(57)【要約】      （修正有）【課題】システムに加わる円周方向荷重を最小にするプロペラピッチ制御システム及び方法を提供する。【解決手段】ピッチ制御システムは、エンジンの中心軸３０に沿って直線移動する環状アクチュエータ４４を備える。アクチュエータ４４は、シリンダーハウジング４６を取り囲み、シリンダーハウジング４６に沿って前後に平行移動して、アクチュエータの平行移動長を変える。アクチュエータ４４は、固定フレーム４０に取り付けられるので、平行移動長は、中心軸３０に平行に規定する。一般に、平行移動長が大きくなると、アクチュエータの軸方向位置は後方に移動する。平行移動長が小さくなると、アクチュエータの軸方向位置は、エンジンノズルに向かって前方に移動する。アクチュエータの平行移動長は、プロペラのピッチに作動的に関連する。従って、アクチュエータ４４の平行移動長は、プロペラの所望のピッチ角に応じて選択することができる。【選択図】図２
2017100701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸（３０）の周りでエンジン固定フレーム（４０）に取り付けられた回転可能なロータフレーム（４２）と、前記ロータフレーム（４２）に対して円周方向に取り付けられた複数のプロペラブレード（３２、３４）とを有するロータ組立体のためのピッチ制御システム（３８）であって、
前記中心軸（３０）の周りで前記前記固定フレーム（４０）に取り付けられ、前記中心軸（３０）に対して平行移動可能な環状アクチュエータ（４４）と、
前記アクチュエータ（４４）に対して並進的に固定された荷重伝達軸受（ＬＴＢ）（５０）と、
前記ＬＴＢ（５０）に枢動可能に取り付けられた第１の端部（８０）と、プロペラブレードクランクシャフト（７６）に枢動可能に取り付けられた第２の端部（８２）とを有するクランクロッド（７２）と、
前記ＬＴＢ（５０）から外向きに延びる半径方向ピン（６６）と、
前記半径方向ピン（６６）に枢動可能に取り付けられ、前記アクチュエータ（４４）の平行移動時に、前記半径方向ピン（６６）を前記ロータフレーム（４２）に対して弧状経路（８６）に沿って案内する案内シャフト（６４）と、
を備える、ピッチ制御システム（３８）。
【請求項２】
前記ＬＴＢ（５０）が、
前記環状アクチュエータ（４４）の周りに配置されたインナーレース（５２）と、
前記インナーレース（５２）に対して回転可能かつ同軸に取り付けられたアウターレース（５４）と、
を備える、請求項１に記載のピッチ制御システム（３８）。
【請求項３】
前記ＬＴＢが、
前記インナーレース（５２）と前記アウターレース（５４）との間で半径方向に配置された少なくとも１つの軸受リング（５６）、
をさらに備える、請求項２に記載のピッチ制御システム（３８）。
【請求項４】
前記クランクロッド（７２）が、プロペラブレードクランクシャフト（７６）に取り付けられた第１の端部ヨーク組立体（８１Ａ）と、前記ＬＴＢ（５０）に取り付けられた第２の端部ヨーク組立体（８２Ａ）とを備える、請求項１に記載のピッチ制御システム（３８）。
【請求項５】
前記案内シャフト（６４）が、固定案内長（６８）を有し、前記クランクロッド（７２）が、前記クランクシャフト（７６）の遠位ジャーナル（７８）に取り付けられて、前記ジャーナルと前記ＬＴＢ（５０）との間の所定の長手方向距離を維持し、さらに前記案内長（６８）が、前記所定の長手方向距離に調和的に一致して、動作可能なクランクロッド運動を所定の枢動範囲（θＲ、θＴ）に制限するようになっている、請求項１に記載のピッチ制御システム（３８）。
【請求項６】
前記環状アクチュエータ（４４）が、所望のプロペラピッチ角（８４）に従って選択可能な可変平行移動長を含む、請求項１に記載のピッチ制御システム（３８）。
【請求項７】
複数のクランクロッド（７２）をさらに備え、前記クランクロッド（７２）の各々が、前記第１の端部（８０）で前記ＬＴＢ（５０）に枢動可能に取り付けられ、前記第２の端部（８２）でそれぞれのプロペラブレードクランクシャフト（７６）に個別的に取り付けられており、前記中心軸（３０）に対する前記クランクロッド（７２）の平行移動が機械的に同期する、請求項１に記載のピッチ制御システム（３８）。
【請求項８】
前記固定フレーム（４０）の周りに取り付けられた圧縮機（１４）と、
前記圧縮機（１４）の下流に配置され、前記圧縮機（１４）からの圧縮流体を受け入れる燃焼器（１６）と、
前記燃焼器（１６）の下流に配置され、前記ロータフレーム（４２）に対して作動的に連結するタービン（１８、２０）と、
を備え、
前記タービン（１８、２０）の回転が前記ロータフレーム（４２）に伝達されるようになっている、ガスタービンエンジン（１０）を含む、請求項１に記載のピッチ制御システム（３８）。
【請求項９】
