(57)【要約】  本開示は、軸方向および径方向を定めるタービンエンジン10を対象にしている。タービンエンジンは、ギヤボックスを備えるファンまたはプロペラ組立体14と、1つまたは複数のロータを備えるエンジンコア20であって、ロータのうちの少なくとも1つは軸方向に延在した環状のハブを定める、エンジンコア20と、軸方向に沿って第1の端部および第2の端部を定める可撓性カップリングシャフト100であって、第1の端部はエンジンコアに連結され、第2の端部はギヤボックスに連結され、さらに、可撓性カップリングシャフトは、軸方向において1つまたは複数のロータからギヤボックスへ延在し、径方向においてハブの内向きに延在する、可撓性カップリングシャフト100とを備える。
2020506323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向および径方向を定めるタービンエンジンであって、
ギヤボックスを備えるファンまたはプロペラ組立体と、
1つまたは複数のロータを備えるエンジンコアであって、前記ロータのうちの少なくとも1つは軸方向に延在した環状のハブを定める、エンジンコアと、
前記軸方向に沿って第1の端部および第2の端部を定める可撓性カップリングシャフトであって、前記第1の端部は前記エンジンコアに連結され、前記第2の端部は前記ギヤボックスに連結され、さらに、前記可撓性カップリングシャフトは、前記軸方向において前記1つまたは複数のロータから前記ギヤボックスへ延在し、前記径方向において前記ハブの内向きに延在する、可撓性カップリングシャフトと
を備えるタービンエンジン。
【請求項２】
前記可撓性カップリングシャフトは前記エンジンコアの少なくとも1つのロータに連結される、請求項1に記載のタービンエンジン。
【請求項３】
前記可撓性カップリングシャフトは複数のスプラインを定め、前記ギヤボックスはスプライン境界面を定め、さらに、前記複数のスプラインはスプライン境界面に結合される、請求項1または2に記載のタービンエンジン。
【請求項４】
前記可撓性カップリングシャフトは、前記径方向において少なくとも部分的に延在すると共に前記エンジンコアの前記1つまたは複数のロータに結合されるカップリングをさらに定める、請求項1から3のいずれか一項に記載のタービンエンジン。
【請求項５】
前記カップリングは、前記エンジンコアの前記1つまたは複数のロータと前記カップリングとが軸方向において隣接した配置で取り付けられる1つまたは複数の締結場所を定める、請求項4に記載のタービンエンジン。
【請求項６】
前記可撓性カップリングシャフトの前記カップリングは、軸方向において隣接した配置で前記エンジンコアの前記ロータに取り付けられ、前記ロータは圧縮機区域においてロータを定める、請求項4または5に記載のタービンエンジン。
【請求項７】
前記可撓性カップリングシャフトの前記カップリングは、軸方向において隣接した配置で前記エンジンコアの前記ロータに取り付けられ、前記ロータはタービン区域においてロータを定める、請求項4から6のいずれか一項に記載のタービンエンジン。
【請求項８】
前記径方向において前記ロータの前記ハブに向けて配置される1つまたは複数の速度センサをさらに備え、前記1つまたは複数の速度センサは前記可撓性カップリングシャフトの前記第1の端部と前記第2の端部との間に配置される、請求項1から7のいずれか一項に記載のタービンエンジン。
【請求項９】
前記可撓性カップリングシャフトの複数のスプラインは星形歯車を定め、前記星形歯車は前記ギヤボックスにおいてスプライン境界面に結合される、請求項1から8のいずれか一項に記載のタービンエンジン。
【請求項１０】
前記可撓性カップリングシャフトは前記第1の端部において第2の複数のスプラインを定め、前記第2の複数のスプラインは前記エンジンコアにおいて第2のスプライン境界面と結合する、請求項1から9のいずれか一項に記載のタービンエンジン。
【請求項１１】
前記可撓性カップリングシャフトの前記第2の端部に配置される1つまたは複数のトルクセンサをさらに備え、前記1つまたは複数のトルクセンサは前記径方向において前記可撓性カップリングシャフトに向けて配置される、請求項1から10のいずれか一項に記載のタービンエンジン。
【請求項１２】
前記可撓性カップリングシャフトが前記ギヤボックスに向けて延びる前記ロータの前記ハブに結合される1つまたは複数の軸受をさらに備える、請求項1から11のいずれか一項に記載のタービンエンジン。
【請求項１３】
前記1つまたは複数の軸受は前記可撓性カップリングシャフトの前記第1の端部と前記第2の端部との間に配置される、請求項12に記載のタービンエンジン。
【請求項１４】
前記径方向において前記ロータの前記ハブに向けて配置される1つまたは複数の速度センサをさらに備え、前記1つまたは複数の速度センサは前記可撓性カップリングシャフトの前記第1の端部と前記第2の端部との間に配置され、さらに、前記1つまたは複数の速度センサは前記1つまたは複数の軸受と前記可撓性カップリングシャフトの前記第1の端部との間に配置される、請求項12または13に記載のタービンエンジン。
【請求項１５】
タービンエンジンを配置する方法であって、前記タービンエンジンはファンまたはプロペラ組立体とエンジンコアとを備え、前記ファンまたはプロペラ組立体は、スプライン境界面を定めるギヤボックスを備え、前記エンジンコアは1つまたは複数のロータを備え、前記ロータのうちの1つまたは複数は、軸方向において延在するハブを定め、
可撓性カップリングシャフトの第1の端部を前記ロータに連結するステップと、
前記可撓性カップリングシャフトを、前記ロータの前記ハブ内で前記軸方向および径方向に延在させるステップと、
前記可撓性カップリングシャフトの第2の端部を前記ファンまたはプロペラ組立体の前記ギヤボックスに連結するステップと
を含む方法。
【請求項１６】
可撓性カップリングシャフトの第1の端部を前記ロータに連結する前記ステップは、隣接した軸方向の配置における前記可撓性カップリングシャフトの前記第1の端部の径方向に延在した部分を前記ロータの径方向に延在した部分に連結することを含む、請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
