２０６との間に延びることに留意されたい。収縮は、図５において点線形式で示された所定の又は公称移行ダクト設計３４４の内側壁３０４の半径Ｒを大きくすることによって、達成することができる。
【００２５】
ダクト面積Ａは、図８において、それぞれ第１の外側半径ＲＯ１及び第１の内側半径ＲＩ１で中心軸線８の周りを囲む外側シュラウド２０８と内側シュラウド２１０との間の、環状の第１の面積Ａ１として示される。ダクト面積Ａは、図９において、それぞれ第２の外側半径ＲＯ２及び第２の内側半径ＲＩ２で中心軸線８の周りを囲む外側シュラウド２０８と内側シュラウド２１０との間、且つフェアリング翼形部２０１の間の、扇形に分割された環状の第２の面積Ａ２として示される。第２の面積Ａ２は、扇形領域ＡＳの和である。扇形領域ＡＳの各々は、外側シュラウド２０８と内側シュラウド２１０との間、且つフェアリング翼形部２０１の各対の間に延びる。第２の面積Ａ２は、最初は減少し、次いでフェアリング翼形部通路３０７の最初の３０％付近を経て増大することができ、そこではフェアリング翼形部通路３０７がフェアリング翼形部通路３０７の入口よりも低い面積を有し、そこを経て流体の流れ２８０が加速する。内側シュラウド２１０の一定の曲率は、フェアリング翼形部通路３０７を通して、フェアリング翼形部２０１の前縁２０２からフェアリング翼弦Ｃの約５０％を経て維持される。これは、図５及び図６において曲率半径ＲＣによってさらに示される。フェアリング翼弦Ｃ又はフェアリング翼形部通路３０７の長さの約３０％から５０％までの間、ダクト面積Ａは、図１０に示すように拡張する。
【００２６】
図５は、移行ダクト３００内のフェアリング翼形部２０１の概略断面図を示す。前縁２０２は、後方にスイープしている。図５に示す例示的な前縁２０２は、それぞれ半径方向外側壁及び内側壁３０２、３０４に沿った半径方向外側交点及び内側交点３４０、３４２から、半径方向外側壁３０２と半径方向内側壁３０４との間で、前縁２０２のフェアリング翼形部２０１及び移行ダクト流路３０６に対して軸線方向後方且つ半径方向内方に湾曲する。例示的な前縁２０２の後方にスイープした湾曲形状は、楕円形又は放物線又は円形とすることができる。
【００２７】
スイープは、移行ダクト流路３０６を通ってフェアリング翼形部２０１を越えて流れることが可能な流体の入射流面に対して定められる。空気力学的スイープは、移行ダクト流路３０６に対する流れの方向におけるフェアリング翼形部２０１の前縁２０２のような翼形部表面の傾斜によって表される、従来のパラメータである。正のスイープ角度は、前縁２０２が下流又は後方向に傾斜していることを示す。
【００２８】
図６は、後方にスイープし且つ後方又は下流に傾いた、移行ダクト３００のフェアリング翼形部２０１の別の例示的な前縁２２２の概略断面図である。下流に傾いた前縁２２２は、下流又は後方にスイープしている。図６に示す例示的な下流に傾いた前縁２２２は、半径方向内側壁３０４に沿った下流に傾いた前縁２２２の半径方向内側交点３４２から、内側壁３０４からフェアリング翼形部２０１及び移行ダクト流路３０６に対して軸線方向後方又は下流に且つ半径方向内方にスイープし又は傾いている。
【００２９】
図５に示すフェアリング翼形部２０１の前縁２０２は、半径方向外側壁３０２の高曲率領域３０３の後方又は下流で半径方向外側壁３０２に付着し又は交差する。図６に示すフェアリング翼形部２０１の後方にスイープし且つ後方又は下流に傾いた前縁２２２は、半径方向外側壁３０２の高曲率領域３０３の後方又は下流で半径方向外側壁３０２に付着し又は交差する。このことは、ＨＰＴからのブレード先端渦と入射損失との相互作用損失を低減する。
【００３０】