プロペラブレード（３２、３４）が、ロータフレーム（４２）に取り付けられかつ中心軸（３０）の周りでそれぞれの半径方向軸（３６）に沿って延び、前記プロペラブレード（３２、３４）の少なくとも１つが、前記半径方向軸から延びるクランクシャフト（７６）を含む、複数のプロペラブレード（３２、３４）のピッチ角を制御するための方法であって、
前記中心軸（３０）に平行な方向で直線的な入力を環状アクチュエータ（４４）に付与して、荷重伝達軸受（ＬＴＢ）（５０）の直線入力運動を引き起こす段階であって、前記ＬＴＢ（５０）が、ピッチ制御システム（３８）に組み込まれ、前記ピッチ制御システム（３８）が、前記固定フレーム（４０）に取り付けられた前記環状アクチュエータ（４４）と、前記環状アクチュエータ（４４）の周りに配置された前記ＬＴＢ（５０）と、前記ＬＴＢ（５０）から延びる半径方向ピン（６６）と、前記半径方向ピン（６６）に枢動可能に取り付けられた案内シャフト（６４）と、を含む、段階と、
前記直線入力運動を回転−並進運動に変換する段階であって、前記ＬＴＢ（５０）を前記ロータフレーム（４２）に対して弧状経路（８６）で案内する段階を含む段階と、
前記回転−並進運動を、前記ＬＴＢ（５０）と前記クランクシャフト（７６）との間に配置されたクランクロッド（７２）に沿って前記クランクシャフト（７６）に伝達する段階であって、長手方向の変位成分を前記クランクシャフト（７６）に伝える段階を含む段階と、
前記クランクシャフト（７６）に伝えられた前記長手方向の変位に応じて、前記少なくとも１つのプロペラブレードを前記半径方向軸（３６）の周りで枢動させる段階と、
を含む方法。
【請求項１０】
前記変換する段階が、前記ＬＴＢ（５０）の前記アウターレース（５４）を前記ＬＴＢ（５０）の同軸のインナーレース（５２）の周りで回転させる段階をさらに含み、前記伝達する段階が、所定の枢動範囲で前記クランクロッド（７２）を平行移動させる段階をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、全体的には、ガスタービンエンジンプロペラ用の可変ピッチ制御システム及び方法に関し、より具体的には、ピッチ制御の応力負荷を最小にするシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンエンジンは、タービンに動力を供給して１又は２以上のファン又はプロペラブレードを回転させるコアエンジンを含む。「オープンロータ」構造として知られている１つのタイプのガスタービンエンジンは、従来のターボファン及びターボプロップ構造と同様に作動するが、燃料効率はこれらに勝る。ターボファンエンジンは、中央のガスタービンコアが、エンジンのナセルとエンジンコアとの間の半径方向位置に配置されたバイパスファンを駆動するという原理の下で作動する。しかしながら、オープンロータ構造において、「バイパス」プロペラは、エンジンのナセルの外側に取り付けられる。これにより、プロペラは大量の空気に作用ことができ、従来のターボファンエンジンよりも大きな推進力を発生する。一部のオープンロータエンジンにおいて、「バイパス」プロペラは、２つの二重反転ロータ組立体を含み、各ロータ組立体は、エンジンナセルの外側に設けられたプロペラブレードのアレイを保持する。
【０００３】
ピッチ制御システムは、所望の飛行特性に応じてプロペラのピッチ角を変更するためにプロペラに取り付けることができる。最適性能を得るために、このシステムは高い精度を必要とする。加えて、最適性能を得るために、複数のプロペラブレードのピッチ角を一斉に変更することが必要である。しかしながら、繰り返される又は不規則なピッチ変更によって、ピッチ制御システムは、過度な応力又は有害負荷を受ける場合がある。経時的に、これらの応力は、システムの精度を低下させる場合がありエンジン故障につながる。現在のシステムでは、抵抗及び応力を十分に低減することができない。さらに、ピッチ変更の試行的な同期は信頼性が低い。
【０００４】
従って、改良されたピッチ制御システム及び方法が望まれる。特に、作動応力が最小であり、精度が高く、一様なピッチ変更を可能にする、ガスタービンエンジンのためのピッチ制御システム及び方法が好都合であろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８７２１２８３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。
【０００７】
全体的には、システムに加わる円周方向荷重を最小にするプロペラピッチ制御システム及び方法が提供される。
【０００８】
