(57)【要約】【課題】コンパクトな構成でファン動翼列へ円滑に空気を導入させることができると共に、効率よく推力を得ることができるタービンファンを提供する。【解決手段】作動流体Ｆを推進方向の後側から供給する構成とすることによって、タービンファン１の前方に作動流体Ｆの供給装置を配置することを不要とし、推進方向の前方からのファン動翼列１８への空気の導入が阻害されることを防止する。また、タービンファン１と作動流体供給装置とを分離して、配管などで接続することにより装置をコンパクトな構成とする。以上によって、コンパクトな構成でファン動翼列１８へ円滑に空気を導入させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
推進方向に沿って延在する軸部と、
前記軸部の周りに配置され、前記軸部を中心として回転するタービン動翼列と、
前記タービン動翼列の径方向外側に設けられ、前記タービン動翼列の回転に伴って、前記軸部を中心として回転するファン動翼列と、
前記軸部内を前記推進方向に沿って貫通し、前記軸部内で前記推進方向の後側から前側へ作動流体を通過させるダクトと、
前記軸部の前記推進方向の前方に配置され、前記ダクトを通過した前記作動流体を反転させて前記タービン動翼列へ誘導する作動流体誘導部と、
を備えることを特徴とするタービンファン。
【請求項２】
前記ファン動翼列と前記タービン動翼列とは、前記軸部を取り囲む円筒体によって支持され、
前記作動流体誘導部は、前記円筒体の前記推進方向の前端を封鎖するドーム状の壁面部によって構成されていることを特徴とする請求項１記載のタービンファン。
【請求項３】
前記タービン動翼列は、前記推進方向に複数設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のタービンファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン動翼列の回転に伴ってファン動翼列が回転するタービンファンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タービンファンとして、例えば特開昭６３−２５３２４号公報に記載されるように、中心部で推進方向に沿って延在する軸と、軸受を介して軸を回転可能に支持する支持部材と、軸の外周に設けられたタービン動翼列と、タービン動翼列の径方向外側に設けられたファン動翼列とを備え、前方に高圧ガスなどの作動流体をタービン動翼列へ供給するコアエンジンが配置されたものが知られている。このようなタービンファンにおいては、前方のコアエンジンからタービン動翼列へ作動流体が供給されることによってタービン動翼列が回転し、それに伴ってファン動翼列を回転させることによって推力を得ることができる。
【特許文献１】特開昭６３−２５３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このようなタービンファンにあっては、前方に大きなコアエンジンが配置されることによって、装置が大型化してしまうという問題が生じる。また、前方にコアエンジンなどの装置を配置した場合は、ファン動翼列に空気を導入する際に、空気の導入が前方の装置によって阻害されてしまうという問題が生じる。ここで、ファン動翼列の前方に装置が配置されないように、例えば、ファン動翼列の径方向外側にタービン動翼列を設けて、タービンファンの外周側から作動流体を供給するような構成が考えられる。しかし、このような構成を採用した場合は、タービン動翼列によって形成される環状面積が大きくなってしまうため、タービン動翼一枚当たりに作用する作動流体の流速を確保することができない場合がある。従って、タービン動翼列へ向かう空気の流路を一部塞ぐことによって、タービン動翼列を部分的に駆動させる方式（パーシャルアドミッション方式）が適用されるが、この場合は、効率よく推力を得ることができないという問題がある。
【０００４】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、コンパクトな構成でファン動翼列へ円滑に空気を導入させることができると共に、効率よく推力を得ることができるタービンファンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るタービンファンは、推進方向に沿って延在する軸部と、軸部の周りに配置され、軸部を中心として回転するタービン動翼列と、タービン動翼列の径方向外側に設けられ、タービン動翼列の回転に伴って、軸部を中心として回転するファン動翼列と、軸部内を推進方向に沿って貫通し、軸部内で推進方向の後側から前側へ作動流体を通過させるダクトと、軸部の推進方向の前方に配置され、ダクトを通過した作動流体を反転させてタービン動翼列へ誘導する作動流体誘導部と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