スイープした前縁は、外側壁と前縁との交差部を低速領域内に位置させる。移行ダクトの上流の高圧タービンから出た流れは、完全に軸流ではなく、図７に示すように、幾らかの接線渦流成分２３０を有し、これがフェアリング翼形部２０１の前縁２０２上に入射（ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ）２３２を発生させる。外側壁の湾曲は、主要な流れが湾曲の付近を移動するときに、これを加速し、次いで減速する。外側壁の湾曲と前縁の入射とが組み合わされると、付加的な流れ応力及び損失発生が引き起こされる。スイープを用いてフェアリングの前縁を湾曲領域の後方に移動することによって、２つの流れ領域が切り離され、流れの場の応力及び損失が低減される。渦流は、ＨＰＴ内で外側壁の近傍の翼配列の効率の悪さによって発生されるものであり、そこにはブレードが回転することを可能にする間隙が存在し、流れが上部を越えて漏れる。
【００３１】
ＬＥを後方にスイープすることで、静圧勾配もまた再調整される。  ＬＥを厚くすることで、静圧が局所的に高まり、ＨＰＴから出た低運動量の流れはいずれもこれによって影響を受ける。従来、内側壁の近傍に配置された前縁は、外側壁の湾曲の付近を移動する流れによって引き起こされる低い静圧と直接的に一致する圧力の増大を発生させる。この圧力勾配は、ＨＰＴから出た流れに対して直角であり、低運動量の流体の流れに対して最大の影響を有し、それゆえダクト内の損失を増大させる。前縁を後方にスイープすることによって、静圧勾配が外側壁の湾曲から切り離されることになり、流れは今やその流れに対して角度を成すので、低運動量の流体に対する影響が低減される。
【００３２】
本明細書では本発明の好ましくかつ例示的な実施形態であると考えられるものを説明してきたが,本発明の他の変更が本明細書の教示から当業者には明らかになるはずであり、従って、全てのそのような変更は本発明の技術思想及び技術的範囲内に属するものとして特許請求の範囲で保護されることが望まれる。
従って、本特許により保護されることを望むものは、特許請求の範囲に記載し且つ特定した発明である。
【００３３】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
ガスタービンエンジン移行ダクトであって、
フェアリングの半径方向外側壁と半径方向内側壁との間に延びた中空フェアリング翼形部を含む、複数のフェアリングと、
少なくとも一部が上記半径方向外側壁と上記半径方向内側壁との間に半径方向に配置された移行ダクト流路と、
上記中空フェアリング翼形部が、フェアリング翼弦に沿って後方又は下流に延びることと、
上記内側壁に沿った圧力勾配を平滑化するための手段と、
を含む、移行ダクト。
［実施態様２］
上記移行ダクトを通って上記フェアリング翼形部の前縁と後縁との間に延びたフェアリング翼形部通路をさらに含み、上記圧力勾配を平滑化するための手段が、上記フェアリング翼形部の前縁から上記フェアリング翼弦の約５０％までの上記フェアリング翼形部通路の収縮したダクト流れ面積を含む、実施態様１に記載の移行ダクト。
［実施態様３］
上記フェアリング翼形部の上記前縁が、上記半径方向外側壁の高曲率領域の後方又は下流で上記半径方向外側壁に取り付けられ又は交差することをさらに含む、実施態様１に記載の移行ダクト。
［実施態様４］
上記前縁が、後方にスイープし又は下流に向かって後方に傾いていることをさらに含む、実施態様３に記載の移行ダクト。
［実施態様５］
それぞれ上記半径方向外側壁及び内側壁に沿った上記前縁の半径方向外側交点及び内側交点をさらに含み、上記外側交点が、上記内側交点の後方且つ下流に位置する、実施態様４に記載の移行ダクト。
［実施態様６］
上記前縁が、それぞれ上記半径方向外側壁及び内側壁に沿った上記前縁の半径方向外側交点及び内側交点から、上記半径方向外側壁と内側壁との間で、上記フェアリング翼形部及び上記移行ダクト流路に対して軸線方向後方且つ半径方向内方に湾曲することをさらに含む、実施態様３に記載の移行ダクト。
［実施態様７］
上記外側交点が、上記内側交点の後方且つ下流に位置することをさらに含む、実施態様６に記載の移行ダクト。
［実施態様８］
上記ダクトが、中心軸線の周りを囲むことと、
上記ダクトの上流端において上記中心軸線から上記半径方向外側壁まで半径方向に延びた第１の半径方向距離と、
上記ダクトの下流端において上記中心軸線から上記半径方向外側壁まで半径方向に延びた第２の半径方向距離と、
