(57)【要約】      （修正有）【課題】航空機ガスタービンエンジンの可変静翼ボタンを提供する。【解決手段】ガスタービンエンジン可変翼アセンブリは、可変静翼１５の少なくとも１つの円形列と、回転軸２０を中心とする離隔した外側ボタンと内側ボタン３２、３３の間に配置されたエーロフォイル３１を備えた前記可変静翼１５と、を含む。内側ボタン３３は、前記エーロフォイル３１を支持および前記回転軸２０の周囲を包囲する円筒部７０を備える。ガスタービンエンジン可変翼アセンブリは、円筒部７０から離れる方向と、前記円筒部７０の円周Ｃから前記回転軸２０に対して半径方向内側とに延在したボタンアンダーカット５０をさらに含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変静翼（１５）であって、
回転軸（２０）を中心とするボタン（３３）に装着されたエーロフォイル（３１）を含み、
前記ボタン（３３）が、前記エーロフォイル（３１）を支持および前記回転軸（２０）の周囲を包囲する円筒部（７０）を備え、
前記円筒部（７０）から離れる方向と、前記円筒部（７０）の円周（Ｃ）から前記回転軸（２０）に対して半径方向内側とに延在したボタンアンダーカット（５０）を更に含む、可変静翼（１５）。
【請求項２】
前記円筒部（７０）から離れる方向に延在した、および円錐の回転軸線（７４）の周囲を囲む円錐部（７２）を備えた前記ボタンアンダーカット（５０）をさらに含む、請求項１に記載の可変静翼（１５）。
【請求項３】
前記回転軸（２０）に対して傾斜した前記円錐の回転軸線（７４）をさらに含む、請求項２に記載の可変静翼（１５）。
【請求項４】
前記回転軸（２０）に交差した前記円錐の回転軸線（７４）をさらに含む、請求項３に記載の可変静翼（１５）。
【請求項５】
前記ボタン（３３）の円形後縁（５３）を超えて半径方向外側に延出したエーロフォイル突出部（９６）を備えた前記エーロフォイル（３１）をさらに含む、請求項１に記載の可変静翼（１５）。
【請求項６】
可変静翼（１５）であって、
回転軸（２０）を中心とする離隔した外側ボタンと内側ボタン（３２、３３）の間に配置されたエーロフォイル（３１）を含み、
前記内側ボタン（３３）が、前記エーロフォイル（３１）を支持および前記回転軸（２０）の周囲を包囲する円筒部（７０）を備え、
前記円筒部（７０）から離れる方向と、前記円筒部（７０）の円周（Ｃ）から前記回転軸（２０）に対して半径方向内側とに延在したボタンアンダーカット（５０）を更に含む、可変静翼（１５）。
【請求項７】
前記円筒部（７０）から離れる方向に延在し、および円錐の回転軸線（７４）の周囲を囲む円錐部（７２）を備えた、前記ボタンアンダーカット（５０）と、
前記回転軸（２０）に対して傾斜した前記円錐の回転軸線（７４）、および前記回転軸（２０）と交差した前記円錐の回転軸線（７４）と、
前記ボタン（３３）の円形後縁（５３）を超えて半径方向外側に延出したエーロフォイル突出部（９６）を備えた前記エーロフォイル（３１）と、
前記外側ボタン（３２）および前記エーロフォイル（３１）から離れる方向に延在した外側スピンドル（３４）と、
前記内側ボタン（３３）および前記エーロフォイル（３１）から離れる方向に延在した内側スピンドル（３５）と、
をさらに含む、請求項６に記載の可変静翼（１５）。
【請求項８】
前記内側ボタン（３３）上で前記エーロフォイル（３１）の基部（４６）から延在した前記エーロフォイル（３１）と、前記エーロフォイル（３１）と前記内側ボタン（３３）の間で前記基部（４６）および前記エーロフォイル（３１）の周囲に延出したフィレット（５１）と、をさらに含む、請求項７に記載の可変静翼（１５）。
【請求項９】
ガスタービンエンジン可変翼アセンブリ（５６）であって、
可変静翼（１５）の少なくとも１つの円形列（１３）と、
回転軸（２０）を中心とする離隔した外側ボタンと内側ボタン（３２、３３）の間に配置されたエーロフォイル（３１）を備えた前記可変静翼（１５）と、
を含み、