1つまたは複数の速度センサを前記ロータの前記ハブに隣接して位置決めするステップをさらに含む、請求項15または16に記載の方法。
【請求項１８】
1つまたは複数の速度センサを前記ロータの前記ハブに隣接して位置決めする前記ステップは、1つまたは複数の速度センサを前記可撓性カップリングシャフトの前記第1の端部と前記第2の端部との間に位置決めすることを含む、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
1つまたは複数のトルクセンサを前記可撓性カップリングシャフトの前記第2の端部に隣接して位置決めするステップをさらに含む、請求項15から18のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記可撓性カップリングシャフトが前記ギヤボックスに向けて延びる前記ロータの前記ハブに1つまたは複数の軸受を位置決めするステップをさらに含む、請求項15から19のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
政府支援の研究
本出願につながるプロジェクトは、無償協定No. CS2-ENG-GAM-2014-2015-01の下での欧州連合のHorizon 2020の研究および革新プログラムの下で、Clean Sky 2 Joint Undertakingから資金を受けている。
【０００２】
ここでの主題は、概してタービンエンジンに関する。より詳細には、本主題は、タービンエンジンのファンまたはプロペラギヤボックス組立体に関する。
【背景技術】
【０００３】
タービンエンジンは、性能、燃料消費、および騒音発生に関する効率を増加させる一方で、タービンエンジンのパッケージング(例えば、軸方向寸法または径方向寸法)を概して維持または縮小させるよう、継続的に課題を与えられている。タービンエンジンの効率を増加させるための1つの知られている解決策は、ターボプロップ構成、ターボシャフト構成、およびターボファンのタービンエンジン構成のいくつかなどにおいて、エンジンコアとファンまたはプロペラとの間に減速または動力ギヤボックスを導入することである。
【０００４】
しかしながら、エンジンコアとファンまたはプロペラとの間のギヤボックスは、タービンエンジンのパッケージングを増大させてしまう。エンジンコアは、失陥をもたらし得る変形を引き起こす可能性のあるファンまたはプロペラへのトルクまたは動力の出力の間欠的な変化を取り除くこともできる。また、知られているタービンエンジンの構成は、過剰な速度の条件に対するシステムおよび/または操作者の応答時間を短縮するトルク経路を作り出すことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そのため、トルクまたは動力の出力における間欠的な変化による変形に対する応答を向上させ、トルク経路を向上させ、および/またはタービンエンジンのパッケージングを縮小させるギヤボックスとエンジンコアとの配置のタービンエンジンと方法とに対する要求がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様および利点は、以下の記載において一部で明記されているか、記載から明らかであり得るか、または、本発明の実施を通じて学習され得る。
【０００７】
本開示は、軸方向および径方向を定めるタービンエンジンを対象にしている。タービンエンジンは、ギヤボックスを備えるファンまたはプロペラ組立体と、1つまたは複数のロータを備えるエンジンコアであって、ロータのうちの少なくとも1つは軸方向に延在した環状のハブを定める、エンジンコアと、軸方向に沿って第1の端部および第2の端部を定める可撓性カップリングシャフトであって、第1の端部はエンジンコアに連結され、第2の端部はギヤボックスに連結され、さらに、可撓性カップリングシャフトは、軸方向において1つまたは複数のロータからギヤボックスへ延在し、径方向においてハブの内向きに延在する、可撓性カップリングシャフトとを備える。
【０００８】
一例では、可撓性カップリングシャフトはエンジンコアの少なくとも1つのロータに連結される。
【０００９】
様々な例では、可撓性カップリングシャフトは複数のスプラインを定め、ギヤボックスはスプライン境界面を定め、さらに、複数のスプラインはスプライン境界面に結合される。
【００１０】
なおも別の例では、可撓性カップリングシャフトは、径方向において少なくとも部分的に延在すると共にエンジンコアの1つまたは複数のロータに結合されるカップリングをさらに定める。一例では、カップリングは、エンジンコアの1つまたは複数のロータとカップリングとが軸方向において隣接した配置で取り付けられる1つまたは複数の締結場所を定める。別の例では、可撓性カップリングシャフトのカップリングは、軸方向において隣接した配置でエンジンコアのロータに取り付けられ、ロータは圧縮機区域においてロータを定める。なおも別の例では、可撓性カップリングシャフトのカップリングは、軸方向において隣接した配置でエンジンコアのロータに取り付けられ、ロータはタービン区域においてロータを定める。
【００１１】
様々な例では、タービンエンジンは、径方向においてロータのハブに向けて配置される1つまたは複数の速度センサをさらに備え、1つまたは複数の速度センサは可撓性カップリングシャフトの第1の端部と第2の端部との間に配置される。
【００１２】
様々な例では、可撓性カップリングシャフトの複数のスプラインは星形歯車を定め、星形歯車はギヤボックスにおいてスプライン境界面に結合される。
【００１３】
なおも様々な例では、可撓性カップリングシャフトは第1の端部において第2の複数のスプラインを定め、第2の複数のスプラインはエンジンコアにおいて第2のスプライン境界面と結合する。
【００１４】
一例では、タービンエンジンは、可撓性カップリングシャフトの第2の端部に配置される1つまたは複数のトルクセンサをさらに備え、1つまたは複数のトルクセンサは径方向において可撓性カップリングシャフトに向けて配置される。
【００１５】