このタービンファンでは、軸部内で推進方向の後側から前側へ作動流体を通過させるダクトが軸部に設けられ、ダクトを通過した作動流体を反転させてタービン動翼列へ誘導する作動流体誘導部が軸部の前方に配置されている。タービン動翼列は、作動流体誘導部からの作動流体によって、軸部周りを回転し、これに伴ってタービン動翼列の径方向外側に設けられたファン動翼列も回転する。これによって、ファン動翼列に前方から空気が導入されて、推進方向後方へ向かって推力を得ることができる。このように、作動流体を推進方向の後側から供給する構成とすることによって、タービンファンの前方に作動流体の供給装置を配置することを不要とし、推進方向の前方からのファン動翼列への空気の導入が阻害されることを防止することができる。また、例えば、タービンファンと作動流体供給装置とを分離して、配管などで接続することにより装置をコンパクトな構成とすることができる。更に、ファン動翼列の径方向内側にタービン動翼列を設けることによって、タービン動翼列によって形成される環状面積を小さくできるため、パーシャルアドミッション方式などを用いることなく、タービン動翼一枚当たりに作用する作動流体の流速を十分に確保することができる。これによって、ファン動翼列の径方向外側にタービン動翼列を設けた場合に比して、効率よく推力を得ることができる。以上によって、コンパクトな構成でファン動翼列へ円滑に空気を導入させることができると共に、効率よく推力を得ることができる。
【０００７】
本発明に係るタービンファンにおいて、ファン動翼列とタービン動翼列とは、軸部を取り囲む円筒体によって支持され、作動流体誘導部は、円筒体の推進方向の前端を封鎖するドーム状の壁面部によって構成されていることが好ましい。ファン動翼列とタービン動翼列とを支持する円筒体の前端を封鎖する壁面部で作動流体導入部を構成することによって、簡単な構造で作動流体をタービン動翼列へ誘導できると共に、装置をコンパクトにすることができる。
【０００８】
本発明に係るタービンファンにおいて、タービン動翼列は、推進方向に複数設けられていることが好ましい。タービン動翼列によって形成される環状面積を小さくした場合であっても、ファン動翼列を回転させる必要がある場合には、推力方向にタービン動翼列を複数設けることによって、作動流体をタービン動翼に多段階で作用させることによって、ファン動翼列を回転させるのに十分な出力を確保することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、本発明は、コンパクトな構成でファン動翼列へ円滑に空気を導入させることができると共に、効率よく推力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明に係るタービンファンの好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に係るタービンファンの側面図であり、図２は、図１のタービンファンの部分拡大断面図である。なお、本実施形態においては、タービンファン１が推力を発生させる方向、すなわち図１及び図２における紙面右側を「推進方向の後側」とし、タービンファン１が推進する方向、すなわち図１及び図２における紙面左側を「推進方向の前側」として、「前」「後」の語を用いる。
【００１２】
タービンファン１は、例えば、推力を得るために航空機などに設けられるものである。図１に示すように、タービンファン１の推進方向の後側には、高圧ガスなどの作動流体Ｆを供給するための配管２が接続されている。この配管２は、航空機（不図示）に搭載されたコアエンジンなどから構成される作動流体供給装置と接続されており、これによって、配管２からタービンファン１に作動流体Ｆが供給される。
【００１３】
タービンファン１は、図１及び図２に示すように、タービンファン１の外壁を構成するファンカウリング４と、ファンカウリング４の中心部で推進方向に沿って延在する軸部６と、軸部６を取り囲むように配置された円筒体７と、軸部６と円筒体７との間に配置されたタービン動翼列８，９，１１，１２及びタービン静翼列１３，１４，１６，１７と、タービン動翼列８，９，１１，１２の径方向外側に設けられたファン動翼列１８と、ファン動翼列１８の推進方向の前方及び後方に設けられたファン静翼列１９，２１とを備えて構成されている。
【００１４】
ファンカウリング４は、推進方向に沿って延在し、航空機（不図示）に固定される略円筒の部材であり、タービンファン１の外壁をなすと共に、各構成部品を支持するためのものである。なお、ファンカウリング４の中心軸線Ａは、タービン動翼列８，９，１１，１２及びファン動翼列１８の回転中心をなす。
【００１５】
軸部６は、中心軸線Ａと中心軸線が一致するように推進方向に沿って延在する中空の軸体であり、例えば、ファンカウリング４から径方向内側へ向かって延在する支持部材２２などによって回転不能に支持されている。この軸部６の後端部には作動流体Ｆを供給する配管２が接続されており、軸部６内には、推進方向に貫通し、推進方向の後側から前側へ向かって作動流体Ｆを通過させるダクト２３が設けられている。
【００１６】