前記内側ボタン（３３）が、前記エーロフォイル（３１）を支持および前記回転軸（２０）の周囲を包囲する円筒部（７０）を備え、
前記円筒部（７０）から離れる方向と、前記円筒部（７０）の円周（Ｃ）から前記回転軸（２０）に対して半径方向内側とに延在したボタンアンダーカット（５０）をさらに含む、ガスタービンエンジン可変翼アセンブリ（５６）。
【請求項１０】
内側リング（８１）の内側円形凹部（４３）に回転可能に配置された前記内側ボタン（３３）と、隣接する前記内側円形凹部（４３）同士を円周方向に連結した前記内側リング（８１）の連結凹部（１１２）と、をさらに含む、請求項９に記載のアセンブリ（５６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機ガスタービンエンジンに関し、特に、可変静翼ボタンに関する。
【背景技術】
【０００２】
可変静翼（ＶＳＶ）は、航空機ガスタービンエンジンの低圧圧縮機および高圧圧縮機ならびにファンにおいて、また一部のタービン型式において使用されることが知られている。非回転静翼または固定静翼は、一般的に、ファン、圧縮機、およびタービンの動翼の下流または上流に設置される。
【０００３】
典型的な運転サイクルにわたって軸流高圧圧縮機（ＨＰＣ）が受ける広範囲の運転条件に起因して、圧縮機の流量および回転速度も広範囲に変動する。その結果、静翼に流入する絶対流れ角度に大きなシフトをもたらす。静翼が、流れ角度のこうしたシフトに、高損失または流れ剥離を生じさせることなく適応できるように、可変静翼の円周方向列は、静翼がその半径方向（おおよそ半径方向）の軸回りを回転できるように構設される。
【０００４】
一般的に、可変静翼（ＶＳＶ）は、ケーシングを貫通する回転軸を貫くスピンドルを有し、これにより、静翼が作動機構を用いて回転可能になる。流路には、概して、静翼と共に回転するスピンドル周囲にボタン状物質がある。しかしながら、このボタンの大きさは、通常、ＶＳＶのピッチ間隔によって制限され、その結果、流路と静翼間にギャップが存する端壁で、静翼弦の一部分となる。
【０００５】
静翼の正圧側と負圧側の間には大きな圧力勾配があるため、漏出流がギャップを超えて流れ、その結果、端壁における流体旋回の減少と高損失をもたらす。また、漏出流によって、隣接する動翼で流れの不均一化（すなわち後流）が生じ、これにより動翼が励振されて、動翼の振動を損わせる可能性があり得る。したがって、こうした翼弦方向のギャップの大きさ、およびそれに付随する漏出流を低減することが望ましい。この目的のため、ＶＳＶボタンが、ＶＳＶエーロフォイルの内側直径端および外側直径端をカバーするように設計されてきた。端部をカバーすることが望ましいのは、静翼と流通路壁との間の端壁ギャップにおける漏出流に起因した端壁損失を最小にするからである。
【０００６】
従来のＶＳＶボタンは、通常、それぞれの位置で、静翼間のピッチ間隔に等しい直径か、またはピッチ間隔よりもわずかに小さい直径を有する。これは、大きいボタンの場合には互いに重なり合い、静翼アセンブリを嵌合させることが物理的に不可能になるからである。場合によっては、設計者がボタンの側部に平面またはアーチ型の切り溝を指定することにより、より大きなボタン径が使用できるようになり、したがって、より広範囲な端壁のカバーを成し遂げることができる。しかしながら、一般的に、こうした構成はボタン間に大きな空隙をもたらし、また、多くの場合、静翼前縁付近に広い流路ギャップを備え、望ましくない損失や大きな後流をもたらす。高傾斜した内側流路を有する高圧圧縮機（ＨＰＣ）ＶＳＶは、ボタン底部での干渉によって制限される内側ボタン上面の最大径を備えたボタンを有することになる。これによって、円筒状ボタンの大きさが制限される。
【０００７】
したがって、端壁漏出を最小化し、広範囲の静翼角度設定にわたって作動するボタンを提供することが極めて望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４２３１７０３号公報
【発明の概要】
【０００９】
