JP2008031984A - ガスタービンエンジンの旋回排気ダクト内の冷却ライナ用の低背型取付ハンガシステム - Google Patents
ガスタービンエンジンの旋回排気ダクト内の冷却ライナ用の低背型取付ハンガシステム Download PDFInfo
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Abstract
【課題】封止効率を向上させる一方、重量、保守要件、およびアッセンブリの複雑化を低減するために冷却ライナセグメントの接続部の数を最小限に抑える、回転可能排気ダクト用の冷却ライナアッセンブリを提供する。
【解決手段】STOVL型航空機の使用のため連接する排気ダクトアッセンブリ20は、排気ダクトケース32から離間配置される冷却ライナを含む。冷却ライナアッセンブリは、折り畳み可能な取付ハンガシステム60でケース32に取付ける。ハンガシステム60は、水平飛行構成とホバリング構成間の移行が可能となるよう3つの軸受平面回りに回転する三軸受旋回ダクトに典型的な、アクセスが制限される設置エンベロープのために低背型(上下に折り畳み可能)にする。よって、各冷却ライナセグメント48、50、52は、旋回可能ダクトセクション間でのみ接続部42、44、46が必要な完全な円筒形部材として形成する。
【選択図】図1A
【解決手段】STOVL型航空機の使用のため連接する排気ダクトアッセンブリ20は、排気ダクトケース32から離間配置される冷却ライナを含む。冷却ライナアッセンブリは、折り畳み可能な取付ハンガシステム60でケース32に取付ける。ハンガシステム60は、水平飛行構成とホバリング構成間の移行が可能となるよう3つの軸受平面回りに回転する三軸受旋回ダクトに典型的な、アクセスが制限される設置エンベロープのために低背型(上下に折り畳み可能)にする。よって、各冷却ライナセグメント48、50、52は、旋回可能ダクトセクション間でのみ接続部42、44、46が必要な完全な円筒形部材として形成する。
【選択図】図1A
Description
本発明は、冷却ライナを有するガスタービンエンジンに関し、より詳細には、旋回可能排気ダクト内の周方向冷却ライナ用の取付ハンガシステムに関する。
本発明は、米国海軍との契約番号第N00019−02−C−3003に基づき、米国政府の支援によりなされた。したがって、米国政府は本発明に一定の権利を有する。
エンジンの動作および性能を向上させるために、排気ダクトの冷却空気の使用は注意深く制限される。冷却空気は、一般にエンジンから抽出され、その後推力を生成するために用いられないので、この抽出された冷却空気は、エンジンの全体的な性能に不利な影響を及ぼす。現在のガスタービンエンジンの排気ダクトでは、ライナは、エンジンの作動媒体(排気ガス経路)とエンジン外側ケーシングまたはダクトとの間に配置される。エンジンの圧縮機から通常抽出される冷却空気は、冷却ライナとダクトの間を流れ、次いで排気ダクトの後端に位置するノズルのシールおよびフラップの上に排出される。
様々な動作条件でコアの大きな圧力勾配を受けながら冷却ライナ内の正圧を維持するように略環状の領域を適切に冷却するために、比較的多量の冷却空気が必要とされる。冷却空気流は、典型的には、最も不利な動作条件の間の最も不利な圧力勾配に必要とされる空気流に基づく。さらに、最近の航空機は、軸受構成を介して相互接続される排気ダクトセグメント間の相対的な旋回によって特定の方向に向けられ得る排気ダクトを含み、それにより、冷却ライナ構成がさらに複雑になるおそれがある。
複数のダクトセグメントおよび中間の軸受システムに対処するため、多数の個別の冷却ライナセグメントが、上流の軸受障害物を介して通過および組立てを可能にするようにダクト内で組み上げられる。それは効果的ではあるが、各ライナセグメントは、ダクトケースに別々に固定される必要があり、隣接するライナセグメントに対して封止される必要がある。その結果、余分な部品のために重量および製造において不利になり、封止効率が低下し、各個別ライナセグメントの間で望ましくない接続部(joint)の数がかなり多くなり得る。
したがって、封止効率を向上させる一方、重量、保守要件、およびアッセンブリの複雑化を低減するために冷却ライナセグメントの接続部の数を最小限に抑える、旋回可能排気ダクト用の冷却ライナアッセンブリの提供が望まれる。
