JP2014520035A - ブレード、特に可変ピッチブレード、そのようなブレードを備えるプロペラ、および対応するターボ機械 - Google Patents

Abstract

本発明によれば、ブレード（１４）の基部（１４Ａ）と前記基部（１４Ａ）に向かい合うハブ（１２、１３）の面との間に空白空間（１８、１８Ａ、１８Ｂ）が画定されるようにターボ機械プロペラのハブ（１２、１３）上に装着されるよう意図されたブレード（１１）は、以下の２つの位置：−格納可能なブランキング手段が少なくとも部分的に前記空白空間（１８、１８Ａ、１８Ｂ）を閉塞する展開位置、および前記格納可能な手段が前記空白空間の外に保たれる極限格納位置の少なくとも１つを可逆的に占有することができる格納可能なブランキング手段（１６、１７）を備える。

Description

本発明は、羽根、特に可変ピッチ羽根、このタイプの羽根を備えるプロペラ、および特にアンダクテッドファンタイプの対応するタービンエンジンに関する。

本発明は、特に、アンダクテッドファンタービンエンジン（「オープンロータ」のタービンエンジンとも称される）に適合されるが、その実施は、いずれの場合もこのタイプの用途に限定されない。

知られている方法では、アンダクテッドファンタービンエンジンは、上流側（前部）および下流側（後部）それぞれに２つの同軸の二重反転外部プロペラを備え、これらは、タービンによって各々回転駆動され、ほぼ半径方向にタービンエンジンのナセルの外側を延びる。各々のプロペラは、従来、羽根が固定された、タービンエンジンの長手方向軸と同心であるハブを備える。

しかし、低燃料消費に関わらず、このタイプのアンダクテッドファンタービンエンジンの上流側と下流側の二重反転プロペラ間の空気力学的相互作用は、高い作動騒音レベルを発生させる。実際、上流側および下流側の二重反転プロペラの羽根の回転は、羽根の先端部に後流、渦、および羽根の基部に乱流の形成を引き起こす。上流側プロペラの下流側のこれらの空気力学的妨害は、これらが下流側のプロペラに衝突したときの空気力学的相互作用の騒音の原因であり、タービンエンジンの全体推進効率を損なう。

また、このタイプのタービンエンジンの望ましくない騒音の発生を低減し、それによって航空当局によって課された騒音認定要件を満足させるために：
−（たとえば航空機のさまざまな飛行段階に対応する）少なくともタービンエンジンの特定の作動モードにおいて羽根の先端部に現れるプロペラの後流およびその寄生渦の強度を低減するために羽根のプロファイル形状を最適化すること
および／または
−結合するプロペラの空気力学的性能を損なうことなく、適合された技術を用いて（たとえば吹き出し羽根の後縁または端部の使用）羽根周りの空気の流れを制御すること
が知られている。

いずれの場合も、羽根のプロファイル形状を最適化し、空気流を制御することによるこのタイプの静かなプロペラの設計は、羽根の基部において現れる乱流の形成を防止しないことが多い。

特に、所望の作動条件にしたがって羽根をその長手方向軸を中心に回転させることによってその角度ピッチ（すなわち、各々の羽根の基部の弦およびプロペラの回転平面によって形成された角度）を調整するために、羽根が可変ピッチを有して上流側および下流側のプロペラのハブ上に装着される場合、羽根の基部における乱流は、（たとえば、離陸、進入、着陸段階などに対応する）特定の所定の角度ピッチにおいて、下流側プロペラに影響を与える空気力学的妨害の主な原因となる。

実際、各々の羽根は、これを対応するプロペラのハブ内で回転式に移動可能に保つ羽根の根元部によって形成されるので、空白の空間が、上記で述べられた角度ピッチにおいて羽根の基部と向かい合うハブの湾曲面との間に形成され、羽根の基部は、ハブの湾曲形状に恒久的に形状適合することはできない。

各々の羽根の根元部によって相互に分離された上流側の空白領域および下流側の空白領域によって画定された、このタイプの空白空間は、プロペラの羽根の基部のところで、特に前記プロペラが強く固定されているときに（たとえば離陸および進入中）乱流動作を倍加させ、それによってさらに下流側のプロペラの空気力学的性能を損ない、前記プロペラの速度における変動を増大させ、これらは望ましくない騒音発生の原因となる。

本発明の目的は、これらの欠点に対する解決策を見出すこと、特に、空気力学的相互作用騒音の強度を低減しながらアンダクテッドファンタービンエンジンの推進効率を改良することである。