可変静翼が、回転軸を中心とする双円錐状ボタンに装着されたエーロフォイルを含み、該ボタンが、エーロフォイルを支持および回転軸の周囲を包囲する円筒部を有し、ならびに、ボタンアンダーカットが、円筒部から離れる方向と、円筒部の円周から回転軸に対して半径方向内側とに延在する。ボタンアンダーカットは、円筒部から離れる方向に延在した、および円錐の回転軸線の周囲を囲む円錐部を含んでもよく、該円錐の回転軸線は該回転軸に対して傾斜してもよく、および該回転軸と交差してもよい。
【００１０】
エーロフォイルは、ボタンの円形後縁を超えて半径方向外側に延出したエーロフォイル突出部を含み得る。
【００１１】
可変静翼は、回転軸を中心とする離隔した外側ボタンと内側ボタンの間に配置されたエーロフォイルと、エーロフォイルを支持および回転軸の周囲を包囲する円筒部を有する該内側ボタンと、円筒部から離れる方向および円筒部の円周から回転軸に対して半径方向内側とに延在したボタンアンダーカットと、を含む。
【００１２】
外側スピンドルおよび内側スピンドルが、それぞれ外側ボタンおよび内側ボタンから、ならびにエーロフォイルから離れる方向に延在し得る。エーロフォイルは、内側ボタン上でエーロフォイルの基部から延在してもよく、エーロフォイルと内側ボタンの間のフィレットは、基部およびエーロフォイルの周囲に延出してもよい。
【００１３】
ガスタービンエンジン可変翼アセンブリが、少なくとも１つの可変静翼の円形列を含み、該可変静翼は、回転軸を中心とする離隔した外側ボタンと内側ボタンの間に配置されたエーロフォイルと、エーロフォイルを支持および回転軸の周囲を包囲する円筒部を有する該内側ボタンと、円筒部から離れる方向および円筒部の円周から回転軸に対して半径方向内側とに延在したボタンアンダーカットと、を含む。
【００１４】
内側ボタンは、内側リングの内側円形凹部に回転可能に配置されてもよく、内側リングの連結凹部は、隣接する内側円形凹部同士を円周方向に連結してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】アンダーカットボタンを備えた可変静翼を有するガスタービンエンジン高圧圧縮機の一部を示す断面図である。
【図２】図１に示すアンダーカットボタンを備えた圧縮機可変静翼の一例を示す斜視図である。
【図３】図２に示すアンダーカットボタンの拡大斜視図である。
【図４】２つの隣接した図３に示すアンダーカットボタンの斜視図である。
【図５】図３に示すアンダーカットボタンの両側にある内側リングのボタン凹部を示す概略斜視図である。
【図６】図５に示す内側リングの隣接したボタン凹部における２つの隣接したアンダーカットボタンを上から下向きに見た概略斜視図である。
【図７】図６に示す内側リングの隣接したボタン凹部における２つの隣接したアンダーカットボタンを後方から前方に見た概略斜視図である。
【図８】２つの隣接した図２に示すアンダーカットボタンを備えた圧縮機可変静翼を後方から前方に見た概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
長手方向または軸方向センターライン軸１２の周囲を囲む例示的なターボファンガスタービンエンジン高圧圧縮機１０の一部を図１に示す。可変静翼１５（ＶＳＶ）の円形第１列１１および円形第２列１３は、圧縮機１０に配置され、ならびに圧縮機１０を貫流するガスが回転翼１６の第１列１７および第２列１８に流入する方向を最適化するために用いられる。本明細書で開示されるＶＳＶの例示的な実施形態は高圧圧縮機用であるが、ＶＳＶは、他の圧縮機セクションに使用されてもよく、ならびにガスタービンエンジンのファンセクションおよびタービンセクションに同様に使用されてもよい。外側圧縮機ケーシング６２は、可変静翼１５を含む可変静翼アセンブリ５６を支持する。
【００１７】