１つの実施形態によれば、ピッチ制御システムは、中心軸の周りで固定フレームに取り付けられた環状アクチュエータを含む。環状アクチュエータは、中心軸に対して平行移動可能である。荷重伝達軸受（ＬＴＢ）は、アクチュエータに対して並進的に固定されるが、クランクロッドの第１の端部は、ＬＴＢに枢動可能に取り付けられる。クランクロッドの第２の端部は、プロペラブレードクランクシャフトに枢動可能に取り付けられる。半径方向ピンは、ＬＴＢから外向きに延び、案内シャフトは、半径方向ピンに枢動可能に取り付けられ、環状アクチュエータの平行移動時に、半径方向ピンをロータフレームに対して弧状経路に沿って案内する。
【０００９】
他の実施形態によれば、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、中心軸に沿って延びる固定フレームと、中心軸の周りで固定フレームに回転可能に取り付けられたロータフレームとを含む。また、ロータフレームに取り付けられた複数の円周方向プロペラブレード組立体を含み、ブレード組立体の少なくとも１つは、可変ピッチプロペラブレードと、ブレードの個別の半径方向軸の周りの枢動を案内するためのクランクシャフトとを含む。環状アクチュエータは、固定フレームに取り付けられ、プロペラブレードの所望のピッチ角に応じて中心軸に対して平行移動可能である。荷重伝達軸受（ＬＴＢ）は、アクチュエータに対して並進的に固定されるが、クランクロッドの第１の端部は、ＬＴＢに枢動可能に取り付けられ、クランクロッドの第２の端部は、クランクシャフトに枢動可能に取り付けられる。半径方向ピンは、ＬＴＢから外向きに延び、案内シャフトは、半径方向ピンに枢動可能に取り付けられ、環状アクチュエータの平行移動時に、半径方向ピンをロータフレームに対して弧状経路に沿って案内する。
【００１０】
他の実施形態によれば、プロペラブレードのピッチ角を制御するための方法を含む。本方法は、中心軸に平行な方向で直線的な入力を環状アクチュエータに付与して、荷重伝達軸受（ＬＴＢ）の直線入力運動を引き起こす段階を含む。ＬＴＢは、ピッチ制御システムに組み込まれ、ピッチ制御システムは、固定フレームに取り付けられた環状アクチュエータと、ＬＴＢから延びる半径方向ピンと、半径方向ピンに枢動可能に取り付けられた案内シャフトとを含む。ＬＴＢは、環状アクチュエータの周りに配置される。変換する段階は、直線入力運動を回転−並進運動に変換し、ＬＴＢをロータフレームに対して弧状経路で案内する段階を含む。他の段階は、回転−並進運動を、ＬＴＢとクランクシャフトとの間に配置されたクランクロッドに沿ってクランクシャフトに伝達する段階を含み、長手方向の変位成分を上記クランクシャフトに伝える段階と、クランクシャフトに伝えられた長手方向の変位に応じて、少なくとも１つのプロペラブレードを半径方向軸の周りで枢動させる段階を含む。
【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】プロペラのうちの１つのためのピッチ制御システムを組み込んだ、オープンロータ二重反転式エンジンの概略軸方向断面図。
【図２】ピッチ制御システムの１つの実施形態によるガスタービンエンジンの断面図。
【図３】図２の実施形態の幾つかの要素の間の係合及び移動経路の概略斜視図。
【図４】１つのピッチ制御システムの実施形態の上から見た図。
【図５】図４の実施形態の斜視図。
【図６】１つのクランクロッドの実施形態の枢動範囲の概略斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。本明細書に記載の特定の実施形態は、単に本発明を実施及び使用するための特定の手段を例示するものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【００１５】
本開示を理解する目的でいくつかの用語を以下のように定義する。定義された用語は、本発明に関連する当業者が一般に認識する意味をもつものとして理解される。
【００１６】
用語「含む」及び「含んでいる」は、「備えている」と同様の方法で包括的であることが意図される。同様に、用語「又は」は、一般に包括的であることが意図される（例えば、Ａ又はＢは、Ａ又はＢ又は両方を意味する）。成句「１つの実施形態」は、必ずしも同じ実施形態を指す必要はないが、同じ実施形態であってもよい。
【００１７】
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。
【００１８】
本明細書で使用される用語「軸方向」及び「軸方向に」とは、エンジンの長手方向軸線に実質的に平行に延びる方向及び向きを意味する。用語「半径方向」及び「半径方向に」とは、エンジンの長手方向軸線とエンジン外周との間に延びる寸法を意味する。「軸方向」及び「軸方向に」と併せて使用される用語「前方」とは、エンジン入口に向かう方向、又はある構成要素が別の構成要素と比較してエンジン入口により近接していることを意味する。「軸方向」及び「軸方向に」と併せて使用される用語「後ろ」又は「後方」とは、エンジンノズルに向かう方向、又はある構成要素がエンジンノズルと比較してエンジン出口により近接していることを意味する。特に明記しないかぎり、位置に関する用語「上側／下側」、「上向き／下向き」、「外側／内側」、及び「外向き／内向き」は、中心軸に対する半径方向の位置及び半径方向を意味する。