上記第２の半径方向距離が、上記第１の半径方向距離より大きいことと、
上記移行ダクトが、高さと、長さと、上記上流端における第１の面積と、上記下流端における第２の面積とを含むことと、
（上記第２の面積／上記第１の面積）として定められる面積比と、
上記面積比が、約１．３５より大きいことと、
をさらに含む、実施態様３に記載の移行ダクト。
［実施態様９］
上記前縁が、後方にスイープし又は下流に向かって後方に傾いていることをさらに含む、実施態様８に記載の移行ダクト。
［実施態様１０］
それぞれ上記半径方向外側壁及び内側壁に沿った上記前縁の半径方向外側交点及び内側交点をさらに含み、上記外側交点が、上記内側交点の後方且つ下流に位置する、実施態様８に記載の移行ダクト。
［実施態様１１］
上記前縁が、それぞれ上記半径方向外側壁及び内側壁に沿った上記前縁の半径方向外側交点及び内側交点から、上記半径方向外側壁と内側壁との間で、上記フェアリング翼形部及び上記移行ダクト流路に対して軸線方向後方且つ半径方向内方に湾曲することをさらに含む、実施態様８に記載の移行ダクト。
［実施態様１２］
上記外側交点が、上記内側交点の後方且つ下流に位置することをさらに含む、実施態様１１に記載の移行ダクト。
［実施態様１３］
ガスタービンエンジン移行ダクトとタービン中央フレームとの組立体であって、
中央ハブの周りに位置決めされた外側リングを含み、これらが互いの間に半径方向に延びたストラットで互いに結合された、タービン中央フレームと、
フェアリングの半径方向外側壁と半径方向内側壁との間に延びた中空フェアリング翼形部を含む複数のフェアリングを含む、移行ダクトと、
上記ストラットが、上記中空フェアリング翼形部を半径方向に貫通することと、
少なくとも一部が上記半径方向外側壁と上記半径方向内側壁との間に半径方向に配置された、上記移行ダクトの移行ダクト流路と、
上記中空フェアリング翼形部が、フェアリング翼弦に沿って後方又は下流に延びることと、
上記内側壁に沿った圧力勾配を平滑化するための手段と、
を含む、組立体。
［実施態様１４］
上記移行ダクトを通って上記フェアリング翼形部の前縁と後縁との間に延びたフェアリング翼形部通路をさらに含み、上記圧力勾配を平滑化するための手段が、上記フェアリング翼形部の前縁から上記フェアリング翼弦の約５０％までの上記フェアリング翼形部通路の収縮したダクト流れ面積を含む、実施態様１３に記載の組立体。
［実施態様１５］
上記フェアリング翼形部の上記前縁が、上記半径方向外側壁の高曲率領域の後方又は下流で上記半径方向外側壁に取り付けられ又は交差することをさらに含む、実施態様１４に記載の組立体。
［実施態様１６］
上記前縁が、後方にスイープし又は下流に向かって後方に傾いていることをさらに含む、実施態様１５に記載の組立体。
［実施態様１７］
それぞれ上記半径方向外側壁及び内側壁に沿った上記前縁の半径方向外側交点及び内側交点をさらに含み、上記外側交点が、上記内側交点の後方且つ下流に位置する、実施態様１６に記載の組立体。
［実施態様１８］
上記前縁が、それぞれ上記半径方向外側壁及び内側壁に沿った上記前縁の半径方向外側交点及び内側交点から、上記半径方向外側壁と内側壁との間で、上記フェアリング翼形部及び上記移行ダクト流路に対して軸線方向後方且つ半径方向内方に湾曲することをさらに含む、実施態様１５に記載の組立体。
［実施態様１９］
上記外側交点が、上記内側交点の後方及び下流に位置することをさらに含む、実施態様１８に記載の組立体。
［実施態様２０］
ガスタービンエンジンであって、
中心軸線の周りを囲み、下流に向かって直列関係で、ファンと、定圧ブースタ又は圧縮機と、高圧圧縮機と、燃焼器と、高圧タービンと、低圧タービンとを含む、エンジンと、
上記高圧及び低圧タービンを部分的に支持し且つ互いに結合するタービン中央フレームと、
上記タービン中央フレームが、中央ハブの周りに位置決めされた外側リングを含み、これらが互いの間に半径方向に延びたストラットで互いに結合されていることと、
