JP4646644B2 - 前部に二つのファンを有するターボジェット構造 - Google Patents

Description

本発明は、高バイパス比を有する３スプールバイパスターボジェットに関し、ターボジェットは、中間ケーシングの前部に前部ファンおよび後部ファンを有し、前記中間ケーシングが、バイパス空気流に外側構造グリッドを与え、主空気流に内側構造グリッドを与え、前部および後部ファンが、バイパス空気流を外側に画定するファンケーシングにまで外向に径方向に延びるブレードを有し、ターボジェットが、主空気流のためのチャネル内に流入する空気を圧縮するための低圧圧縮機をさらに有し、前記前部ファンおよび後部ファンが、互いに同軸である二つのシャフトによって別々に直接回転される。

高バイパス比を有する現在のハイパワーターボジェットでは、ファンは、大きな直径を有し、ブレードの先端の周速は、この直径とファンの回転速度との両方に比例する。良好な効率を得るためには、周速は、音速より低くなくてはならない。単一のファンを有する従来のターボジェットでは、これは、駆動シャフトとファンとの間に減速伝動装置を介在させることによって可能にされる。それにもかかわらず伝動装置は、エンジンの重量をかなり増加させ、効率も低下させる。もう一つの技術は、中間ケーシングの前部で組み立てられる、前部ファンと後部ファンとの二つのファンをターボジェットに装備させ、かつ如何なる減速伝動装置も介在させることなしに、各々のファンがそれぞれの低速駆動シャフトによって駆動されることにある。各ファンは、バイパス空気チャネルに流れる空気に、バイパス空気の実質的に半分の推進力を供給する。

前記中間ケーシングによって支持される二つのファンを、中間ケーシングの前部に有するターボジェットでは、特に、過剰な雑音を避けるために、二つのファンのブレード間に十分な距離が存在する必要があるので、前部ファンは、大きく張り出している。

特に米国特許第３，８６１，１３９号と第４，８６０，５３７号によって、最新技術が例示されており、これらの特許は、２つの二重反転可能なファンを各々が有する、導入部において言及されたタイプのターボジェットを記載し、二重反転可能なファンは、同様に二重反転可能なロータを有する低圧圧縮機に接続され、内側ロータは、前部ファンのための駆動シャフトによって駆動され、かつ外側ロータは、後部ファンのための駆動シャフトによって駆動される。
米国特許第３，８６１，１３９号明細書 米国特許第４，８６０，５３７号明細書

本発明の目的は、この張り出しに関する欠点が除去される、二つのファンを有するターボジェットを提供することである。

本発明は、この目的を、後部ファンのブレードが、ホイールからバイパス空気流に延び、ホイールは、低圧圧縮機においてロータブレードの下流側リングを介してその駆動シャフトに接続され、前記低圧圧縮機が、前部ファンのための駆動シャフトによって駆動されるロータブレードの少なくとも一つの上流側リングと、ステータブレードのグリッドが、そこから延びる内腔内の外側ステータとをさらに備えており、前記グリッドが、ロータブレードのリング間に交互配置され、前記外側ステータが、前部ファンのブレードと後部ファンのブレードとの間のバイパス空気流内の第２の外側構造グリッドと、主空気流内の第２の内側構造グリッドとを有する第２の中間ケーシングを介して、ファンケーシングによって保持されていることと、第１の中間ケーシングが、軸方向スラスト軸受けを介して後部ファンの回転シャフトを支持し、かつシャフト間軸受けを介して前部ファンの駆動シャフトを支持し、また追加の軸受けが、前記第２の中間ケーシングと前記シャフトとの間に配置されていることとによって達成する。

本発明の第１の実施形態では、前部ファンの駆動シャフトのスラスト軸受けは、第２の中間ケーシングによって支持されており、シャフト間軸受けは、ローラ軸受けである。

本発明の第２の実施形態では、シャフト間軸受けはスラスト軸受けであり、また第２の中間ケーシングと前部ファンの駆動シャフトとの間に挿入された軸受けは、ローラ軸受けである。

第２の中間ケーシングと後部ファンの駆動シャフトとの間に配置された軸受けは、ローラ軸受けである。

第１の中間ケーシングは、また、スラスト軸受けを介して高圧圧縮機の駆動シャフトを支持する。

極めて有利なことに、前部ファンと後部ファンは二重反転可能なファンである。

本発明の他の利点と特徴は、添付の図面を参照して例として与えられる下記の説明を読めば明らかになる。

図１および図２は、軸Ｘのターボジェットの前部１の断片断面図であり、ターボジェットの前部１は、中間ケーシング２の前部に、内側駆動シャフト４によって駆動される前部ファン３と、内側シャフト４と同軸であって前記内側シャフトを取り囲む中間駆動シャフト６によって駆動される後部ファン５と、一次すなわち「主」空気流（Ｆ１）のためのチャネル８内に進入する空気を圧縮するための低圧圧縮機７とを含み、低圧圧縮機７は、前部ファン３と後部ファン５との間に軸方向に配置される。