【００１９】
ここで各図を参照すると、図１は、中心軸３０を定める例示的なオープンロータガスタービンエンジン１０を示す。オープンロータガスタービンエンジン１０は、トラクター式（エンジン前方のロータが牽引する構成）、又はプッシャー式（図示）として構成することができる。開示された非限定的な実施形態において特定の構成で示されるが、本明細書に記載のコンセプトは、他の構成に適用できることを理解されたい。
【００２０】
一般に、図示のように、ガスタービンエンジン１０は、１又は２以上の圧縮機１４、燃焼器１６、及び１又は２以上のタービン１８、２０を含む。低圧出力タービン２０は、外サイクロイドギヤボックス２８に作動的に結合し、このギヤボックスは、二重反転式アンダクテッドロータ組立体２４、２６に作動的に結合する。
【００２１】
作動時、圧縮性流体（例えば、ガス）流Ｆの流れは、ナセル１２の内側ノズルに入る。ここからガス流は、１又は２以上の圧縮機１４を通過した後、環状燃焼器１６で燃料と一緒に点火される。燃焼ガスは、高圧タービン１８及び低圧タービン２０を回転させて排気口２２から排出される。低圧タービン２０の回転によりギヤボックス２８が回転し、ギヤボックスは、二重反転式ロータ組立体２４、２６を回転させる。
【００２２】
前方及び後方プロペラのプロペラブレード３２、３４は、可変取り付け角タイプであり（すなわち、ブレードのピッチを変更又は方向付けるために、システム３８に基づいてそれぞれの半径方向枢動軸３６の周りで方向付けすることができる）、ブレードは、エンジンの作動条件及び関連の飛行フェーズに応じた最適な角度位置になる。本開示において、前方ロータ組立体２４に関してブレードを方向付けるためのピッチ制御システム３８だけを説明する。図２−６には示されていない後方ロータ組立体２６は、ブレードを方向付けるためのシステムを備えることができるが、このシステムは、前方ロータ組立体２４を参照して以下に説明するものと同じとすること又は異なることができる。
【００２３】
このために、図１及び２に示すように、プロペラブレードのピッチ（従って、取り付け角）を制御するためのシステム３８が、固定フレーム４０と回転ロータフレーム４２との間の内部空間でエンジン１０の内部に設けられており、ブレードの角度位置、結果的にプロペラのピッチを変更するようになっている。
【００２４】
図２から分かるように、ピッチ制御システム３８は、エンジンの中心軸３０に沿って直線移動（すなわち平行移動）する環状アクチュエータ４４を備える。アクチュエータ４４は、シリンダーハウジング４６を取り囲み、シリンダーハウジング４６に沿って前後に平行移動して、アクチュエータの平行移動長を変えることができる。アクチュエータ４４は、固定フレーム４０に取り付けられるので、平行移動長は、中心軸３０に平行に規定することができる。一般に、平行移動長が大きくなると、アクチュエータの軸方向位置は後方に移動する。平行移動長が小さくなると、アクチュエータの軸方向位置は、エンジンノズルに向かって前方に移動する。以下に説明するように、アクチュエータの平行移動長は、プロペラのピッチに作動的に関連する。従って、アクチュエータ４４の平行移動長は、プロペラの所望のピッチ角８４Ａ、８４Ｂに応じて選択することができる。
【００２５】
特定の実施形態において、肩部４８Ａ及びリング４８Ｂの形態の止め具４８が設けられており、アクチュエータの過度の移動を阻止するようになっている（すなわち、平行移動長を制限する）。ピストン４９は、シリンダーハウジング４６の周りに配置され、アクチュエータ制御部（図示せず）の指令に下で軸３０に沿って直線的に延びる。ピストン４９は、アクチュエータ４４の平行移動が必要な場合に駆動入力を与える。一部の実施形態において、ピストン４９は油圧流体で駆動されるが、追加的な又は代替的な実施形態は、ピストン４９を中心軸３０に対して平行に動かす磁気アクチュエータモータ（図示せず）を含むことができる。
【００２６】
荷重伝達軸受（ＬＴＢ）５０は、アクチュエータ４４に取り付けられ、一般に同じ軸方向運動を行う。アクチュエータ４４の直線移動により、アクチュエータの平行移動長に応じて中心軸３０に沿って前後に移動することになる。その結果、ＬＴＢ５０は、固定フレーム４０に対して軸方向に動くことができるが、アクチュエータ４４に対して並進的に固定されたままである。
【００２７】
