JP2015527525A - バイパス流れが増加したヘリコプタエンジン空気取入口 - Google Patents

Abstract

万一着氷の場合には、大きなバイパス流れを提供する防氷グリッドが設けられるヘリコプタエンジン空気取入口。本発明によれば、空気取入口は、吸気リップ（３０、３２）と、吸気リップ（３０、３２）の外側端部（３０ａ、３２ａ）に取り付けられる防氷グリッド（３６）であり、空気取入口（３４）に入り込む空気流に介在される防氷グリッド（３６）とを備え、少なくとも１つの吸気リップ（３０、３２）は、金属薄板によって成形される。

Description

本発明は、ヘリコプタエンジン用の空気取入口に関し、取入口には、万一着氷の場合には大量のバイパス流れを提供する防氷グリッドが設けられる。

着氷条件下で作動中に、空気取入口に、かつエンジンの空気供給通路にできる氷の危険を防止するために、現在の空気取入口には、エンジンの中への空気取入口開口を完全に覆う防氷グリッドが設けられる。これは、特に、図５Ａに示されるように、Ｔｕｒｂｏｍｅｃａ ＴＭ−３３３エンジンに適用される。グリッドは、着氷がたとえあったとしてもむしろ空気取入口自体にまたは空気供給通路よりも、グリッド９２の外表面９２ａにできるということを確実にする。この場合、グリッド９２の内側部分９２ｂは、これが着氷される場合にはバイパス空気がグリッド９２の外表面９２ａの周りに流れることができるように設けられる。

それにもかかわらず、今日のエンジンにおいては、防氷グリッド９２が取り付けられている吸気リップ９０は、通常、ＴＭ−３３３エンジンの場合のように、中実材料に機械加工され、さもなければ、これらは複合材料で作られ、したがって特に嵩張る。空気取入口の周りの空間の欠如を仮定すると、この場合、グリッド９２の外表面９２ａが着氷しているときに依然として利用できるバイパス部Ｓｃ′は小さく、それにより、万一着氷の場合には空気の流量が制限されるということが分かる。

加えて、中実材料に機械加工されるモデルと複合材料から作られるモデルは共に、組み立ての難しさを有する。特に複合材料の場合、グリッドの縁は、複合リップに次々に接着接合される断面部材に接着接合され、この種の組立作業の複雑さに加えて、現在は、複合材料に対して接着剤を使用することは困難である。

万一着氷の場合にはかなりの量のバイパス流れを提供し、上に記述した従来技術の空気取入口に固有の欠点を回避する、ヘリコプタエンジン空気取入口の真の必要性が存在する。

本説明は、圧縮機と、圧縮機に空気を供給するための通路とを有するガスタービンヘリコプタエンジン用の空気取入口であって、その通路が、前記空気取入口を介してその上流側端部に通じ、空気取入口が、吸気リップと、吸気リップの外側端部に取り付けられる防氷グリッドであり、空気取入口に入り込む空気流に介在される防氷グリッドとを備え、少なくとも１つの吸気リップが、金属薄板によって成形される、空気取入口に関する。

前記吸気リップを作るために金属薄板を用いることによって、非常に小さな厚さから成る吸気リップが利用可能となり、それによって、所与の利用可能な外側空間について、大きな自由体積が、防氷グリッド内に大きなバイパス部をその中に設けるように利用可能に残される。したがって、万一グリッドの外表面の着氷の場合には、空気流量が通常の作動条件と比べて少しだけ低減されるバイパス流れを可能にするような、十分なサイズから成るグリッドの一部が依然として利用可能である。

特に、非常に良好な造形性または成形性を有する金属薄板を用いることによって、複雑でコンパクトな形状を使用することができる。なぜなら、この種の金属シートは、非常に小さな曲率半径で使用され得るからである。したがって、吸気リップにグリッドを組み立てることがより容易になり、特にグリッドトリップとの間のより大きな近接、およびしたがってより大きなコンパクトさを有することが可能になる。また、金属薄板を使用すると、他の材料の場合は可能でない、溶接などのある締結技術を用いることができる。

そのうえ、金属薄板は、小さな重量という利点を提供し、それによって、エンジンの燃料消費を低減することによって作動コストができるようになる。ある実施形態においては、前記少なくとも１つの吸気リップを成形する前記金属薄板は、１．５ミリメートル（ｍｍ）未満、および好ましくは０．８ｍｍ未満の厚さをもつ。

ある実施形態においては、前記少なくとも１つの吸気リップの外側端部は、Ｕ字形状に外側に湾曲され、防氷グリッドの縁は、このように画定されるＵ字形状の空間に係合される。金属シートの成形性のために、非常に狭い、かつグリッドの縁の寸法にうまく適応しているＵ字形状の空間を画定することができる。加えて、これらの成形性のために、この種のＵ字形状の空間は、リップ自体に非常に近接して形成されることができ、それによって、バイパス部を増加させるのに寄与し得る大量の横空間を解放する働きをする。