STOVLタイプの航空機に使用されるように連接する、本発明による排気ダクトアッセンブリは、エンジンの排気ダクトから間隔を置いて配置されその一部の上を延びる冷却ライナを含む。冷却ライナは、多数の補強材によって低温側(cold)シートから間隔を置いて配置される高温側(hot)シートを含む。冷却ライナは、折り畳み可能な取付ハンガシステムによって排気ダクトケースに取り付けられる。
折り畳み可能な取付ハンガシステムは、アクセスが制限される設置エンベロープ(installation envelope)のために低背型(low profile)(上下に折り畳み可能)にされる。一連の円筒形冷却ライナセグメント(機内(inboard))は、水平飛行構成とホバリング(hover)構成との間の移行を可能にするように3つの軸受平面まわりに回転する、完全に組み立てられた三軸受旋回ダクト(3 bearing swivel duct)(機外(outboard))に挿入可能である。
折り畳み可能な取付ハンガシステムは、ダクトケースに対するライナの軸方向配置を可能にし、熱的に自由な軸方向伸長を許容する。折り畳み可能な取付ハンガシステムの各ハンガアッセンブリは、一般に、低温側シートブラケットと、ピンと、ヒンジと、ダクトブラケットと、Tボルトと、フランジ付きブシュと、ねじ付き締結具と、を含む。
各円筒形冷却ライナセグメントは、ダクトケース内で軸受接続部を通過するように、折り畳み可能な取付ハンガシステムを折り畳むことにより断面積が低減される。冷却ライナは、軸受接続部の障害物を通過後、折り畳み可能な取付ハンガシステムを広げることによってダクトケースに取り付けられる。このようにして、各冷却ライナセグメントは、旋回可能ダクトセクション間でのみ接続部を必要とする管状部材として形成することができる。
したがって、本発明は、封止効率を向上させる一方、重量、保守要件、およびアッセンブリの複雑化を低減するために冷却ライナセグメントの接続部の数を最小限に抑える、旋回可能排気ダクト用の冷却ライナアッセンブリを提供する。
本発明の様々な特徴および利点は、現時点の好ましい実施例についての以下の詳細な説明から当業者には明らかになるであろう。詳細な説明に付随する図面は、以下のように簡潔に説明されることができる。
図1Aは、アフタバーニング動作に典型的な開位置(仮想線)と、非アフタバーニング動作に典型的な閉位置(実線)にある、ガスタービンエンジン用の排気ダクトアッセンブリ20の断面図である。その好ましい実施例において、本発明は、短距離離陸垂直着陸(short take off vertical landing)(STOVL)タイプの航空機に使用されるように連接する排気ダクトアッセンブリに用いられる。
排気ダクトアッセンブリ20は、収束フラップ域22と、スロート域24と、発散フラップ域26と、を有する収束発散タイプのものである。排気ダクトアッセンブリ20は、排気ノズル30と連通する排気ダクトセクション28を含む。
本明細書に例示される排気ダクトセクション28は、三軸受旋回ダクト(three bearing swivel duct)(3BSD)であり、排気ダクト軸(exhaust duct axis)Edがエンジン軸(engine axis)Eに沿って配置される水平飛行構成(図1A)と、排気ダクト軸Edがエンジン軸Eに直角な位置に連接されるホバリング構成(図1B)との間での移行を可能にするように、3つの軸受平面(planes)(P1、P2、P3)まわりに回転する。排気ダクトセクション28の外壁は、空力的外側フラップシステム34を有する排気ダクトケース32から形成される。
排気ダクトセクション28は、前方排気ダクトセグメント36と、中間排気ダクトセグメント38と、後方排気ダクトセグメント40と、を含む。前方排気ダクトセグメント36は、第1の軸受接続部42で軸E回りに回転可能であり、中間排気ダクトセグメント38は、第2の軸受接続部44で前方排気ダクトセグメント36に対して回転し、後方排気ダクトセグメント40は、第3の軸受接続部46で中間排気ダクトセグメント38に対して回転する。第1の軸受接続部42は第1の軸受平面P1に沿って配置され、第2の軸受接続部44は第2の軸受平面P2に沿って配置され、第3の軸受接続部46は第3の軸受平面P3に沿って配置される。第2の軸受接続部44および第3の軸受接続部46は、一般に、エンジン軸Eに対して非垂直角度に配置される。