図２〜図３を参照すると、各可変静翼アセンブリ５６は、複数の可変静翼１５を含む。各可変静翼１５は、回転軸２０の周りを枢動可能または回転可能である。各可変静翼１５は、離隔した外側ボタン３２と内側ボタン３３の間に配置されたエーロフォイル３１を有する。外側スピンドル３４は、外側ボタン３２から外側に延在し、内側スピンドル３５は、内側ボタン３３から内側に延在する。外側スピンドル３４および内側スピンドル３５は、図１に示すように、外側トラニオン３６および内側トラニオン３７でそれぞれ回転可能に支持される。
【００１８】
図１を参照すると、外側スピンドル３４は、外側トラニオン３６を貫通して回転可能に配置され、また該外側トラニオン３６は、ケーシング６２の外側開口部７８に設置される。内側スピンドル３５は、内側トラニオン３７を貫通して回転可能に配置され、また該内側トラニオン３７は、ケーシング６２の半径方向内側に離間した内側リング８１の内側開口部７９内または孔内を介して設置される。レバーアーム８０は、外側スピンドル３４から延在し、回転または枢動させるために、および可変静翼１５の流れ角度を設定するために、駆動リング８２に連結される。
【００１９】
図１および図２を参照すると、外側ボタン３２および内側ボタン３３は、ケーシング６２および内側リング８１における外側円形凹部４２および内側円形凹部４３にそれぞれ回転可能に配置される。各エーロフォイル３１は、エーロフォイル後縁ＴＥの上流Ｕにあるエーロフォイル前縁ＬＥ、ならびに正圧側ＰＳおよび負圧側ＳＳを有する。後縁ＴＥは、外側ボタン３２および内側ボタン３３を通過した下流側に延在する。各エーロフォイル３１は、内側ボタン３３上の基部４６から外側ボタン３２の先端部４８まで外側に延在する。基部４６は、ルート３８によって内側ボタン３３と連結している。ルート３８は、基部４６およびエーロフォイル３１の周囲に延出する。内側ボタン３３とエーロフォイル３１の間にあるフィレット５１は、基部４６およびエーロフォイル３１の周囲に延出する。図２を参照すると、外側ボタン３２および内側ボタン３３はそれぞれ、エーロフォイルの前縁ＬＥおよび後縁ＴＥの近傍に円形前縁５２および円形後縁５３を有し、円形前縁５２は、円形後縁５３の上流側にある。
【００２０】
図２および図３を参照すると、内側ボタン３３は、エーロフォイル３１を支持する円筒部７０を備えた双円錐状であり、回転軸２０の周囲をボタン半径Ｒで囲む。ボタンアンダーカット５０は、円筒部７０から回転軸２０に対して半径方向に離れるように延在し、本明細書に例示するように、回転軸２０に対して対称でなくてもよい。ボタンアンダーカット５０は、円筒部７０の円周Ｃから回転軸２０に対して内側に延在する。本明細書で示されるボタンアンダーカット５０の例示的な実施形態は、円筒部７０から離れる方向に延在した、また円錐の回転軸線７４の周囲を囲む円錐部７２である。円錐の回転軸線７４は、本明細書のアンダーカットボタンの例示的な実施形態において示されるように、回転軸２０に対して傾斜し、および回転軸２０と交差し得る。
【００２１】
ボタンアンダーカット５０によって、内側ボタン３３の円筒部７０に、より大きい直径ＤＩ（図６を参照）を用いることができる。より大きい直径のボタンは、内側ボタン３３の円形後縁５３から離れて支持されていないＶＳＶエーロフォイル３１部分に相当するエーロフォイル突出部９６を縮小可能にする。エーロフォイル突出部９６を縮小することで、エーロフォイル３１の剛性が向上し、内側ボタン３３領域に局所的に高いモーダル応力が生じる可能性を減少させる。ボタンアンダーカット５０を利用して内側ボタン３３を大きくすることによって、流路表面での円筒形態が維持され、したがって、航空用の望ましい流路形状が、いかなる付加的なギャップまたは段差を導入することなしに維持される。
【００２２】
大きいボタンによって、より小さいフィレットおよびより薄いルートを使用することができ、したがって、エーロフォイルを設計する際の自由度を高め、空気力学上、空力設計者に望まれる形状により近づけることができる。その結果、より高い空力効率をもたらす。高傾斜した流路は、円筒状のボタン形状によりボタン間隔をさらに離間させる状態をもたらすが、該アンダーカットは、この離間を減少させるのに役立つ。