この目的のために、本発明によれば、特に可変ピッチ羽根であり、羽根の基部と前記基部に向かい合うハブの面との間に空白空間が画定されるようにタービンエンジンプロペラのハブ上に装着されるよう意図された羽根は、これが、以下の２つの位置：
−格納可能な閉鎖手段が、少なくとも部分的に前記空白空間を閉鎖する展開位置、および
−前記格納可能な手段が、前記空白空間の外側に保持される極限格納位置
の少なくとも１つを可逆的な方法で占有することができる格納可能な閉鎖手段を備える点において特徴的である。

したがって、本発明により、空白空間が、羽根の基部と、羽根が装着されたプロペラハブの湾曲面との間に位置しまたは形成されるとき（特に前記羽根が可変ピッチを有して装着されるとき）、閉鎖手段は、この空白空間を埋め、それによって羽根の基部において現れる乱流の強度を大きく低減するために展開され得る。

本発明による、可変ピッチを有するそのような羽根が、二重らせんのアンダクテッドファンタービンエンジンの上流側プロペラのハブに取り付けられる特定の場合では、妨害的な空白空間の形成を引き起こす、（離陸、着陸段階などに対応する）に特定の所定のピッチおける閉鎖手段の展開は、前記空白空間の低減および／または解消を引き起こす。前記空白空間によって羽根の基部において誘発される乱流の弱化または消失は、タービンエンジンの下流側プロペラとの相互作用を低減する。その結果、空気力学的相互作用の騒音の強度は低減され、当該のタービンエンジンの推進性能が改良される。

本発明の特定の実施形態では、前記展開位置は極限位置であり、それによって前記閉鎖手段は２つの極限の格納位置と展開位置の間を移動することができる。加えて、この実施形態によれば、閉鎖手段は、２つの極限の展開位置と格納位置の間の中間位置に保持され得る。

好ましくは、羽根は、その基部内に配置された少なくとも１つのコンパートメントを備え、このコンパートメントは、前記閉鎖手段が格納位置を占有するときにこれらを受け入れることができ、それにより、一旦格納されると、閉鎖手段は、前記羽根が改変ピッチを有する場合に羽根の回転を妨害せず、またはさらなる寄生乱流も引き起こさない。

加えて、羽根は、有利には、閉鎖手段の展開または格納を、これらが展開位置および格納位置、ならびに格納位置および展開位置を連続的に占有するように、およびその逆を制御するための作動手段を備える。

これらの作動手段もまた羽根内に収容され得る。変形形態では、または加えて、作動手段は、結合するプロペラのハブ内に収容された少なくとも１つの電気磁石を備えることができ、閉鎖手段はこの場合、好ましくは、少なくとも表面上は強磁性物質から作製される。

本発明による好ましい実施形態によれば、閉鎖手段は、以下の２つの要素：
−展開位置において羽根の前縁を延ばす前縁を備える上流側閉鎖フラップ、
−展開位置において羽根の後縁を延ばす後縁を備える下流側閉鎖フラップ
の少なくとも１つを備える。

したがって、羽根の前縁および／または後縁を、そこに位置するまたは形成された空白空間を埋めながら延ばすことにより、妨害的乱流の形成が効果的に防止され、または少なくともその強度が抑えられる。

加えて、各々の上流側または下流側の閉鎖フラップは、有利には、展開位置において向かい合うハブの面に少なくとも部分的に形状適合するように適合された基部を備え、それによって空白空間をできるだけ効果的に閉鎖する。

好ましくは、各々の上流側または下流側の閉鎖フラップは、ピンによって羽根、特に羽根の根元部に連接される。変形形態では、または加えて、フラップは摺動することもできる。

さらには、本発明はまた、回転軸を中心に回転可能に装着されたハブを備える、特にアンダクテッドファンタービンエンジン用のプロペラであって、前記ハブ上に装着された、上記で説明されたタイプの複数の羽根を備える、プロペラに関する。

加えて、羽根は、その角度調整を可能にするように可変ピッチを有して装着され得る。

本発明はまた、上記で明示されたタイプの少なくとも１つのプロペラを備えるタービンエンジンに関する。

特に、タービンエンジンは、アンダクテッドファンタイプのものになることができ、２つの同軸の二重反転プロペラを備え、この場合少なくとも上流側プロペラは、上記で述べられたタイプのものである。

付属の図面の図は、本発明がどのようにして生み出され得るかを示している。これらの図では、同一の参照は同じ要素を示している。

本発明による、アンダクテッドファンタービンエンジンの実施形態の概略的な長手方向断面図である。 上流側および下流側の閉鎖フラップが展開されている、図１のタービンエンジンのプロペラ羽根の部分的な概略断面図である。 上流側および下流側の閉鎖フラップが格納されている、図２に類似する図である。

図１は、本発明によるアンダクテッドファンタービンエンジン１を概略的に示しており、このエンジンは、長手方向軸Ｌ−Ｌを有するタービンエンジン内側のガスの流れ方向に上流側から下流側にかけて、圧縮機２、環状燃焼室３、高圧タービン４および二重反転する、すなわち長手方向軸Ｌ−Ｌを中心に２つの反対方向に回転する２つの低圧タービン５および６を備える。