円筒体７は、中心軸線Ａと中心軸線が一致するように推進方向に沿って延在する略円筒状の部材である。この円筒体７は、軸部６を後端から前端に亘って取り囲むようにして配置され、タービン動翼列８，９，１１，１２及びファン動翼列１８を支持する機能を有している。円筒体７は、ファン静翼列１９，２１の径方向内側の端部に設けられた支持部材２４，２６（詳細な説明は後述）により、軸受２７，２８を介して回転可能に支持されている。
【００１７】
円筒体７の推進方向の前端には、円筒体７の前端側の開口部を封鎖するようなドーム状の壁面部３０が形成されている。この壁面部３０の内壁は、軸部６のダクト２３の前端における推進方向の前方で、後側から前側へ向かって先細となるようなドーム状の形状とされており、これによって、壁面部３０は、その内壁の先端付近に衝突した作動流体Ｆを径方向外側へ広げると共に反転させ、推進方向の前側から後側へ向かって軸部６と円筒体７との間、すなわち、タービン動翼列８，９，１１，１２及びタービン静翼列１３，１４，１６，１７へ誘導する作動流体誘導部として機能する。
【００１８】
タービン動翼列８は、軸部６の推進方向の前端側で軸部６の周りに配置されるよう、ファンカウリング４の内周面に、中心軸線Ａ周りに所定の間隔で流線形の動翼を並設させることによって形成されている。このタービン動翼列８は、動翼同士の間に形成された隙間を流路として、作動流体Ｆを通過させることによって、それぞれの動翼に作動流体Ｆを作用させることによって回転力を得ることができる。タービン動翼列８の推進方向の後側には、所定の間隔で、タービン動翼列８と同様な構成のタービン動翼列９，１１，１２が形成されている。これによって、タービンファン１は、推進方向に複数のタービン動翼列を有することとなる。
【００１９】
タービン静翼列１３は、タービン動翼列８の推進方向の前側で軸部６の外周面に、中心軸線Ａ周りに所定の間隔で流線形の静翼を並設させることによって形成されている。このタービン静翼列１３は、タービン動翼列８の推進方向の前側に配置される非回転の翼列であり、静翼同士の間に形成された隙間を流路として作動流体Ｆを通過させることによってタービン動翼列８に向けてその作動流体Ｆをガイドする機能を有している。タービン静翼列１３の推進方向の後側には、タービン静翼列１３と同様の構成を有するタービン静翼列１４，１６，１７が、それぞれタービン動翼列８，９，１１，１２の間に配置されるように設けられている。
【００２０】
ファン動翼列１８は、円筒体７の外周面に、中心軸線Ａ周りに所定の間隔で、径方向外側へ延在する流線形の動翼を並設させることによって形成されている。このファン動翼列１８は、タービン動翼列８，９，１１，１２の径方向外側で、当該タービン動翼列８，９，１１，１２の回転に伴って回転し、推進方向の前側から取り込んだ空気を回転によって加速させて、後方へ排出することによって推進方向の前側へ向かう推力を得ることができる。ファン動翼列１８の径方向外側の端部には、各動翼を支持するためのリング状のシュラウド２９が固定されている。
【００２１】
ファン静翼列１９は、ファン動翼列１８の推進方向の前側でファンカウリング４の内周面に、中心軸線Ａ周りに所定の間隔で、径方向内側へ延在する静翼を並設させることによって形成されている。このファン静翼列１９は、ファン動翼列１８の推進方向の前側に配置される非回転の翼列であり、静翼同士の間に形成された隙間を流路として、前側から空気を通過させ、整流させた状態でファン動翼列１８に向けてその空気をガイドする機能を有している。ファン静翼列１９の径方向内側の端部には、各静翼を支持すると共に軸受２７を介して円筒体７を支持するためのリング状の支持部材２４が設けられている。また、ファン動翼列１８の推進方向の後側には、ファン静翼列１９と略同様な構成を有するファン静翼列２１が設けられている。このファン静翼列２１は、静翼同士の間に形成された隙間を流路として、ファン動翼列１８から排出された空気を通過させ、整流させた状態で推進方向の後方へ空気をガイドする機能を有している。ファン静翼列２１の径方向内側の端部には、各静翼を支持すると共に軸受２８を介して円筒体７を支持するためのリング状の支持部材２６が設けられている。
【００２２】
次に、本実施形態に係るタービンファン１の作用・効果について説明する。
【００２３】
このタービンファン１では、作動流体供給装置で発生した作動流体Ｆが、配管２を介して軸部６のダクト２３の後端側へ供給される。ダクト２３へ供給された作動流体Ｆは、推進方向の後側から前側へ向かってダクト２３内を通過し、ダクト２３の前端から壁面部３０へ向かって排出される。ダクト２３から排出された作動流体Ｆは、壁面部３０の内面の先端部付近に衝突して、径方向外側へ広がると共に反転し、推進方向の前側から後側へ向かってタービン動翼列８，９，１１，１２及びタービン静翼列１３，１４，１６，１７へ誘導される。
【００２４】
タービン動翼列８は、タービン静翼列１３によってガイドされた作動流体Ｆによって、軸部６の周りを回転する。タービン動翼列９，１１，１２も、タービン静翼列１４，１６，１７によってガイドされた作動流体Ｆによって、タービン動翼列８と一体的に軸部６の周りをそれぞれ回転する。これに伴ってタービン動翼列８，９，１１，１２の径方向外側に設けられたファン動翼列１８も回転する。これによって、ファン静翼列１９で整流された空気が、前方からファン動翼列１８に導入されて、ファン動翼列１８の回転によって加速された状態で後方へ排出されることによって、推進方向の後方へ向かう推力Ｐ１が発生する。なお、タービン静翼列１７から後方へ排出される作動流体Ｆも、推力Ｐ２を発生させる。