前部ファン３は、ブレード１０を有し、このブレード１０は、ホイール１１の周縁部から、二次すなわち「バイパス」空気流Ｆ２のためのチャネル１３の外側を画定しているブレードケーシング１２まで延びる。

また後部ファン５は、ブレード１４を有し、このブレード１４は、ホイール１５の周縁部からバイパス空気流Ｆ２のためのチャネル１３を通ってファンケーシング１２まで延びる。このホイール１５は、低圧圧縮機７の外側に径方向に配置されている。

前部ファン３のホイール１１は、コーン（錐体）１６によって内側シャフト４に接続されるが、後部ファン５のホイール１５は、低圧圧縮機７内のロータブレード１９の下流側リング１８を介して、コーン１７によって中間シャフト６に接続される。

中間ケーシング２は、バイパス空気流Ｆ２内の外側構造グリッド３０と、主空気流（Ｆ１）内の内側構造グリッド３１とを有している。外側構造グリッド３０は、ファンケーシング１２に外側で接続される。外側構造グリッド３０と内側構造グリッド３１との間には、環状ボックス３２が挿入される。符号３３は、中間ケーシング２を図示されていないターボジェットの支持ストラットに接続するスラストテークアップバーを示す。

ロータブレード１９の下流側リング１８に加えて、低圧圧縮機７は、ブシュ４３によってコーン１６またはホイール１１に接続された、ホイール４２の周縁部から延びるロータブレード４１の上流側リング４０と、中間駆動シャフト６によって駆動されるロータブレードの中間リング４４とを含む。ステータブレードのグリッド４７、４８は、圧縮機のロータブレードのリング間に交互配置され、前記グリッドは、外側ステータ４９の内腔内側に径方向に延び、外側ステータ４９は、その前端部に、主空気流Ｆ１をバイパス空気流Ｆ２から分離するための分離先端部５０を有する。

低圧圧縮機７の外側ステータ４９は、第２の補助ケーシング６０を介して、ファンケーシング１２によって支持され、第２の補助ケーシング６０は、前部ファン３のブレード１０と後部ファン５のブレード１４との間のバイパス空気流Ｆ２内の第２の外側構造グリッド６１と、主空気流Ｆ１内に配置されていて環状ボックス６３を取り囲む第２の内側構造グリッド６２とを有する。第２の内側構造グリッド６２は、ステータブレードの上流側グリッド４７とロータブレードの中間リング４４との間に軸方向に配置される。

下流側中間ケーシング２および第２の中間ケーシング６０は、二つのシャフト４、６の軸方向の力および径方向の力を支持する。中間シャフト６は、スラスト軸受け７０を用いて下流側中間ケーシング２によって支持され、またローラ軸受け７１を用いて第２の中間ケーシング６０によって支持される。符号７２は、スラスト軸受けを示し、このスラスト軸受けは、中間ケーシング２が、下流側中間ケーシング２の背後に位置する高圧圧縮機７４の駆動シャフト７３を支持することを可能にする。シャフト間軸受け８０は、中間シャフト６のスラスト軸受け７０と実質的に位置合わせされて、内側シャフト４と中間シャフト６との間に配置され、またスラスト軸受け８１は、内側シャフト４とローラ軸受け７１から下流側の第２の中間ケーシング６０のボックス６３との間に挿入される。

図１に示す第１の実施形態では、シャフト間軸受け８０は、ローラ軸受けであり、また軸受け８１はスラスト軸受けである。この場合、第２の中間ケーシング６０によって支持された前部ファン３の軸方向の力は、中間ケーシング２内のスラストテークアップバー３３によって取り上げられる前に、ブレードケーシング１２を横切る。この技術は、機械的観点からは単純であるが、力の伝達の点では複雑である。

図２に示す第２の実施形態では、シャフト間軸受け８０はスラスト軸受けであり、また軸受け８１はローラ軸受けである。この場合、中間シャフト６は、前部ファン３の軸方向の力を支持し、これらの力を、中間ケーシング２内のスラストテークアップバー３３によって取り上げられる下流側中間ケーシング２に直接伝達する。この技術は、力の伝達の点では単純であるが、前部ファン３のスラスト軸受け８０と後部ファン５の駆動シャフト６との間の接続という点では複雑である。

両方のファン３、５は、同じ方向に回転できる。しかしながら極めて有利なことに、これら二つのファン３、５は二重反転可能であり、また動作タービンによって駆動され、この動作タービンは、軸方向に交互にロータブレードのリングを有する二つのロータである内側ロータと外側ロータとを有する。この構成は、ステータが存在しないために、動作タービンの長さと重量の両方を減少させる。