低圧タービン５および６の各々は、タービンエンジン１のナセル９の外側を半径方向に延びる外部プロペラ７、８に回転可能に固定されるような方法で接続され、ナセル９は、ほぼ円筒状であり、軸Ｌ−Ｌに沿って圧縮機２、燃焼室３およびタービン４、５、および６周りを延びる。タービンを離れた燃焼ガスは、推力を増大させるためにノズル１０を介して排出される。

プロペラ７および８は、同軸に前後に配置され、長手方向軸Ｌ−Ｌを中心に等角度で分散された複数の羽根１１を備える。羽根１１は、ほぼ半径方向に延び、可変ピッチを有するタイプのものであり、すなわちこれらはその長手方向軸を中心に回転し、それによってタービンエンジン１の所望の作動状態にしたがってその角度位置を最適化することができる。当然ながら、変形形態では、プロペラの羽根はまた、固定ピッチを有することもできる。

各々の上流側７または下流側８のプロペラは、回転ハブ１２、１３を備え、このハブは、羽根１１を支持し、タービンエンジン１の長手方向軸Ｌ−Ｌと同心に、この軸に対して垂直に配置される。

羽根１１は、対応するハブ１２、１３上に回転可能に装着された羽根本体１４および羽根の根元部１５によって形成される。

本発明によれば、上流側７および下流側８のプロペラの各々の羽根１１は、連続的にかつ可逆的に、以下の２つの極限位置の少なくとも１つを占有することができる格納可能な閉鎖手段１６および１７を備える：
これらが、特定の決定された角度ピッチにおいて、羽根１１の基部１４Ａと前記基部に向かい合うハブ１２、１３の面との間に形成された空白空間１８を閉鎖する展開位置（図２）、および
これらが前記空白空間１８の外側に保持される格納位置（図３）。

図２および図３に示されるように、空白空間１８は、羽根の根元部１５によって相互に分離された、上流側の空白領域１８Ａおよび下流側の空白領域１８Ｂによって画定される。空白空間１８の寸法は、結合する羽根１１上に課された角度ピッチにしたがって変動し得る。

当該の例では、閉鎖手段は：
−展開位置において羽根１１の前縁１１Ａを延ばす前縁１６Ａを備える上流側閉鎖フラップ１６を備え、換言すれば、羽根１１の前縁１１Ａおよび上流側フラップ１６の前縁１６Ａはほぼ連続線を形成し、したがって空気力学的妨害の出現を抑え、
−展開位置において羽根１１の後縁１１Ｂを延ばす後縁１７Ａを備える下流側閉鎖フラップ１７を備え、後縁１１Ｂおよび１７Ａはしたがってほぼ連続線を形成する。

各々の上流側１６または下流側１７の閉鎖フラップは、少なくとも羽根１１の特定の所定の角度ピッチにおいて、展開位置において（図２を参照）向かい合うハブ１２、１３の面に形状適合するように適合された基部１６Ｂ、１７Ｂを備え、それによって上流側の空白領域１８Ａおよび下流側１８Ｂの空白領域の完全なまたは準完全な閉鎖を達成する。

羽根１１の上流側１６および下流側１７のフラップは、ピン１９によって羽根１１の根元部１５にそれぞれ連接される。

格納位置では、閉鎖フラップ１６および１７は、羽根１１の基部１４Ａ内に配置された、コンパートメント２０および２１内にそれぞれ格納される。変形形態では、コンパートメント２０および２１は、単に１つの同じコンパートメントになることができることが明確である。

羽根１１の本体１４内に組み込まれた作動装置２２は、上流側１６および下流側１７の閉鎖フラップの展開または格納を、これらが展開位置または後退位置を同時に占有するように制御する。変形形態では、作動装置は、上流側および下流側の閉鎖フラップの各々の展開または格納を独立的に制御することができる。

作動装置２２は、格納可能な移動可能なロッド２２Ａを用いることによって閉鎖フラップ１６および１７の各々に接続され、これが展開または格納されるとき、ロッドは、対応するピン１９を用いることによってフラップ１６および１７を回転駆動する（フラップ１６および１７の回転は、矢印Ｒによって図２に表される）。

したがって、本発明により、上流側７および下流側８のプロペラの羽根１１の角度ピッチに関係なく、閉鎖フラップ１６および１７は、当該の角度ピッチに関連する空白空間１８（空白領域１８Ａおよび１８Ｂそれぞれ）を閉鎖するために作動装置２２を制御することによって展開され、それによって羽根１１の基部に現れる乱流を弱化し、または解消さえする。このようにして、下流側プロペラ８と相互作用する乱流、およびその結果となる空気力学的相互作用騒音の強度は、かなり抑えられる。