【００２５】
このように、作動流体Ｆを推進方向の後側から供給する構成とすることによって、タービンファン１の前方に作動流体Ｆの供給装置を配置することを不要とし、推進方向の前方からのファン動翼列１８への空気の導入が阻害されることを防止することができる。また、タービンファン１と作動流体供給装置とを分離して、配管などで接続することにより装置をコンパクトな構成とすることができる。以上によって、コンパクトな構成でファン動翼列１８へ円滑に空気を導入させることができる。
【００２６】
また、ファン動翼列１８とタービン動翼列８，９，１１，１２とを支持する円筒体７の前端を封鎖する壁面部３０で作動流体導入部を構成することによって、簡単な構造で作動流体Ｆをタービン動翼列８，９，１１，１２へ誘導できると共に、装置をコンパクトにすることができる。
【００２７】
ここで、従来のタービンファンを採用した場合について説明する。図３に示すように、従来のタービンファン５０は、推進方向に延在する軸部５１と、軸部５１で軸受を介して回転可能に軸支された円筒体５２と、円筒体５２の外周面から径方向外側へ向かって広がり軸部５１を中心として回転するファン動翼列５３と、ファン動翼列５３の径方向外側に設けられるタービン動翼列５４と、タービン動翼列５４の推進方向の前方に設けられたタービン静翼列５６と、外部から高圧ガスなどの作動流体Ｆを導入して、タービン動翼列５４及びタービン静翼列５６を繰り返し通過するように旋回させる流路を形成するケーシング５７とを備えて構成されている。
【００２８】
このような従来のタービンファン５０にあっては、ファン動翼列５３の径方向外側にタービン動翼列５４が設けられており、これによって、タービン動翼列５４によって形成される環状面積が大きくなってしまうため、タービン動翼一枚当たりに作用する作動流体Ｆの流速を確保することができない場合がある。従って、従来のタービンファン５０には、図４に示すように、タービン動翼列へ向かう空気の流路、すなわちタービン静翼列５６の静翼５６ａ同士の間に形成される流路５８を一部塞ぐことによって、タービン動翼列５４を部分的に駆動させる方式（パーシャルアドミッション方式）が適用される。しかし、このようにパーシャルアドミッション方式を適用した場合は、効率よく推力を得ることができないという問題がある。
【００２９】
一方、本実施形態に係るタービンファン１においては、図１及び図２に示すように、ファン動翼列１８の径方向内側にタービン動翼列８，９，１１，１２を設けることによって、タービン動翼列８，９，１１，１２によって形成される環状面積を小さくできるため、パーシャルアドミッション方式などを用いることなく、タービン動翼一枚当たりに作用する作動流体Ｆの流速を十分に確保することができる。これによって、ファン動翼列の径方向外側にタービン動翼列を設けた従来のタービンファン５０に比して、効率よく推力を得ることができる。
【００３０】
また、タービン動翼列８，９，１１，１２によって形成される環状面積を小さくした場合であっても、ファン動翼列１８を回転させる必要がある場合には、推力方向にタービン動翼列８，９，１１，１２を複数設けることによって、作動流体Ｆをタービン動翼に多段階で作用させることによって、ファン動翼列１８を回転させるのに十分な出力を確保することができる。
【００３１】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００３２】
例えば、本実施形態に係るタービンファン１では、作動流体誘導部を構成する壁面部が、ドーム状の形状を有しているが、これに限られず、球状の形状や円錐状の形状など、ダクト２３をタービン動翼列へ誘導できる形状であれば、どのような形状でも適用可能である。
【００３３】
また、タービンファン１では、タービン動翼列は４段階設けられているが、更に多段階としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係るタービンファンの側面図である。
【図２】図１のタービンファンの部分拡大図である。
【図３】従来のタービンファンの部分拡大図であって、図２に対応する図である。
【図４】図３のタービンファンのタービン動翼列付近を径方向外側から見た図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…タービンファン、６…軸部、７…円筒体、８，９，１１，１２…タービン動翼列、１８…ファン動翼列、２３…ダクト、３０…壁面部（作動流体誘導部）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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