随意的な実施形態において、ＬＴＢ５０は、個別のインナーレース５２及びアウターレース５４を有する。図２に示すように、特定の実施形態のインナーレース５２は、環状リングとしてアクチュエータ４４の上に位置決めされる。同様に、アウターレース５４は、インナーレース５２の上に位置決めされかつこれと同軸の環状リングとすることができる。図示の２つのレース５２、５４は、並進的に固定される。従って、ピッチ変更動作時に、インナーレース５２の軸方向運動は、アウターレース５４に鏡映される。しかしながら、回転運動は、必ずしも模倣されない。特定の実施形態において、アウターレース５４は、中心軸３０の周りでインナーレース５２とは無関係に回転する（すなわち自由に回転する）ことができる。従って、アクチュエータ４４の平行移動がインナーレース５２及びアウターレース５４に伝達される際に、アウターレース５４の回転は、インナーレース５２及びアクチュエータ４４の環状位置決めに直接影響を与えない。代わりに、アクチュエータ４４の平行移動は、アウターレース５４の新たな回転運動を引き起こす場合がある。その結果、アウターレース５４では、新たな回転−並進運動が生じる。
【００２８】
例示するように、一部の実施形態では、ＬＴＢのレース５２、５４の間の半径方向距離は一定である。１又は２以上の軸受リング５６は、この距離を維持するためにレース５３、５４の間に配置することができる。軸受リング５６の随意的な実施形態は、摩擦低減のためにボールベアリング６２の列を保持するインナートラック５８及びアウタートラック６０を含む。
【００２９】
１又は２以上の案内シャフト６４は、ＬＴＢ５０をロータフレーム４２に連結する。特定の実施形態において、半径方向ピン６６は、アウターレース５４から外向きに延びて案内シャフト６４に結合する。案内シャフト６４はロータフレーム４２に係止することができ、ロータフレーム４２の回転は、案内シャフト６４の同時回転を引き起こす。随意的に、案内シャフト６４は、固定長６８を有する。特定の実施形態において、固定長６８は、半径方向ピン６６とロータフレーム係止点７０との間に延びる剛体棒によって規定される。ピン６６及び係止点７０の両方で枢動結合を行うことができる（例えば、図２に示すようなヨーク及びピン結合）。
【００３０】
作動時、案内シャフト６４は、ロータフレーム４２に対する半径方向ピンの位置を拘束する。ロータフレーム４２が固定フレーム４０に対して並進的に固定されるので、アクチュエータの平行移動時に、案内シャフト６４は、半径方向ピン６６の運動（結果的にアウターレース５４の運動）を支配する。特に、以下に説明するように、アクチュエータ４４の平行移動によって、ピン６６は、ロータフレーム４２に対して所定の弧状経路８６に沿って案内される。随意的な実施形態において、弧状経路は、案内シャフト長６８及び係止点７０によって半径方向に規定される。案内シャフト長６８及び弧状経路８６は、ＬＴＢ５０上の取り付け点Ｊとプロペラブレード３２の一部との間の距離に調和的に一致するように（すなわち、周期的な運動に応じて事前に選択された関係を形成するように）選択される。
【００３１】
図２−６に示すように、一部の実施形態は、ＬＴＢアウターレース５４を個々のプロペラブレード３２に連結する１又は２以上のクランクロッド７２を含む。一般に、各クランクロッド７２は、長手方向に延びてＬＴＢ５０をプロペラブレード３２に結合する剛体である。
【００３２】
各プロペラブレード３２は、半径方向軸３６に沿って延びると共にその周りで回転するプロペラ支持コラム７４を含む。クランクシャフト７６は、プロペラ支持コラム７４から外向きに（すなわち、半径方向軸３６に対する半径方向に）延びると共にこの軸３６の周りで回転することができる。クランクシャフトの一端が潜在的に支持コラム７４に固定されるが、反対側の端部は、クランクロッド７２に枢動可能に取り付けられたジャーナル７８を含むことができる。
【００３３】
特定の実施形態において、クランクロッド７２は、反対側の第１の端部８０及び第２の端部８２において、クランクシャフト７６及びＬＴＢアウターレース５４の両方に回転可能に接続される。その結果、図示の一部の実施形態において、少なくとも２つのピン及びヨーク組立体８１Ａ、８１Ｂが提供される。一方のピン及びヨーク組立体８１Ａは、クランクロッドの第１の端部８０をクランクシャフト７６に連結する。他方のピン及びヨーク組立体８１Ｂは、クランクロッドの第２の端部８２をアウターレース５４に連結する。２つの端部８０、８２の間で、クランクロッド７２は、設定長を規定することができる。特定の実施形態において、クランクロッド７２は、さらにＬＴＢ５０とクランクシャフトのジャーナル７８との間の所定の距離を規定することができる。図３に示すように、案内シャフトの固定長６８は、所定の距離（クランクロッドの設定長）に調和的に一致するので、ＬＴＢアウターレース５４の回転−並進運動がジャーナル７８でのクランクシャフト７６の枢動回転を制御する。その結果、このような実施形態のクランクロッド７２は、前方及び後方の両方の移動時に、中心軸３０に対する所定の枢動範囲θに維持される。
【００３４】