上記高圧及び低圧タービンを流体接続し、フェアリングの半径方向外側壁と半径方向内側壁との間に延びた中空フェアリング翼形部を含む複数のフェアリングを含む、移行ダクトと、
上記ストラットが、上記中空フェアリング翼形部を半径方向に貫通することと、
少なくとも一部が上記半径方向外側壁と上記半径方向内側壁との間に半径方向に配置された、上記移行ダクトの移行ダクト流路と、
上記中空フェアリング翼形部が、フェアリング翼弦に沿って後方又は下流に延びることと、
上記移行ダクトを通って上記フェアリング翼形部の前縁と後縁との間に延びたフェアリング翼形部通路と、
上記フェアリング翼形部の前縁から上記フェアリング翼弦の約５０％までの上記フェアリング翼形部通路の収縮したダクト流れ面積を含む、上記内側壁に沿った圧力勾配を平滑化するための手段と、
上記フェアリング翼形部の前縁が、上記半径方向外側壁の高曲率領域の後方又は下流で上記半径方向外側壁に取り付けられ又は交差することと、
を含む、ガスタービンエンジン。
［実施態様２１］
上記ダクトの上流端において上記中心軸線から上記半径方向外側壁まで半径方向に延びた第１の半径方向距離と、
上記ダクトの下流端において上記中心軸線から上記半径方向外側壁まで半径方向に延びた第２の半径方向距離と、
上記第２の半径方向距離が、上記第１の半径方向距離より大きいことと、
上記移行ダクトが、高さと、長さと、上記上流端における第１の面積と、上記下流端における第２の面積とを含むことと、
（上記第２の面積／上記第１の面積）として定められる面積比と、
上記面積比が、約１．３５より大きいことと、
をさらに含む、実施態様２０に記載のエンジン。
［実施態様２２］
上記前縁が、後方にスイープし又は下流に向かって後方に傾いていることをさらに含む、実施態様２０に記載のエンジン。
［実施態様２３］
それぞれ上記半径方向外側壁及び内側壁に沿った上記前縁の半径方向外側交点及び内側交点をさらに含み、上記外側交点が、上記内側交点の後方且つ下流に位置する、実施態様２０に記載のエンジン。
［実施態様２４］
上記前縁が、それぞれ上記半径方向外側壁及び内側壁に沿った上記前縁の半径方向外側交点及び内側交点から、上記半径方向外側壁と内側壁との間で、上記フェアリング翼形部及び上記移行ダクト流路に対して軸線方向後方且つ半径方向内方に湾曲することをさらに含む、実施態様２０に記載のエンジン。
［実施態様２５］
上記外側交点が、上記内側交点の後方且つ下流に位置することをさらに含む、実施態様２４に記載のエンジン。
【符号の説明】
【００３４】
８：中心軸線
１０：ガスタービンエンジン
１２：ファン
１４：周囲空気
１６：低圧又はブースタ圧縮機
１８：高圧圧縮機
２０：燃焼器
２２：燃焼ガス
２４：高圧タービン
２６：低圧タービン
２８：第１の又は高圧シャフト
３０：第２の又は低圧シャフト
１００：タービン中央フレーム
１０２：中央ハブ
１０４：外側リング
１０６：ストラット
２００：フェアリング
２０１：中空フェアリング翼形部
２０２：前縁
２０６：後縁
２０８：外側シュラウド
２１０：内側シュラウド
２２２：下流に傾いた前縁
２３０：接線渦流成分
２３２：入射
２８０：流体の流れ
３００：移行ダクト
３０２：外側壁
３０３：高曲率領域
３０４：内側壁
３０６：移行ダクト流路
３０８：軸線方向位置
３１０：上流端
３１２：第１の半径方向距離
３１４：高さ
３１６：長さ
３１８：第１の面積
３２０：下流端
３２２：第２の半径方向距離
３２８：第２の面積
３３２：半径差
３４０：外側交点
３４２：内側交点
【図１】
2017198200.tif 000003
【図２】
2017198200.tif 000004
【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】
2017198200.tif 000009
【図８】
2017198200.tif 000010
【図９】
2017198200.tif 000011
【図１０】
2017198200.tif 000012
【外国語明細書】
2017198200000001.pdf