なおも別の例では、タービンエンジンは、可撓性カップリングシャフトがギヤボックスに向けて延びるロータのハブに結合される1つまたは複数の軸受をさらに備える。一例では、1つまたは複数の軸受は可撓性カップリングシャフトの第1の端部と第2の端部との間に配置される。様々な例では、タービンエンジンは、径方向においてロータのハブに向けて配置される1つまたは複数の速度センサをさらに備え、1つまたは複数の速度センサは可撓性カップリングシャフトの第1の端部と第2の端部との間に配置され、さらに、1つまたは複数の速度センサは1つまたは複数の軸受と可撓性カップリングシャフトの第1の端部との間に配置される。
【００１６】
本開示の別の態様は、タービンエンジンを配置する方法を対象にしている。タービンエンジンはファンまたはプロペラ組立体とエンジンコアとを備え、ファンまたはプロペラ組立体は、スプライン境界面を定めるギヤボックスを備える。エンジンコアは1つまたは複数のロータを備え、ロータのうちの1つまたは複数は、軸方向において延在するハブを定める。方法は、可撓性カップリングシャフトの第1の端部をロータに連結するステップと、可撓性カップリングシャフトを、ロータのハブ内で軸方向および径方向に延在させるステップと、可撓性カップリングシャフトの第2の端部をファンまたはプロペラ組立体のギヤボックスに連結するステップとを含む。
【００１７】
方法の一例では、可撓性カップリングシャフトの第1の端部をロータに連結するステップは、隣接した軸方向の配置における可撓性カップリングシャフトの第1の端部の径方向に延在した部分をロータの径方向に延在した部分に連結することを含む。
【００１８】
別の例では、方法は、1つまたは複数の速度センサをロータのハブに隣接して位置決めするステップを含む。一例では、1つまたは複数の速度センサをロータのハブに隣接して位置決めするステップは、1つまたは複数の速度センサを可撓性カップリングシャフトの第1の端部と第2の端部との間に位置決めすることを含む。
【００１９】
なおも別の例では、方法は、1つまたは複数のトルクセンサを可撓性カップリングシャフトの第2の端部に隣接して位置決めするステップを含む。
【００２０】
様々な例では、方法は、可撓性カップリングシャフトがギヤボックスに向けて延びるロータのハブに1つまたは複数の軸受を位置決めするステップをさらに含む。
【００２１】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の記載および添付の請求項を参照してより良く理解されることになる。本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の態様を示しており、記載と共に本発明の原理を説明するように供する。
【００２２】
当業者を対象にした、本発明の最良の態様を含む本発明の完全で可能な開示は、添付の図を参照する本明細書において明記されている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本開示の態様による、ギヤボックスをエンジンコアに連結するシステムの例示の実施形態の概略的な断面図である。
【図２】本開示の態様による、ギヤボックスをエンジンコアに連結するシステムの別の例示の実施形態の概略的な断面図である。
【図３】例示のギヤボックスとエンジンコアとを連結する可撓性カップリングシャフトの例示の実施形態の概略的な断面図である。
【図４】例示のギヤボックスとエンジンコアとを連結する可撓性カップリングシャフトの別の例示の実施形態の概略的な断面図である。
【図５】ギヤボックスをエンジンコアに連結する方法の例示のステップの概要を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本明細書および図面における符号の繰り返しの使用は、本発明の同じまたは同類の特徴または要素を表すように意図されている。
【００２５】
ここで、本発明の1つまたは複数の例が図面に示されている本発明の実施形態が詳細に参照される。各々の例は、本発明の説明のために提供され、本発明の限定ではない。実際、様々な変更および変化が、本発明の範囲から逸脱することなく本発明において行われ得ることは、当業者には明らかである。例えば、一実施形態の一部として図示または記載されている特徴は、なおもさらなる実施形態を生み出すために別の実施形態と共に使用できる。したがって、本発明が、添付の特許請求の範囲内およびそれらの均等物内にあるとしてこのような変更および変化を網羅することが意図されている。
【００２６】
本明細書で用いられるとき、「第1」、「第2」、および「第3」の用語は、ある構成要素を別のものから区別するために置き換え可能に使用でき、個々の構成要素の場所または重要性を表すようには意図されていない。
【００２７】
「上流」および「下流」という用語は、流体経路における流体の流れに関する相対的な方向を指す。例えば、「上流」は流体が流れてくる方向を指し、「下流」は流体が流れていく方向を指す。
【００２８】
タービンエンジンのギヤボックスとエンジンコアとを連結するシステムおよび方法が概して提供される。本明細書において概して開示されているシステムおよび方法は、トルクまたは動力の出力における断続的な変化による変形への応答を向上させることができ、過剰な速度の条件に対するシステムおよび/もしくは操作者の応答を向上させることができ、ならびに/または、エンジンのパッケージングを向上させることができる。システムは、ファンまたはプロペラ組立体の減速または動力のギヤボックスをエンジンコアに連結する可撓性カップリングシャフトを備える。可撓性カップリングシャフトは、エンジンコアのロータへの締結配置と、ギヤボックスへ結合されるスプライン配置とを概して含む。可撓性カップリングシャフトは、シャフトの軸方向および径方向の変形を概して提供するが、エンジンコアおよびギヤボックスへの連結と、エンジンコアおよびギヤボックスの必要な動きとを維持する。
【００２９】
また、タービンエンジンを配置する方法と、ギヤボックスとエンジンコアとを連結する方法とは、トルク経路をエンジンコア速度感知経路から分離することを含む。方法は、トルク感知経路をエンジンコア速度感知経路から分離することをさらに含み得る。タービンエンジンを連結する方法は、可撓性カップリングシャフトの第1の端部をギヤボックスに連結することと、エンジンコアのロータのハブ内でシャフトを延ばすことと、シャフトの第2の端部をロータに連結することとを含む。