一部の実施形態において、枢動範囲θは、中心軸３０に対して規定された半径方向範囲θＲ及び接線方向範囲θＴを含む。図６に示すように、半径方向範囲θＲは、作動時の中心軸３０’に対するクランクロッド７２の半径方向偏位を示すが、接線方向範囲は、中心軸３０’に対するクランクロッド７２の接線方向偏位を示す（３０’は中心軸３０に平行な基準軸として、３６’は半径方向軸３６に平行な基準軸として、及び３６”は半径方向軸３６に直交する基準軸として理解される）。特定の実施形態において、半径方向範囲θＲは１５度未満であるが、接線方向範囲θＴは１５度未満である。別の実施形態において、半径方向範囲θＲは１０度未満であるが、接線方向範囲θＴは１０度未満である。さらに別の実施形態において、半径方向範囲θＲは５度未満であるが、接線方向範囲θＴは５度未満である。随意的な実施形態において、半径方向範囲θＲは３度未満であるが、接線方向範囲θＴは３度未満である。前述の実施形態において、半径方向範囲θＲは、接線方向範囲θＴに等しいが、これは必須ではない。
【００３５】
ピッチ制御システム３８の作動時、所望のピッチ角８４Ａ、８４Ｂは、手動で又は自動制御ユニット（図示せず）によって選択することができる。この選択に応答して、環状アクチュエータ４４は、新しい位置に平行移動することができる。このために、直線的な入力が環状アクチュエータ４４を選択されたピッチ角８４Ａ、８４Ｂに対応する軸方向位置に平行移動させる。対応する軸方向位置は、格納されたデータベースから選択すること、又は自動制御ユニットで動的に計算することができる。
【００３６】
アクチュエータ４４が中心軸３０に沿って移動する際に、取り付けられたＬＴＢ５０は、同じように平行移動する。ＬＴＢのインナーレース５２及びアウターレース５４は、並進的に互いに対して固定され、一致して軸方向に移動する。ＬＴＢのインナーレース５２及びアウターレース５４は一致して軸方向に移動するが、ＬＴＢインナーレース５２に付与される並進運動は、ＬＴＢアウターレース５４での回転−並進運動に変換される。詳細には、アウターレース５４は、均一な軸方向移動と同時に、インナーレース５２の周りを同軸で回転するようにされる。非並進のロータフレーム４２に係止された案内シャフト６４は、アウターレース５４及び半径方向ピン６６を弧状経路８６に沿って案内する。剛体の案内シャフト６４を含む実施形態に関して、経路８６は、概して固定案内長６８で規定される半径に対応する。
【００３７】
回転−並進運動は、部分的にクランクシャフト７６及びクランクロッド７２に伝達される。クランクロッド７２は中心軸３０に沿って長手方向に配置されるが、その第１及び第２の端部８０、８２は枢動する。詳細には、クランクロッドの第２の端部８２は、アウターレース５４の回転に関連して枢動し、第１の端部８０は、クランクシャフトジャーナル７８に対して枢動する。案内シャフト長６８は、クランクロッド自体の長さに一致させて、クランクロッドの両端部８０、８２の移動を調和させることができる。特定の実施形態において、案内シャフト長６８及びクランクロッド７２は、クランクロッド７２が中心軸３０に対して所定の枢動範囲θを維持するように一致する。このような実施形態において、ＬＴＢ５０とクランクシャフトジャーナル７８との間で所定の距離が維持される。結果として、クランクロッド７２の長手方向の変位はクランクシャフト７６に伝達される。
【００３８】
クランクシャフトジャーナル７８が受ける長手方向の変位は、クランクシャフト７６を半径方向軸３６の周りで枢動させる。クランクシャフト７６は、プロペラ支持コラム７４に対して固定して取り付けられているので、ブレード３２は半径方向軸３６の周りで同時に枢動する。枢動は、最初の所望のピッチ角８４Ａから、アクチュエータ４４の平行移動が停止するまで、従って、新たな所望のピッチ角８４Ｂに達するまで継続する。
【００３９】
クランクロッドに取り付けられた複数のプロペラブレード３２を有する実施形態に関して、ブレード３２の枢動は、機械的に同期させることができる。このような同期時には、図５に示すように、各クランクロッド７２は、第２の端部８２でＬＴＢ５０に連結し、それぞれの第１の端部８０で個別のクランクシャフト７６に連結する。ＬＴＢ５０での回転−並進運動は、各ロッド７２を均一に平行移動させ、各ロッド７２の間の同時に起こる軸方向運動を可能にする。
【００４０】
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含む場合、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。
【００４１】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
【００４２】
［実施態様１］