前方、中間、後方排気ダクトセグメント36、38、40のそれぞれは、燃焼ガスに曝される前方、中間、後方冷却ライナセグメント48、50、52と、折り畳み可能な取付ハンガシステム60(図1D)によってそこから間隔を置いて配置される前方、中間、後方外側ダクトケースセグメント54、56、58(図1C)と、を含む。前方、中間、後方冷却ライナセグメント48、50、52は、典型的には、多数の補強材70によって波形の低温側シート68から隔てられる高温側シート66を含むアッセンブリであると理解されたい(図1E)。また、「波形」という用語は、例示的な実施例で開示される特定の「波形」だけに限らず、様々な波形模様(ripple)表面または非平面表面を包含すると理解されたい。
折り畳み可能な取付ハンガシステム60は、前方、中間、後方冷却ライナセグメント48、50、52の低温側シート68と、それぞれの前方、中間、後方外側ダクトケースセグメント54、56、58との間に取り付けられる。折り畳み可能な取付ハンガシステム60は、少なくとも部分的に、低温側シート68と高温側シート66との熱膨張差を許容する。環状通路は、前方、中間、後方冷却ライナセグメント48、50、52を断熱するために用いられる冷却空気の通路を設けるように、前方、中間、後方冷却ライナセグメント48、50、52と、前方、中間、後方外側ダクトケースセグメント54、56、58との間に画成することができる。
前方、中間、後方冷却ライナセグメント48、50、52は、折り畳み可能な取付ハンガシステム60により、前方、中間、後方外側ダクトケースセグメント54、56、58および第1、第2、第3の軸受接続部42、44、46を取り外す必要なしに、それぞれの前方、中間、後方外側ダクトケースセグメント54、56、58内に組み上げられかつ取り外される、完全な管状部材であることが好ましい(図2A、図2B)。
折り畳み可能な取付ハンガシステム60は折り畳まれ、管状冷却ライナセグメント48、50、52全体のそれぞれが、第1、第2、第3の軸受接続部42、44、46によって画成される径方向の障害物を通過することが可能になる(図2A)。径方向の障害物を通過後、折り畳み可能な取付ハンガシステム60は、その後で、それぞれの外側ダクトケースセグメント54、56、58に外側から機械的に取り付けるために広げられる(図2B)。その結果、重量およびコストが低減され、封止効率が向上し、排気ダクトアッセンブリ20内の接続部が最小限に抑えられる。折り畳み可能な取付ハンガシステム60は、各前方、中間、後方冷却ライナセグメント48、50、52内に概ね同様に配置される多数の列を含んでおり、したがって、詳細な説明は、各ハンガアッセンブリ72が本質的に同様になるので折り畳み可能な取付ハンガシステム60の1つの列の一部からの単一のハンガアッセンブリ72に限定してよいことを理解されたい。
図3を参照すると、前方、中間、後方冷却ライナセグメント48、50、52の低温側シート68とそれぞれの前方、中間、後方外側ダクトケースセグメント54、56、58との間で組み上げられた、折り畳み可能な取付ハンガシステム60の1つの列の一部が図示されている。折り畳み可能な取付ハンガシステム60は、ダクトケースに対するライナの軸方向配置を可能にし、熱的に自由な軸方向伸長を許容する。
折り畳み可能な取付ハンガシステム60の各ハンガアッセンブリ72は、低温側シートブラケット74と、ピン76と、ヒンジ78と、ダクトブラケット80と、Tボルト82と、フランジ付きブシュ84と、ねじ付き締結具86と、を含む。軸方向補強材88は、軸方向の剛性を高めかつ組み上げを容易にするように、リベットなどによって複数のハンガアッセンブリ72に取り付けられることが好ましい。