【００３０】
ここで図面を参照すると、図1および図2は各々、例示のガスタービンエンジン10(ここでは、「エンジン10」と称される)の概略的な断面図である。図1では、エンジン10は、本開示の態様による可撓性カップリングシャフト100の例示の実施形態を組み込む高バイパスターボファンエンジンとして示されている。図2では、エンジン10は、本開示の態様による可撓性カップリングシャフト100の例示の実施形態を組み込むターボプロップエンジンとして示されている。ターボファンエンジンおよび/またはターボプロップエンジンを参照して以下でさらに記載されているが、本開示は、船舶用および産業用のタービンエンジンならびに補助動力ユニットを含むプロップファン、ターボジェット、およびターボシャフトガスタービンエンジンを含め、風力タービンおよびターボ機械にも概して適用可能でもある。図1および図2に示しているように、エンジン10は、参照の目的のためにエンジン10を貫いて延在する軸方向の中心軸12を有する。エンジン10は、軸方向Aと、径方向Rと、軸方向Aに沿って前方端99および後方端98とを定めている。
【００３１】
概して、エンジン10はエンジンコア20とファンまたはプロペラ組立体14とを備え得る。エンジンコア20は、連続流れ配置において、圧縮機区域21と、燃焼区域26と、タービン区域31とを概して備え得る。圧縮機区域21は、高圧圧縮機(HPC:High Pressure Compressor)24および低圧圧縮機(LPC:Low Pressure Compressor)22などの1つまたは複数の圧縮機を定めることができる。タービン区域31は、高圧タービン(HPT:High Pressure Turbine)28および低圧タービン(LPT:Low Pressure Turbine)30などの1つまたは複数のタービンを定めることができる。様々な実施形態では、圧縮機区域21は中間圧力圧縮機(IPC:Intermediate Pressure Compressor)をさらに備え得る。なおも他の実施形態では、タービン区域31は中間圧力タービン(IPC:Intermediate Pressure Turbine)をさらに備え得る。風力タービン用途では、エンジンコア20は1つまたは複数の発電機として概して定められ得る。
【００３２】
圧縮機区域21における圧縮機22、24の各々と、タービン区域31におけるタービン28、30の各々とは、1つまたは複数のロータ32を備え得る。一実施形態では、ロータ32は、圧縮機区域21をタービン区域31に連結するエンジン10の1つまたは複数のシャフト35を備える。他の実施形態では、ロータ32は、径方向Rにおいて少なくとも部分的に延在したディスク33と、周方向に隣接した配置で連結され、ディスク33から径方向Rにおいて外向きに延在した複数のエアフォイル36とを定める。一実施形態では、1つまたは複数のロータ32は各々が一体に連結され得る。例えば、タービン区域31または圧縮機区域21の各々のロータ32は、ボルト、ナット、ネジ、もしくはリベットなどの機械的な締結具によって、または、溶接、摩擦接合、拡散接合などの接合処理によって、連結され得る。様々な実施形態では、圧縮機区域21の1つまたは複数の圧縮機は、1つまたは複数のシャフト35を用いてタービン区域31の1つまたは複数のタービンと駆動可能に連結されてそのようなタービンと回転可能であり得る。
【００３３】
ファンまたはプロペラ組立体14はファンロータ15を概して備える。ファンロータ15は、ファンロータ15に結合され、径方向Rにおいてファンロータ15から外向きに延在する複数のファンまたはプロペラブレード42を備える。図1および図2に示した実施形態では、ファンロータ15は、軸方向Aにおいて減速または動力のギヤボックス45から前方端99に向けて延在できる。ファンまたはプロペラ組立体14は、ギヤボックス45に結合され、後方端98に向けて延在し、エンジンコア20と結合される可撓性カップリングシャフト100をさらに備える。
【００３４】
一実施形態では、ギヤボックス45は、星形歯車52と複数の遊星歯車54とを備える遊星歯車列50を備え得る。複数の遊星歯車54は、星形歯車52に対して固定された軸において各々の遊星歯車54が回転するように各々固定され得る。環状歯車56が、複数の遊星歯車54を包囲し、回転し、動力およびトルクを星形歯車52から複数の遊星歯車54を通じて伝達する。本明細書に示した実施形態では、環状歯車56は、ファンロータ15に結合され得る、または、さもなければファンロータ15と一体であり得る。一実施形態では、星形歯車52は、可撓性カップリングシャフト100に取り付けられ得る、または、可撓性カップリングシャフト100と一体であり得る。様々な実施形態では、ギヤボックス45は、複数の遊星歯車54と星形歯車52との間、または、複数の遊星歯車54と環状歯車56との間で、径方向に配置される追加の遊星歯車をさらに備え得る。
【００３５】
図1および図2に戻って参照すると、可撓性カップリングシャフト100は、トルクおよび動力を、星形歯車52を通じてギヤボックス45へ伝え、ファンロータ15へ伝えるために、エンジンコア20に連結されている。ファンロータ15は、トルクを星形歯車52から受け、トルクを伝達してファンまたはプロペラ組立体14を駆動するために、包囲する環状歯車56または遊星歯車54に連結され得る。動力およびトルクがエンジンコア20から伝えられると、ギヤボックス45は、ファンまたはプロペラ組立体14についてより適切に調節されたファンロータ15への出力速度において動力およびトルクを提供する。例えば、ギヤボックス45は、エンジンコア20に対するファンロータ15の速度を2以上の倍数で低減させることができる。
【００３６】
ここで図3および図4を参照すると、ギヤボックス45とエンジンコア20とを連結する可撓性カップリングシャフト100を含むタービンエンジン10の一部分の例示の実施形態が提供される。可撓性カップリングシャフト100は、軸方向Aに沿って第1の端部101と第2の端部102とを定め、第1の端部101はエンジンコア20に隣接し、第2の端部102はギヤボックス45に隣接する。可撓性カップリングシャフト100は、第1の端部101においてエンジンコア20に連結され、第2の端部102においてギヤボックス45に連結される。