中心軸の周りでエンジン固定フレームに取り付けられた回転可能なロータフレームと、上記ロータフレームに対して円周方向に取り付けられた複数のプロペラブレードとを有するロータ組立体のためのピッチ制御システムであって、
上記中心軸の周りで上記固定フレームに取り付けられ、上記中心軸に対して平行移動可能な環状アクチュエータと、
上記アクチュエータに対して並進的に固定された荷重伝達軸受（ＬＴＢ）と、
上記ＬＴＢに枢動可能に取り付けられた第１の端部と、プロペラブレードクランクシャフトに枢動可能に取り付けられた第２の端部とを有するクランクロッドと、
上記ＬＴＢから外向きに延びる半径方向ピンと、
上記半径方向ピンに枢動可能に取り付けられ、上記アクチュエータの平行移動時に、上記半径方向ピンを上記ロータフレームに対して弧状経路に沿って案内する案内シャフトと、
を備える、ピッチ制御システム。
［実施態様２］
上記ＬＴＢが、
上記環状アクチュエータの周りに配置されたインナーレースと、
上記インナーレースに対して回転可能かつ同軸に取り付けられたアウターレースと、
を備える、実施態様１に記載のピッチ制御システム。
［実施態様３］
上記ＬＴＢが、
上記インナーレースと上記アウターレースとの間で半径方向に配置された少なくとも１つの軸受リング、
をさらに備える、実施態様２に記載のピッチ制御システム。
［実施態様４］
上記軸受リングが、ボールベアリングの環状列を含む、実施態様３に記載のピッチ制御システム。
［実施態様５］
上記クランクロッドが、プロペラブレードクランクシャフトに取り付けられた第１の端部ヨーク組立体と、上記ＬＴＢに取り付けられた第２の端部ヨーク組立体とを備える、実施態様１に記載のピッチ制御システム。
［実施態様６］
上記案内シャフトが、固定案内長を有し、上記クランクロッドが、上記クランクシャフトの遠位ジャーナルに取り付けられて、上記ジャーナルと上記ＬＴＢの取り付け点との間の所定の距離を維持し、さらに上記案内長が、上記所定の距離に調和的に一致して、動作可能なクランクロッド運動を所定の枢動範囲に制限するようになっている、実施態様１に記載のピッチ制御システム。
［実施態様７］
上記環状アクチュエータが、所望のプロペラピッチ角に従って選択可能な可変平行移動長を含む、実施態様１に記載のピッチ制御システム。
［実施態様８］
複数のクランクロッドをさらに備え、上記クランクロッドの各々が、上記第１の端部で上記ＬＴＢに枢動可能に取り付けられ、上記第２の端部でそれぞれのプロペラブレードクランクシャフトに個別的に取り付けられており、上記中心軸に対する上記クランクロッドの平行移動が機械的に同期する、実施態様１に記載のピッチ制御システム。
［実施態様９］
中心軸に沿って延びる固定フレームと、
上記中心軸の周りで上記固定フレームに回転可能に取り付けられたロータフレームと、
上記ロータフレームに取り付けられた複数の円周方向プロペラブレード組立体であって、上記ブレード組立体の少なくとも１つが、可変ピッチプロペラブレードと、上記ブレードの個別の半径方向軸の周りの枢動を案内するためのクランクシャフトとを含む、複数の円周方向プロペラブレード組立体と、
上記固定フレームに取り付けられ、上記プロペラブレードの所望のピッチ角に応じて上記中心軸に対して平行移動可能な環状アクチュエータと、
上記アクチュエータに対して並進的に固定された荷重伝達軸受（ＬＴＢ）と、
上記ＬＴＢに枢動可能に取り付けられた第１の端部と、上記クランクシャフトに枢動可能に取り付けられた第２の端部とを有するクランクロッドと、
上記ＬＴＢから外向きに延びる半径方向ピンと、
上記半径方向ピンに枢動可能に取り付けられ、上記半径方向ピンを上記ロータフレームに対して弧状経路に沿って案内する案内シャフトと、
を備える、ガスタービンエンジン。
［実施態様１０］
上記ＬＴＢが、
上記環状アクチュエータの周りに配置されたインナーレースと、
上記インナーレースに対して回転可能かつ同軸に取り付けられたアウターレースと、
を備える、実施態様９に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１１］
上記ＬＴＢが、
上記インナーレースと上記アウターレースとの間で半径方向に配置された少なくとも１つの軸受リング、
をさらに備える、実施態様１０に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１２］
上記軸受リングが、ボールベアリングの環状列を含む、実施態様１１に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１３］
上記クランクロッドが、プロペラブレードクランクシャフトに取り付けられた第１の端部ヨーク組立体と、上記ＬＴＢに取り付けられた第２の端部ヨーク組立体とを備える、実施態様９に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１４］