前方、中間、後方冷却ライナセグメント48、50、52を組み立て済みの排気ダクトセクション28内に組み上げるため(図1D)、前方、中間、後方冷却ライナセグメント48、50、52のそれぞれの波形の低温側シート68は、多数の波形部の谷部92内に直線状(rectilinear)の開口90を備える。事前に組み立てられたピン−ヒンジ−低温側シートブラケットアッセンブリ94(図4A)が低温側シート開口90に挿入され(図4A)、次いで、低温側シートブラケット74を波形部92と位置合わせするために90度回転される(図4B)。各低温側シートブラケット74は、効率的な荷重経路をもたらすライナ波形部92によって提供される剛性幾何形状上に位置する。次いで、ピン−ヒンジ−低温側シートブラケットアッセンブリ94は、ソリッドリベット、接着剤などの締結具96で据え付けられる。
図5Aを参照すると、ピン−ヒンジ−低温側シートブラケットアッセンブリ94が据え付けられた後で、ダクトブラケット80が各ヒンジ78内に配置され、次いで、ソリッドリベット、接着剤などの締結具98で固定される。ダクトブラケット80の列を連結するために(図5B)、軸方向補強材88が同じ締結具98で固定されることが好ましい。ピン−ヒンジ−低温側シートブラケットアッセンブリ94とピン76の界面は、ダクトブラケット80が所定位置に広げられるときそれぞれのダクトケース54、56、58の内径をクリア(clear)することができるようにするスライダ特徴部を組み込んでいることが好ましい(図6)。
この時点で、折り畳み可能な取付ハンガシステム60が波形部内に折り畳まれ(図2A)、管状冷却ライナ48、50、52全体が、軸受接続部42、44、46の上流の障害物を通過することが可能になる。これは、順次実施することができ、あるいは管状冷却ライナ48、50、52を共に組み上げ、次いでサブアッセンブリとして排気ダクトセクション28に挿入することもできる(図1C)。軸受接続部42、44、46の障害物を通過した後で、折り畳み可能な取付ハンガシステム60が広げられ(図2B)、その後、それぞれのダクトケース54、56、58に機械的に取り付けられる。
図7Aを参照すると、折り畳み可能な取付ハンガシステム60は、広げられ(図2B)、それぞれのダクトケース54、56、58にその外側から機械的に取り付けられる。各ダクトケース54、56、58は、低温側シート開口90(図4A)に対応するように同様に構成される、好ましくは細長いまたは長方形(rectilinear)の対応するダクトケース開口100を含む。製品ライナは、一対一対応を可能にするように、詳細にはリベット孔(w/rivet holes)を有する金物と、表に記載されたダッシュ番号と、を使用する。
ハンガアッセンブリ72の列全体が広げられることを可能にする軸方向補強材による助けを受けて折り畳み可能な取付ハンガシステム60が広げられた後で、Tボルト82が、ダクトケース開口100を介して、直線状のダクトブラケット開口102内に通される。注目すべきは、直線状のダクトブラケット開口102が、ダクトケース開口100と回転可能に位置合わせされ、本質的に同じものであることである。しかし、異なる寸法および形状の開口も同様に本発明と共に使用可能であることを理解されたい。また、「Tボルト」という用語は、回転係合を容易にする頭部を有する任意の締結具を含み、図示のものとまったく同一の形をとる必要はないことを理解されたい。
次いで、Tボルト82は、ダクトブラケット開口102内で90度回転され、ダクトブラケット80内で軸方向に係止される(図7B)。ダクトブラケット80内でダクトブラケット開口102の下にあるレッジ特徴部104は、Tボルト82がダクトブラケット80内から自然に抜けてしまうのを防ぐ(図8A、図8B)。
Tボルト82が定位置に回転された後で、フランジ付きブシュ84がダクトケース開口100に挿入され、その結果、Tボルト82を本質的に「誤りのない」向きに回転抑制するように、ブシュつまみ(bushing tab)106が直線状のダクトブラケット開口102内に入る(図8A)。フランジ付きブシュ84は、やはり本質的に「誤りのない」向きでダクトケース開口100を封止し、かつTボルト82を所望の係止配置(図8A、図8B)に保持するように、ダクトケース開口100と一致する内側フランジ108(図8A)を含むことが好ましい。ダクトブラケット80とそれぞれのダクトケース54、56、58との間の接触面積は(図7C、図8A、図8B)、荷重経路を排気ダクトセクション28に効率よく移行するように、比較的大きな面積をもたらす。また、Tボルト82の直線状頭部の幾何形状は、最短アクセスのダクトブラケット開口102内で比較的大きな接触面積を覆う(net)ように最大化されることが好ましい。