【００３７】
可撓性カップリングシャフト100は第2の端部102において複数のスプライン110を定めており、可撓性カップリングシャフト100の複数のスプライン110は、ギヤボックス45においてスプライン境界面46に結合、嵌め合い、または噛み合いされる。様々な実施形態では、複数のスプライン110はギヤボックス45に結合される。一実施形態では、複数のスプライン110はギヤボックス45の星形歯車52を定める。複数のスプライン110は、複数の遊星歯車54のスプライン境界面46と噛み合いまたは接合するように構成される径方向外向きに延在した複数のスプラインを定め得る。別の実施形態では、可撓性カップリングシャフト100の複数のスプライン110は、ギヤボックス45のスプライン境界面46と噛み合いまたは接合してもよく、ギヤボックス45の星形歯車52としてのスプライン境界面46は、径方向内向きに延在した複数のスプラインを定める。
【００３８】
ここで図4を参照すると、可撓性カップリングシャフト100およびエンジン10の一実施形態では、可撓性カップリングシャフト100は第1の端部101において第2の複数のスプライン112を定めている。可撓性カップリングシャフト100の第1の端部101における第2の複数のスプライン112は、エンジンコア20において第2のスプライン境界面38と結合、噛み合い、または接合できる。一実施形態では、第2のスプライン境界面38はエンジンコア20のロータ32に定められている。別の実施形態では、第2のスプライン境界面38はエンジン10のシャフト35に定められている。様々な実施形態では、可撓性カップリングシャフト100の第2の複数のスプライン112は、第2のスプライン境界面38の径方向内向きに延在した複数のスプラインと噛み合いまたは接合するように構成される径方向外向きに延在した複数のスプラインを定める。
【００３９】
図3および図4に戻って参照すると、可撓性カップリングシャフト100は、エンジンコア20に結合された径方向Rにおいて少なくとも部分的に延在するカップリング120をさらに定め得る。一実施形態では、カップリング120は、エンジンコア20の1つまたは複数のロータ32とカップリング120とが軸方向において隣接した配置で取り付けられる1つまたは複数の締結場所124を定める。別の実施形態では、カップリング120は、1つまたは複数の締結具123がエンジンコア20のロータ32へ延び得るのに通る複数の開口部122を定める。複数の開口部122は、カップリング120およびロータ32を通じて軸方向Aにおいて概して延在し得る。様々な実施形態では、1つまたは複数の締結具123または締結場所124は、限定されることはないが、ボルト、ナット、ネジ、および/もしくはリベットなどの機械的な締結具、ならびに/または、限定されることはないが、摩擦接合、溶接接合、もしくは拡散接合、またはそれらの組み合わせを含む、締結処理もしくは結合処理を含み得る。
【００４０】
径方向に延在したカップリング120は、さらに周囲方向において少なくとも部分的に延在してもよい。一実施形態では、カップリング120は、環状であり、環体の周りにおいて周方向の配置で複数の締結場所124または開口部122を定める。別の実施形態では、カップリング120は複数の分離した周囲の場所において径方向に延在し、各々の分離した周囲の場所は締結場所124または開口部122を定め得る。
【００４１】
径方向に延在したカップリング120は、ロータ32に向けて延在した軸方向部分125と、ロータ32と軸方向で隣接した径方向部分126とをさらに定めてもよい。軸方向部分125および/または径方向部分126を含むカップリング120は、複数のスプライン110または星形歯車52が径方向Rおよび/または軸方向Aにおいて移動できるようにエンジンコア20からギヤボックス45への適切な量の柔軟性を許容するバネ特性を一体に定めることができる。エンジンコア20からの荷重における変化による複数のスプライン110または星形歯車52の移動は、ギヤボックス45における遊星歯車54間の荷重の均等化を提供できる。追加または代替で、エンジンコア20における、または、エンジンコア20によって引き起こされる間欠的な変化、変動、または変形は、可撓性カップリングシャフト100によって相殺され、ギヤボックス45またはファンもしくはプロペラ組立体14への伝達に抗することができる。
【００４２】
図3および図4をなおも参照すると、可撓性カップリングシャフト100が連結されるロータ32は、タービン区域31または圧縮機区域21の1つまたは複数のロータ32を備え得る。図3および図4と、図1に示したようなターボファンの構成におけるエンジン10とを参照すると、可撓性カップリングシャフト100は圧縮機区域21におけるロータ32に連結され得る。例えば、図1に示した実施形態では、可撓性カップリングシャフト100は、ギヤボックス45からLPC22へ延在し、他の実施形態では、IPCへ延在する。図2に示したようなターボプロップの構成としてのエンジン10における、図3および図4に示したような可撓性カップリングシャフト100の別の実施形態では、可撓性カップリングシャフト100はタービン区域31におけるロータ32に連結され得る。例えば、図2に示した実施形態では、可撓性カップリングシャフト100は、ギヤボックス45からLPT30へ延在する。
【００４３】
様々な実施形態では、ロータ32は、ロータ32のディスク33から軸方向Aにおいて延在した環状のハブ34を定め得る。ロータ32のハブ34は、概して軸方向Aにおいてギヤボックス45に向けて延在し得る。一実施形態では、エンジン10は、ロータ32のハブ34に結合された1つまたは複数の軸受60をさらに備える。図3および図4に示したような一実施形態では、1つまたは複数の軸受60は、可撓性カップリングシャフト100がギヤボックス45に向けて延びるロータ32のハブ34に結合される。1つまたは複数の軸受60は可撓性カップリングシャフト100の第1の端部101と第2の端部102との間に配置され得る。軸受60は、1つまたは複数のロータ32を軸方向の中心線12と同軸に配置するように構成された1つまたは複数の静止フレーム62にさらに結合され得る。