上記案内シャフトが、固定案内長を有し、上記クランクロッドが、上記クランクシャフトの遠位ジャーナルに取り付けられて、上記ジャーナルと上記ＬＴＢの取り付け点との間の所定の距離を維持し、さらに上記案内長が、上記所定の距離に調和的に一致して、動作可能なクランクロッド運動を所定の枢動範囲に制限するようになっている、実施態様９に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１５］
上記環状アクチュエータが、所望のプロペラピッチ角に従って選択可能な可変平行移動長を含む、実施態様９に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１６］
複数のクランクロッドをさらに備え、上記クランクロッドの各々が、上記第１の端部で上記ＬＴＢに枢動可能に取り付けられ、上記第２の端部でそれぞれのプロペラブレードクランクシャフトに個別的に取り付けられており、上記中心軸に対する上記クランクロッドの平行移動が機械的に同期する、実施態様９に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１７］
上記固定フレームの周りに取り付けられた圧縮機と、
上記圧縮機の下流に配置され、上記圧縮機からの圧縮流体を受け入れる燃焼器と、
上記燃焼器の下流に配置され、上記ロータフレームに対して作動的に連結するタービンと、
をさらに備え、
上記タービンの回転が上記ロータフレームに伝達されるようになっている、実施態様９に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１８］
プロペラブレードが、ロータフレームに取り付けられかつ中心軸の周りでそれぞれの半径方向軸に沿って延び、上記プロペラブレードの少なくとも１つが、上記半径方向軸から延びるクランクシャフトを含む、複数のプロペラブレードのピッチ角を制御するための方法であって、
上記中心軸に平行な方向で直線的な入力を環状アクチュエータに付与して、荷重伝達軸受（ＬＴＢ）の直線入力運動を引き起こす段階であって、上記ＬＴＢが、ピッチ制御システムに組み込まれ、上記ピッチ制御システムが、上記固定フレームに取り付けられた上記環状アクチュエータと、上記環状アクチュエータの周りに配置された上記ＬＴＢと、上記ＬＴＢから延びる半径方向ピンと、上記半径方向ピンに枢動可能に取り付けられた案内シャフトとを含む、段階と、
上記直線入力運動を回転−並進運動に変換する段階であって、上記ＬＴＢを上記ロータフレームに対して弧状経路で案内する段階を含む段階と、
上記回転−並進運動を、上記ＬＴＢと上記クランクシャフトとの間に配置されたクランクロッドに沿って上記クランクシャフトに伝達する段階であって、長手方向の変位成分を上記クランクシャフトに伝える段階を含む段階と、
上記クランクシャフトに伝えられた上記長手方向の変位に応じて、上記少なくとも１つのプロペラブレードを上記半径方向軸の周りで枢動させる段階と、
を含む方法。
［実施態様１９］
上記変換する段階が、上記ＬＴＢの上記アウターレースを上記ＬＴＢの同軸のインナーレースの周りで回転させる段階をさらに含む、実施態様１８に記載の方法。
［実施態様２０］
上記伝達する段階が、所定の枢動範囲で上記クランクロッドを平行移動させる段階をさらに含む、実施態様１８に記載の方法。
【符号の説明】
【００４３】
１０  オープンロータエンジン
１２  ナセル
１４  圧縮機
１６  燃焼器  
１８  ＨＰタービン
２０  ＬＰタービン
２２  排気
２４  前方ロータ組立体
２６  後方ロータ組立体
２８  外サイクロイドギヤボックス
３０  中心軸
３２  前方ブレード
３４  後方ブレード
３６  半径方向軸
３８  ピッチ変更システム
４０  固定フレーム
４２  回転ロータフレーム
４４  環状アクチュエータ
４６  シリンダーハウジング
４８  止め具
４８Ａ  肩部
４８Ｂ  リング
５０  荷重伝達軸受
５２  荷重伝達軸受インナーレース
５４  荷重伝達軸受アウターレース
５６  軸受リング
５８  インナートラック
６０  アウタートラック
６２  ボールベアリング列
６４  案内シャフト
６６  半径方向ピン
６８  固定長
７０  係止点
７２  クランクロッド
７４  プロペラ支持コラム
７６  クランクシャフト
７８  ジャーナル
８０  第１のクランクロッド端部
８２  第２のクランクロッド端部
８４  所望のピッチ角
８６  弧状経路
θ  枢動範囲
θＲ  半径方向範囲
θＴ  接線方向範囲
【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】
2017100701.tif 000007
【図６】
2017100701.tif 000008
【外国語明細書】
2017100701000001.pdf