【００２３】
図４は、図８に示す円周方向に隣接したＶＳＶ８８の一対における円周方向に隣接した内側ボタン３３の一対９８を示す。また、図４は、円周方向に隣接した内側ボタン３３の一対９８の間のボタン間隔１００を示す。隣接した内側ボタン３３のうちの第１のボタン１０２のボタンアンダーカット５０は、隣接した内側ボタン３３のうちの第２のボタン１０４の円筒部７０から間隔１００で離間している。ボタンアンダーカット５０がない場合、図４で点線の仮想円筒延出部９２によって示すように、第１のボタン１０２の円筒部７０は、隣接した内側ボタン３３のうちの第２のボタン１０４の円筒部７０と干渉するであろう。
【００２４】
内側リング８１における３つの隣接した内側円形凹部４３を図５および図６に示す。内側ボタン３３の１つが、３つの隣接した内側円形凹部４３のうちの中央凹部１０６に示されている。隣接した内側円形凹部４３のうちのそれぞれ隣接する２つ、または一対１１０は、図５および図６に示すように、円周方向に連結凹部１１２で連結されている。これにより、円周方向に隣接した内側ボタン３３の一対９８を、図６および図７に示すように、内側リング８１における隣接した凹部４３の一対１１０に回転可能に配置することができる。その上、円周方向に隣接した内側ボタン３３の一対９８における円筒部７０の円周Ｃが、一対９８の円筒部７０の間で一部重なり合い、かつさらにクリアランス（間隔１００によって例示される）を維持することができるため、より大きい円周Ｃを有する大きいボタンを用いることができる。隣接した内側ボタン３３のうちの第１のボタン１０２のボタンアンダーカット５０は、隣接した内側ボタン３３のうちの第２のボタン１０４の円筒部７０から間隔１００で離間している。
【００２５】
本発明の好ましいおよび例示的な実施形態であると考えられるものが本明細書に記載されたが、この発明の他の変形例は、本明細書における教示から当業者にとって明らかであるとし、したがってそうした変形例の全ては、添付の特許請求の範囲において、この発明の真の精神および範囲内となるようにもたらされることが望まれる。したがって、以下の特許請求の範囲において規定および区別されるように、本発明が米国特許証によって保証されることが望まれる。
【符号の説明】
【００２６】
１０  高圧圧縮機
１１  第１列
１２  軸方向センターライン軸
１３  第２列／円形列
１５  可変静翼
１６  回転翼
１７  第１列
１８  第２列
２０  回転軸
３１  エーロフォイル
３２  外側ボタン
３３  内側ボタン／双円錐状ボタン
３４  外側スピンドル
３５  内側スピンドル
３６  外側トラニオン
３７  内側トラニオン
３８  ルート
４２  外側円形凹部
４３  内側円形凹部
４６  基部
４８  先端部
５０  ボタンアンダーカット
５１  フィレット
５２  円形前縁
５３  円形後縁
５６  可変静翼アセンブリ
６１  圧縮機ケーシング
７０  円筒部
７２  円錐部
７４  円錐の回転軸線
７８  外側開口部
７９  内側開口部
８０  レバーアーム
８１  内側リング
８２  駆動リング
８８  円周方向に隣接したＶＳＶの一対
９２  延出部
９６  エーロフォイル突出部
９８  一対
１００  ボタン間隔
１０２  第１のボタン
１０４  第２のボタン
１０６  中央凹部
１１０  隣接する対
１１２  連結凹部
Ｃ−円周
Ｒ−半径
Ｕ−上流
ＤＩ−直径
ＬＥ−前縁
ＴＥ−後縁
ＰＳ−正圧側
ＳＳ−負圧側
【図１】
2017129133.tif 000003
【図２】
2017129133.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2017129133.tif 000007
【図６】
2017129133.tif 000008
【図７】
2017129133.tif 000009
【図８】
2017129133.tif 000010
【外国語明細書】
2017129133000001.pdf