本発明の第１の実施形態を構成するターボジェットの前部の断片半分断面図である。 本発明の第２の実施形態を構成するターボジェットの前部の断片半分断面図である。

符号の説明

１ ターボジェットの前部
２ 中間ケーシング
３ 前部ファン
４、７３ 駆動シャフト
５ 後部ファン
６ 回転シャフト
７ 低圧圧縮機
８、１３ チャネル
１０、１４ ブレード
１１、１５、４２ ホイール
１２ ファンケーシング
１６、１７ コーン
１８ 下流側リング
１９、４１ ロータブレード
３０ 外側構造グリッド
３１ 内側構造グリッド
３２ 環状ボックス
３３ スラストテークアップバー
４０ ロータブレードのリング
４３ ブシュ
４４ 中間リング
４５、４６ リング
４７、４８ ステータブレードのグリッド
４９ 外側ステータ
５０ 分離先端部
６０ 第２の中間ケーシング
６１ 第２の外側構造グリッド
６２ 第２の内側構造グリッド
６３ 環状ボックス
７０、７２、８１ スラスト軸受け
７１ ローラ軸受け
７４ 高圧圧縮機
８０ シャフト間軸受け

Claims (6)

1. 高バイパス比を有する３スプールバイパスターボジェットであって、該ターボジェットが、第１の中間ケーシング（２）の前部に前部ファン（３）および後部ファン（５）を有し、前記第１の中間ケーシング（２）が、バイパス空気流（Ｆ２）に外側構造グリッド（３０）を与え、かつ主空気流（Ｆ１）に内側構造グリッド（３１）を与え、前部および後部ファンが、バイパス空気流（Ｆ２）を外側に画定するファンケーシング（１２）にまで外向きに径方向に延びるブレード（１０、１４）を有し、前記ターボジェットが、主空気流（Ｆ１）のためのチャネル（８）内に流入する空気を圧縮するための低圧圧縮機（７）をさらに有し、前記前部ファン（３）および後部ファン（５）が、互いに同軸である二つのシャフト（４、６）によって別々に直接回転される、高バイパス比を有する３スプールバイパスターボジェットであり、
   後部ファン（５）のブレード（１４）が、ホイール（１５）からバイパス空気流（Ｆ２）に延び、前記ホイール（１５）が、低圧圧縮機（７）においてロータブレード（１９）の下流側リング（１８）を介して、駆動シャフト（６）に接続され、前記低圧圧縮機は、前部ファン（３）のための駆動シャフト（４）によって駆動されるロータブレード（４１）の少なくとも一つの上流側リングと、ステータブレードのグリッド（４７、４８）が延びる内腔内の外側ステータ（４９）とをさらに備えており、前記グリッドが、ロータブレードのリング（４１、４４、１９）間に交互配置され、前記外側ステータが、前部ファン（３）のブレード（１０）と後部ファン（５）のブレード（１４）との間のバイパス空気流（Ｆ２）内の第２の外側構造グリッド（６１）と、主空気流（Ｆ１）内の第２の内側構造グリッド（６２）とを有する第２の中間ケーシング（６０）を介して、ファンケーシング（１２）によって保持されていることと、第１の中間ケーシング（２）が、軸方向スラスト軸受け（７０）を介して後部ファン（５）の駆動シャフト（６）を支持し、かつシャフト間軸受け（８０）を介して前部ファンの駆動シャフト（４）を支持し、また一方の追加の軸受け（７１）が、第２の中間ケーシング（６０）と後部ファン（５）の駆動シャフト（６）との間に挿入され、他方の追加の軸受け（８１）が、第２の中間ケーシング（６０）と前部ファン（３）の駆動シャフト（４）との間に挿入されることとを特徴とする、３スプールバイパスターボジェット。
2. 第２の中間ケーシング（６０）とシャフト間軸受け（８０）とによって支持される、前部ファン（３）の駆動シャフト（４）のスラスト軸受け（８１）が、ローラ軸受けであることを特徴とする、請求項１に記載のターボジェット。
3. シャフト間軸受け（８０）が、スラスト軸受けであり、第２の中間ケーシング（６０）と前部ファン（３）の駆動シャフト（４）との間に挿入された軸受け（８１）が、ローラ軸受けであることを特徴とする、請求項１に記載のターボジェット。
4. 第２の中間ケーシング（６０）と前部ファン（３）の駆動シャフト（４）との間に挿入された軸受け（７１）が、ローラ軸受けであることを特徴とする、請求項２または３のいずれか一項に記載のターボジェット。
5. 第１の中間ケーシング（２）が、スラスト軸受け（７２）を介して高圧圧縮機（７４）の駆動シャフト（７３）をさらに支持することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のターボジェット。
6. 前部ファン（３）および後部ファン（５）が、二重反転可能なファンであることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のターボジェット。

Images