次いで、ねじ付き締結具86がTボルト82上にねじ込まれ、取付けが完了する。直線状のダクトブラケット開口102およびケース開口100にそれぞれ係合するフランジ付きブシュ84、ブシュつまみ106、内側フランジ108は、締結具にトルクが加えられた場合の回転防止特徴部としても働く。
折り畳み可能な取付ハンガシステム60の固定すべては、前方、中間、後方外側ダクトケース54、56、58の外部(外側)から行われる。その結果、すべての締結具86は、エンジンまたはライナ構成要素を取り外す必要なしに外部から容易に交換される。これは、機内空間が限られている用途にとって非常に望ましい特徴である。また、この構成によって、締結具のねじ山を損傷する可能性が最低限に抑えられ、エンジンまたはライナ機器の取り外しの必要がないことによって、損傷した締結具の交換のための組立ておよび修理の時間が低減される。
特定のステップの順序を示し、説明し、特許請求の範囲に記載したが、諸ステップは、特に指示がない限り、任意の順序で実施され、または分離され、または組み合わされてよく、それでもなお本発明から利益を得られることを理解されたい。
上記の説明は、その中で限定によって定義されるのではなく、例示的なものである。上記の教示に照らして、本発明の多くの修正および変更が可能である。本発明の好ましい実施例を開示してきたが、いくつかの修正例が本発明の範囲内にあることを当業者なら理解するであろう。したがって、添付の特許請求の範囲内で、本発明は、具体的に説明されたのとは別の方法で実施される可能性があることを理解されたい。したがって、本発明の真の範囲および内容を決定するために、特許請求の範囲を精読されたい。
20…ガスタービンエンジン用排気ダクトアッセンブリ
30…排気ダクトケース
48、50、52…前方、中間、後方冷却ライナセグメント
54、56、58…前方、中間、後方外側ダクトケースセグメント
60…ハンガシステム
66…高温側シート
68…低温側シート
74…低温側シートブラケット
76…ピン
78…ヒンジ
80…ダクトブラケット
82…Tボルト
84…フランジ付きブシュ
86…ねじ付き締結具
88…軸方向補強材
90…低温側シート開口
92…谷部
94…ピン−ヒンジ−低温側シートブラケットアッセンブリ
102…ダクトブラケット開口
104…レッジ特徴部
106…ブシュつまみ
30…排気ダクトケース
48、50、52…前方、中間、後方冷却ライナセグメント
54、56、58…前方、中間、後方外側ダクトケースセグメント
60…ハンガシステム
66…高温側シート
68…低温側シート
74…低温側シートブラケット
76…ピン
78…ヒンジ
80…ダクトブラケット
82…Tボルト
84…フランジ付きブシュ
86…ねじ付き締結具
88…軸方向補強材
90…低温側シート開口
92…谷部
94…ピン−ヒンジ−低温側シートブラケットアッセンブリ
102…ダクトブラケット開口
104…レッジ特徴部
106…ブシュつまみ
Claims (20)
- ガスタービンエンジン用の折り畳み可能な取付ハンガシステムのハンガアッセンブリであって、
低温側シートブラケットと、
ヒンジと、
ピンと、
を備えており、前記ピンは、前記ヒンジが該ピンまわりに枢動可能であるように前記ヒンジを前記低温側シートブラケットに対して保持することを特徴とするアッセンブリ。 - 前記ヒンジに取付け可能なダクトブラケットと、
前記ダクトブラケット内に少なくとも部分的に受け入れられるTボルトと、
をさらに備えることを特徴とする請求項1記載のアッセンブリ。 - 前記ダクトブラケットに少なくとも部分的に係合可能なフランジ付きブシュと、
前記Tボルトの上に受けられるねじ付き締結具と、
をさらに備えることを特徴とする請求項2記載のアッセンブリ。 - 前記ダクトブラケットおよび前記Tボルトの頭部に少なくとも部分的に係合可能なフランジ付きブシュと、
前記フランジ付きブシュを前記ダクトブラケットの方に押し込むように前記Tボルトの軸部上に受けられるねじ付き締結具と、