【００４４】
図3および図4をなおも参照すると、可撓性カップリングシャフト100は、軸方向Aにおいてロータ32からギヤボックス45まで、および、径方向Rにおいてハブ34の内向きに延在できる。エンジン10は、可撓性カップリングシャフト100の第1の端部101と第2の端部102との間に配置された速度センサ130をさらに備え得る。速度センサ130は径方向Rにおいてロータ32のハブ34に向けて配置され得る。様々な実施形態では、速度センサ130は、径方向Rにおいてロータ32のハブ34に向けて静止フレーム62を通じて延びる。一実施形態では、1つまたは複数の速度センサ130は、可撓性カップリングシャフト100の1つまたは複数の軸受60と第1の端部101との間に配置される。
【００４５】
エンジン10は、可撓性カップリングシャフト100の第2の端部102に配置されるトルクセンサ140をさらに備え得る。トルクセンサ140は、径方向Rにおいて可撓性カップリングシャフト100に向けて配置される。ロータ32において第1の端部101に結合され、ギヤボックス45において第2の端部102に結合され、第1の端部101と第2の端部102との間に速度センサ130を配置する可撓性カップリングシャフト100の組み合わせは、エンジンコア20の過剰な速度の検出を、エンジンコア20からギヤボックス45への限界トルク経路から排除できる。例えば、可撓性カップリングシャフト100をロータ32から備え付けることと、ハブ34をエンジン10の前方端99に向けて延在させることとは、ギヤボックス45に隣接する第2の端部102におけるトルクセンサ140でのトルク読み取りへの影響を最小限にする一方で、速度センサ130における過剰な速度の検出を可能にできる。また、可撓性カップリングシャフト100を、ロータ32のハブ34内において径方向に延在させ、ハブ34と概して同軸に延在させることで、前述の組み合わせは、ロータ32における1つまたは複数の軸受60へのギヤボックス45のより隣接した配置を可能にすることで、エンジン10のパッケージングを縮小することができる。
【００４６】
図3および図4に示しているものなど、様々な実施形態では、可撓性シャフト100は、径方向Rにおいて少なくとも部分的に延在し、ディスク33を定めるロータ32のハブ34の内径に隣接する1つまたは複数のプラットフォーム105を定め得る。1つまたは複数のプラットフォーム105は、さらに軸方向Aにおいて少なくとも部分的に延在できる。1つまたは複数のプラットフォーム105は、可撓性シャフト100をロータ32に対して少なくとも部分的に保持するように、プラットフォーム105とハブ34との間に締まり嵌めを定めることができる。
【００４７】
可撓性カップリングシャフト100と、図1〜図4に関連して図示および記載したエンジン10の他の部品、構成要素、または組立体とは、限定されることはないが、クロム、コバルト、タングステン、タンタル、モリブデン、および/またはレニウムを各々が含み得る鉄に基づく合金、チタンに基づく合金、ニッケルに基づく合金、またはコバルトに基づく合金を含むタービンエンジンに適した金属から形成され得る。可撓性カップリングシャフト100は、鋳造、鍛造、機械加工、またはそれらの組み合わせを用いて形成され得る。追加または代替で、可撓性カップリングシャフト100は、単一の一体構造として、または、1つもしくは複数の機械的な締結具、もしくは結合処理、またはそれらの組み合わせによって結合されたいくつかの構成要素の組立体として、形成され得る。
【００４８】
集合的に図1〜図4に関連して図示および記載したように、エンジン10の動作の間、矢印90によって概略的に指示されているようなある量の空気がエンジン10に入る。空気90がファンまたはプロペラブレード42を横切って通過するとき、矢印91によって概略的に指示されている空気のうちの一部分が、推力を提供するためにエンジンコア20の外側に方向付けまたは経路決定される。また、矢印92によって概略的に指示されている空気のうちの別の一部分が、圧縮機区域21への関連する入口80を通じて方向付けまたは経路決定される。空気92は、LPC22およびHPC24を通じてなど圧縮機区域21を通じて燃焼区域26に向けて流れるとき、漸進的に圧縮される。
【００４９】
矢印93によって概略的に指示されているようなここでは圧縮されている空気が燃焼区域26へ導入され、燃焼区域26では、燃料が導入され、圧縮された空気93のうちの少なくとも一部分と混合され、点火されて燃焼ガス94を形成する。燃焼ガス94はタービン区域31へ流れ、タービン区域31の回転部材に、圧縮機区域21および/またはファンもしくはプロペラ組立体14におけるそれぞれの結合された回転部材の動作を回転および支持させる。例えば、HPC24とHPT28とは、エンジン10を駆動するために結合されて回転可能とでき、LPT30を駆動するために燃焼区域26において燃焼ガス94を発生させ得る。LPT30はLPC22に連結され得る。図1を参照すると、可撓性カップリングシャフト100は、第1の端部101においてLPC22に取り付けられ、第2の端部102においてギヤボックス45に取り付けられ得る。他の実施形態では、可撓性カップリングシャフト100は、第1の端部101においてHPC24に取り付けられ得る。図2を参照すると、可撓性カップリングシャフト100は、第1の端部101においてLPT30に取り付けられ、第2の端部102においてギヤボックス45に取り付けられ得る。他の実施形態では、可撓性カップリングシャフト100は、第1の端部101においてHPT28に取り付けられ得る。ギヤボックス45は、エンジンコア20(例えば、圧縮機区域21またはタービン区域31)からの回転速度を低減させ、所望の大きさのトルクおよび回転速度をファンまたはプロペラ組立体14に提供する。
【００５０】