所定の角度ピッチを達成するために当該の羽根１１のその長手方向軸を中心に回転を可能にするために、閉鎖フラップ１６および１７は最初、作動装置２２を用いることによって対応するコンパートメント２０および２１内に格納されることにも留意されたい。

本発明による代替の実施形態では、上流側１６および下流側１７の閉鎖フラップのコンパートメント２０および２１からの展開は、対応するプロペラ７、８のハブ１２、１３内に配置された電磁石（図に示されず）を活性化させることによって実施される。

この変形形態では、フラップ１６および１７は、少なくとも表面上は、強磁性材料から作製される。閉鎖フラップ１６および１７の格納は、部分的には、電磁石を活性化させた後、プロペラの回転中にフラップに遠心力をかけることによって達成される。

図１から図３に説明された例では、上流側７および下流側８のプロペラの羽根１１にはすべて、上流側１６および下流側１７の閉鎖フラップが装備されることに留意されたい。当然ながら、変形形態では、上流側プロペラの羽根のみがこのタイプの閉鎖フラップを備えることも可能である。

Claims (13)

1. 羽根（１４）の基部（１４Ａ）と前記基部（１４Ａ）に向かい合うハブ（１２、１３）の面との間に空白空間（１８、１８Ａ、１８Ｂ）が画定されるようにタービンエンジン（１）のプロペラ（７、８）のハブ（１２、１３）上に装着されるよう意図された羽根、特に可変ピッチ羽根であって、
   前記羽根が、以下の２つの位置：
   格納閉鎖可能な手段が、少なくとも部分的に前記空白空間（１８、１８Ａ、１８Ｂ）を閉鎖する展開位置、および
   前記格納可能な手段が前記空白空間の外側に保持される極限格納位置
   の少なくとも１つを可逆的な方法で占有することができる格納可能な閉鎖手段（１６、１７）を備えることを特徴する、羽根。
2. 前記展開位置が極限位置である、請求項１に記載の羽根。
3. 基部（１４Ａ）内に配置され、前記閉鎖手段（１６、１７）をこれらが格納位置を占有するときに受け入れることができる少なくとも１つのコンパートメント（２０、２１）を備える、請求項１から２までのいずれかに記載の羽根。
4. 閉鎖手段（１６、１７）の展開または格納を、これらが展開位置および格納位置、ならびに格納位置および展開位置を連続的に占有するように、およびその逆を制御するための作動手段（２２）を備える、請求項１から３までのいずれかに記載の羽根。
5. 作動手段（２２）が羽根（１１）内に収容される、請求項４に記載の羽根。
6. 作動手段（２２）が、プロペラ（７、８）のハブ（１２、１３）内に収容された少なくとも１つの電磁石を備え、
   閉鎖手段（１６、１７）が、少なくとも表面上は強磁性材料からなる、請求項４に記載の羽根。
7. 閉鎖手段が、以下の２つの要素：
   展開位置において羽根（１１）の前縁（１１Ａ）を延ばす前縁（１６Ａ）を備える上流側閉鎖フラップ（１６）、
   展開位置において羽根の後縁（１１Ｂ）を延ばす後縁（１７Ａ）を備える下流側閉鎖フラップ（１７）
   の少なくとも１つを備える、請求項１から６までのいずれかに記載の羽根。
8. 上流側（１６）または下流側（１７）の各々の閉鎖フラップが、展開位置において、向かい合うハブ（１２、１３）の面に少なくとも部分的に形状適合するように適合された基部（１６Ｂ、１７Ｂ）を備える、請求項１から７までに記載の羽根。
9. 各々の上流側（１６）または下流側（１７）の閉鎖フラップが、ピン（１９）によって羽根（１１）、特に羽根の根元部（１５）に連接される、請求項７または請求項８に記載の羽根。
10. 回転軸（Ｌ−Ｌ）を中心に回転可能に装着されたハブ（１２、１３）を備える、特にアンダクテッドファンタービンエンジン用のプロペラであって、
    前記プロペラが、前記ハブ上に装着された、請求項１から９までのいずれかに明示されたタイプの複数の羽根（１１）を備えることを特徴とする、プロペラ。
11. 羽根（１１）が、その角度調整を可能にするように可変ピッチを有して装着される、請求項１０に記載のプロペラ。
12. 前記タービンエンジンが請求項１０または請求項１１に明示されたタイプの少なくとも１つのプロペラ（７、８）を備えることを特徴とする、タービンエンジン。
13. アンダクテッドファンタイプのものであり、２つの同軸の二重反転プロペラ（７、８）を備え、少なくとも上流側プロペラ（７）が請求項１０または請求項１１に明示されたタイプのものである、請求項１２に記載のタービンエンジン。

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