をさらに備えることを特徴とする請求項2記載のアッセンブリ。 - 前記ヒンジおよび前記ダクトブラケットに固定される軸方向補強材をさらに備えることを特徴とする請求項2記載のアッセンブリ。
- 前記低温側シートブラケットが、直線状であることを特徴とする請求項1記載のアッセンブリ。
- 前記フランジ付きブシュが、内側ブシュと、それを横切る方向にブシュつまみとを含むことを特徴とする請求項1記載のアッセンブリ。
- 前記ヒンジおよび前記ダクトブラケットに固定される軸方向補強材をさらに備えることを特徴とする請求項1記載のアッセンブリ。
- 排気ダクトケースセグメントと、
冷却ライナセグメントと、
前記排気ダクトケースセグメントと前記冷却ライナセグメントとの間に取付け可能な折り畳み可能な取付ハンガシステムであって、
前記冷却ライナセグメントに固定される低温側シートブラケットと、
ヒンジと、
前記ヒンジを前記低温側シートブラケットに対して保持するピンと、
前記ヒンジに取付け可能であり、前記排気ダクトケースセグメントに取付け可能なダクトブラケットと、
を備える、折り畳み可能な取付ハンガシステムと、
を備えることを特徴とするガスタービンエンジン用の排気ダクトアッセンブリ。 - 前記排気ダクトケースセグメントのダクト開口を少なくとも部分的に通って前記ダクトブラケット内に少なくとも部分的に受け入れられるTボルトと、
前記ダクトブラケット、前記Tボルトの頭部、および前記ダクト開口に少なくとも部分的に係合可能なフランジ付きブシュと、
前記ダクト開口を閉じるように前記フランジ付きブシュを前記ダクトブラケットの方に押し込むように、前記Tボルトの軸部上に受けられるねじ付き締結具と、
をさらに備えることを特徴とする請求項9記載のアッセンブリ。 - 前記Tボルトの頭部が、前記Tボルトを前記ダクトブラケットに対して軸方向に係止するように前記ダクトブラケット内で回転されることを特徴とする請求項10記載のアッセンブリ。
- 前記ダクトブラケットが、前記ダクトブラケット内でダクトブラケット開口の下にある、前記Tボルトの前記頭部を受けるレッジ特徴部を含むことを特徴とする請求項11記載のアッセンブリ。
- 前記ダクトブラケット開口、前記Tボルトの前記頭部、および前記ダクト開口が、それぞれ略直線状であることを特徴とする請求項11記載のアッセンブリ。
- 前記ダクトブラケット開口および前記ダクト開口が、概ね位置合わせされることを特徴とする請求項13記載のアッセンブリ。
- 前記低温側シートブラケットが、直線状であることを特徴とする請求項9記載のアッセンブリ。
- 前記低温側シートブラケットが、前記冷却ライナセグメント内の低温側シートの波形部と位置合わせされることを特徴とする請求項15記載のアッセンブリ。
- 前記ヒンジが、前記低温側シートの谷部内に配置されることを特徴とする請求項16記載のアッセンブリ。
- 折り畳み可能なハンガアッセンブリをガスタービンエンジンの旋回可能排気ダクトアッセンブリ内の冷却ライナに組み上げる方法であって、
(A)ピン−ヒンジ−低温側シートブラケットアッセンブリを、冷却ライナ低温側シートの低温側シート開口を介して配置し、
(B)前記低温側シートの波形部と位置合わせするように、前記ピン−ヒンジ−低温側シートブラケットアッセンブリを回転させ、
(C)前記ピン−ヒンジ−低温側シートブラケットアッセンブリを前記低温側シートに取り付け、
(D)ダクトブラケットを、全体的に前記波形部の谷部にある前記ピン−ヒンジ−低温側シートブラケットアッセンブリに取り付ける、
各ステップを含むことを特徴とする方法。 - 前記ステップ(D)が、
(a)軸方向補強材によって多数の折り畳み可能なハンガアッセンブリを互いに取り付けるステップ、
をさらに含むことを特徴とする請求項18記載の方法。 - 前記ステップ(D)が、
(a)前記ピン−ヒンジ−低温側シートブラケットアッセンブリのヒンジが、前記波形部の前記谷部内で前記ピン−ヒンジ−低温側シートブラケットアッセンブリのピンに沿って摺動することができるようにするステップ、
をさらに含むことを特徴とする請求項18記載の方法。
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