ここで図5を参照すると、タービンエンジンのギヤボックスとエンジンコアとを連結する例示の方法(ここでは、「方法500」と称される)のステップの概要を示す流れ図が、概して提供されている。方法500は、エンジンコアと動力または減速のギヤボックスとの間の限界トルク経路から過剰な速度の検出を排除できる。図5は、例示および詳述の目的のために特定の順番で実施されるステップを描写している。当業者は、本明細書で提供される開示を用いて、本明細書で開示されている方法のいずれかの様々なステップが、本開示の範囲から逸脱することなく様々な方法で適合、改良、再構成、省略、または拡張できることを理解するものである。
【００５１】
方法500は、図1〜図4に示して本明細書で記載したエンジン10などのタービンエンジンを含み得る。方法500は、(510)において、可撓性カップリングシャフトの第1の端部をエンジンのロータに連結することと、(520)において、可撓性カップリングシャフトを、ロータのハブ内で軸方向に延在させることと、(530)において、可撓性カップリングシャフトの第2の端部をエンジンのギヤボックスに連結することとを含み得る。
【００５２】
(510)において、方法500は、隣接した軸方向の配置における可撓性カップリングシャフトの第1の端部の径方向に延在した部分をロータの径方向に延在した部分に連結することを含み得る。図1〜図4に関連して図示および記載したものなど、一実施形態では、径方向に延在したカップリング120は、隣接した軸方向の配置でロータ32の径方向に延在したディスク33に連結され得る。
【００５３】
方法500は、(540)において、1つまたは複数の速度センサをロータのハブに隣接して位置決めすることをさらに含む。図3および図4に示したものなど、一実施形態では、速度センサ130は、可撓性カップリングシャフト100の第1の端部101と第2の端部102との間に位置決めされ得る。
【００５４】
方法500は、(550)において、1つまたは複数のトルクセンサを可撓性カップリングシャフトに隣接して位置決めすることをさらに含む。図3および図4に示したものなど、一実施形態では、トルクセンサ140は、可撓性カップリングシャフト100の第2の端部102に隣接して位置決めされ得る。
【００５５】
様々な実施形態では、方法500は、(560)において、可撓性カップリングシャフトがギヤボックスに向けて延びるロータのハブに1つまたは複数の軸受を位置決めすることをさらに含み得る。図3および図4に示したものなど、一実施形態では、1つまたは複数の軸受60は、可撓性カップリングシャフト100がギヤボックス45に向けて延びるロータ32のハブ34に結合される。
【００５６】
方法(500)は、(570)において、可撓性カップリングシャフトに結合される1つまたは複数のロータを回転させることでエンジンを動作させることを含む。図1〜図4に示したものなど、一実施形態では、可撓性カップリングシャフト100は、エンジンコア20の回転および動作がトルクおよび動力を可撓性カップリングシャフト100へ伝え、可撓性カップリングシャフト100を通じてギヤボックス45およびファンもしくはプロペラ組立体14へ伝えるように、エンジンコア20の1つまたは複数のロータ32に結合される。
【００５７】
図1〜図5に示され、本明細書において記載されたシステムおよび方法は、エンジンコア20からファンまたはプロペラ組立体14への限界トルク経路から過剰な速度の検出を排除できる。また、本明細書において記載されたシステムおよび方法は、エンジン10の軸方向長さを短縮することと、ファンまたはプロペラ組立体14のギヤボックス45をエンジンコア20のより近くに位置決めすることとによって、タービンエンジンのパッケージングを縮小できる。さらに、本明細書において記載されたシステムおよび方法は、エンジンコア20からファンもしくはプロペラ組立体14への動力出力またはトルクにおける間欠的な変化に対してエンジン10の応答を向上させることができる。
【００５８】
この文書の記載は、最良の形態を含め、本発明を開示するために、および、任意の装置またはシステムを作って使用することと、任意の組み込まれている方法を実施することとを含め、当業者に本発明を実施させることができるように、例を使用している。本発明の特許請求可能な範囲は、請求項によって定められ、当業者の思いつく他の例を含み得る。このような他の例は、請求項の文字通りの文言と異ならない構造的な要素を含む場合、または、請求項の文字通りの文言と非実質的な違いを伴う等価の構造的な要素を含む場合、請求の範囲の範囲内にあるように意図されている。
【００５９】
本発明のさらなる態様は、以下の項の主題によって提供される。
【００６０】
［項１］
軸方向および径方向を定めるタービンエンジンであって、
ギヤボックスを備えるファンまたはプロペラ組立体と、
1つまたは複数のロータを備えるエンジンコアであって、前記ロータのうちの少なくとも1つは軸方向に延在した環状のハブを定める、エンジンコアと、
前記軸方向に沿って第1の端部および第2の端部を定める可撓性カップリングシャフトであって、前記第1の端部は前記エンジンコアに連結され、前記第2の端部は前記ギヤボックスに連結され、さらに、前記可撓性カップリングシャフトは、前記軸方向において前記1つまたは複数のロータから前記ギヤボックスへ延在し、前記径方向において前記ハブの内向きに延在する、可撓性カップリングシャフトと
を備えるタービンエンジン。
【００６１】
［項２］
前記可撓性カップリングシャフトは前記エンジンコアの少なくとも1つのロータに連結される、任意の前項に記載のタービンエンジン。
【００６２】
［項３］
前記可撓性カップリングシャフトは複数のスプラインを定め、前記ギヤボックスはスプライン境界面を定め、さらに、前記複数のスプラインはスプライン境界面に結合される、任意の前項に記載のタービンエンジン。
【００６３】
［項４］
前記可撓性カップリングシャフトは、前記径方向において少なくとも部分的に延在すると共に前記エンジンコアの前記1つまたは複数のロータに結合されるカップリングをさらに定める、任意の前項に記載のタービンエンジン。
【００６４】
［項５］
前記カップリングは、前記エンジンコアの前記1つまたは複数のロータと前記カップリングとが軸方向において隣接した配置で取り付けられる1つまたは複数の締結場所を定める、任意の前項に記載のタービンエンジン。
【００６５】
［項６］
前記可撓性カップリングシャフトの前記カップリングは、軸方向において隣接した配置で前記エンジンコアの前記ロータに取り付けられ、前記ロータは圧縮機区域においてロータを定める、任意の前項に記載のタービンエンジン。
【００６６】
［項７］
前記可撓性カップリングシャフトの前記カップリングは、軸方向において隣接した配置で前記エンジンコアの前記ロータに取り付けられ、前記ロータはタービン区域においてロータを定める、任意の前項に記載のタービンエンジン。
【００６７】
［項８］
前記径方向において前記ロータの前記ハブに向けて配置される1つまたは複数の速度センサをさらに備え、前記1つまたは複数の速度センサは前記可撓性カップリングシャフトの前記第1の端部と前記第2の端部との間に配置される、任意の前項に記載のタービンエンジン。
【００６８】
［項９］
前記可撓性カップリングシャフトの複数のスプラインは星形歯車を定め、前記星形歯車は前記ギヤボックスにおいてスプライン境界面に結合される、任意の前項に記載のタービンエンジン。
【００６９】
［項１０］
前記可撓性カップリングシャフトは前記第1の端部において第2の複数のスプラインを定め、前記第2の複数のスプラインは前記エンジンコアにおいて第2のスプライン境界面と結合する、任意の前項に記載のタービンエンジン。
【００７０】
［項１１］
前記可撓性カップリングシャフトの前記第2の端部に配置される1つまたは複数のトルクセンサをさらに備え、前記1つまたは複数のトルクセンサは前記径方向において前記可撓性カップリングシャフトに向けて配置される、任意の前項に記載のタービンエンジン。
【００７１】
［項１２］
前記可撓性カップリングシャフトが前記ギヤボックスに向けて延びる前記ロータの前記ハブに結合される1つまたは複数の軸受をさらに備える、任意の前項に記載のタービンエンジン。
【００７２】
［項１３］
前記1つまたは複数の軸受は前記可撓性カップリングシャフトの前記第1の端部と前記第2の端部との間に配置される、任意の前項に記載のタービンエンジン。
【００７３】
［項１４］
前記径方向において前記ロータの前記ハブに向けて配置される1つまたは複数の速度センサをさらに備え、前記1つまたは複数の速度センサは前記可撓性カップリングシャフトの前記第1の端部と前記第2の端部との間に配置され、さらに、前記1つまたは複数の速度センサは前記1つまたは複数の軸受と前記可撓性カップリングシャフトの前記第1の端部との間に配置される、任意の前項に記載のタービンエンジン。
【００７４】
［項１５］
タービンエンジンを配置する方法であって、前記タービンエンジンはファンまたはプロペラ組立体とエンジンコアとを備え、前記ファンまたはプロペラ組立体は、スプライン境界面を定めるギヤボックスを備え、前記エンジンコアは1つまたは複数のロータを備え、前記ロータのうちの1つまたは複数は、軸方向において延在するハブを定め、
可撓性カップリングシャフトの第1の端部を前記ロータに連結するステップと、
前記可撓性カップリングシャフトを、前記ロータの前記ハブ内で前記軸方向および径方向に延在させるステップと、
前記可撓性カップリングシャフトの第2の端部を前記ファンまたはプロペラ組立体の前記ギヤボックスに連結するステップと
を含む方法。
【００７５】
［項１６］
可撓性カップリングシャフトの第1の端部を前記ロータに連結する前記ステップは、隣接した軸方向の配置における前記可撓性カップリングシャフトの前記第1の端部の径方向に延在した部分を前記ロータの径方向に延在した部分に連結することを含む、任意の前項に記載の方法。
【００７６】
［項１７］
1つまたは複数の速度センサを前記ロータの前記ハブに隣接して位置決めするステップをさらに含む、任意の前項に記載の方法。
【００７７】
［項１８］
1つまたは複数の速度センサを前記ロータの前記ハブに隣接して位置決めする前記ステップは、1つまたは複数の速度センサを前記可撓性カップリングシャフトの前記第1の端部と前記第2の端部との間に位置決めすることを含む、任意の前項に記載の方法。
【００７８】
［項１９］
1つまたは複数のトルクセンサを前記可撓性カップリングシャフトの前記第2の端部に隣接して位置決めするステップをさらに含む、任意の前項に記載の方法。
【００７９】
［項２０］
前記可撓性カップリングシャフトが前記ギヤボックスに向けて延びる前記ロータの前記ハブに1つまたは複数の軸受を位置決めするステップをさらに含む、任意の前項に記載の方法。
【符号の説明】
【００８０】
10  ガスタービンエンジン、エンジン
12  中心軸、中心線
14  ファンまたはプロペラ組立体
15  ファンロータ
20  エンジンコア
21  圧縮機区域
22  低圧圧縮機(LPC)
24  高圧圧縮機(HPC)
26  燃焼区域
28  高圧タービン(HPT)
30  低圧タービン(LPT)
31  タービン区域
32  ロータ
33  ディスク
34  ハブ
35  シャフト
36  エアフォイル
38  第2のスプライン境界面
42  ファンまたはプロペラブレード
45  減速または動力のギヤボックス、ギヤボックス
46  スプライン境界面
50  遊星歯車列
52  星形歯車
54  遊星歯車
56  環状歯車
60  軸受
62  静止フレーム
80  入口
90  空気
91  空気のうちの一部分
92  空気のうちの別の一部分
93  圧縮された空気
94  燃焼ガス
98  後方端
99  前方端
100  可撓性カップリングシャフト、可撓性シャフト
101  第1の端部
102  第2の端部
105  プラットフォーム
110  スプライン
112  第2のスプライン
120  カップリング
122  開口部
123  締結具
124  締結場所
125  軸方向部分
126  径方向部分
130  速度センサ
140  トルクセンサ
500  方法
A  軸方向
R  径方向
【図１】
2020506323.tif 000003
【図２】
2020506323.tif 000004
【図３】
2020506323.tif 000005
【図４】
2020506323.tif 000006
【図５】
2020506323.tif 000007
【国際調査報告】
2020506323.tif 000008
2020506323.tif 000009
2020506323.tif 000010