ある実施形態においては、防氷グリッドの縁は、吸気リップによって画定されるＵ字形状の空間の壁にぴったりと嵌合している。これにより、特に、このＵ字形状の空間にグリッドの縁を圧着し、またはスタンピングによってこれらの部品を一緒に組み立てることができる。

ある実施形態においては、防氷グリッドの縁には、前記少なくとも１つの吸気リップに締結されるファスナータブが設けられる。このアセンブリ解決策は、金属シートの成形性によって可能になるコンパクトさおよび近接性自体によって可能になるが、単純性および信頼性の点から利点を提供する。この種のファスナータブは、すべての吸気リップに沿って任意選択的に規則的な間隔で設けられ得る。

ある実施形態においては、防氷グリッドの縁には、前記少なくとも１つの吸気リップに締結される連続ファスナービードが設けられる。このアセンブリ解決策により、締結がリップのすべてのセグメントに沿って、またはすべてのリップ全体に沿って実現できるようになる。

ある実施形態においては、防氷グリッドの縁は、溶接部によって前記少なくとも１つの吸気リップに締結される。この締結は、信頼性があり耐久性がある。

他の実施形態においては、防氷グリッドの縁は、ろう付けによって、接着剤のスポットによって、圧着によって、またはそれどころかリベットによって前記少なくとも１つの吸気リップに締結される。

ある実施形態においては、前記少なくとも１つの吸気リップへの前記防氷グリッドの締結は、接着剤接合を含まない。したがって、接着剤技術を用いる困難さが回避される。

ある実施形態においては、グリッドの縁は、防氷グリッドの本体と別個の部品であり、グリッドの縁は、グリッドの本体に締結される。この解決策により、接合を形成するために、および防氷グリッド上の吸気リップに締結されるために特に設計され、単に着氷を回避し大きなバイパス部を形成する目的でそれ自体成形される、ファスナーインターフェースに適合させることが容易になる。特に、縁の材料は、グリッドの本体の材料と異なってもよく、たとえば、縁は、プラスチック材料で作られることができるが、一方グリッドの本体は、金属で作られる。

ある実施形態においては、グリッドの縁は、ろう付けによって防氷グリッドの本体に締結される。

ある実施形態においては、吸気リップは、９０°より大きい、および好ましくは１８０°に等しい角度セクタにわたって単一体として作られる。

ある実施形態においては、両方の吸気リップは、金属薄板で作られる。

ある実施形態においては、空気取入口は、ラジアル型から成る。

ある実施形態においては、空気取入口は、アキシャル型から成る。

また、本発明は、上に記述した実施形態のいずれかに記載の空気取入口を有する、ガスタービンヘリコプタエンジンを提供する。

上に挙げた特徴および利点、および他のものは、提案された空気取入口の実施形態ついて次の詳細な説明を読むと明らかになる。この詳細な説明は、添付の図面を参照して行われる。

添付の図面は、概略であり、とりわけ本発明の原理を示そうと努めている。

図面においては、ある図から別の図まで、同一の要素（または、要素の部分）は、同じ参照符号を用いて参照される。

ヘリコプタエンジンの概略全体図である。 本発明の空気取入口の部分断面図である。 図２の空気取入口の部分斜視図である。 図２の空気取入口を示し、いかに防氷グリッドが空気取入口のリップに締結されるかを示す、拡大した概略図である。 従来技術の空気取入口の図である。 従来技術の空気取入口と比べた本発明の空気取入口によって利用可能となるバイバス部の増加を概略的に示す略図である。

本発明をより具体的にするために、本発明の実施例の空気取入口が、添付の図面を参照して下記に詳細に説明される。本発明はこの実施例に限定されないことを想起されたい。

図１は、環状空気供給通路１２を介して外気を受け入れる圧縮機段１０（たとえば、遠心圧縮機）を有するガスタービンヘリコプタエンジンの概念図である。その上流側端部において、通路１２は、エンジンの金属ケーシング１４によって画定される環状外側開口１２ａを介して開く。また、ケーシング１４は、通路１２の壁を画定する。環状燃焼室１６、たとえば逆流燃焼室には、燃料と、圧縮機１０から来る一次空気の流れとが供給される噴射装置（図示せず）が設けられる。燃焼室１６からの燃焼ガスは、圧縮機１０を駆動しシャフト２０によってそれに連結されるタービン１８に、かつまた、シャフト２３によって伝動装置に連結される（たとえば、単一段を有する）出力タービン２２に入り、この伝動装置は、機械的動力を出口シャフト２４に供給し、シャフト２０および２３は同軸である。

図２に示されるように、２つのリップ３０および３２（図１には図示せず）が、通路１２用の空気取入口３４を画定する。リップ３０および３２は、２つのそれぞれの環状金属薄板によって成形され、この環状金属薄板は、開口１２ａの両側に、かつすべてのそれに沿って通路１２の上流側端部に内側端部において連結する。この実施例においては、リップ３０および３２を成形する金属シートは、溶接可能な金属、たとえばステンレス鋼で作られ、これらは、約０．６ｍｍの厚さをもつ。これらの両端、または外側端部において、リップ３０および３２は、Ｕ字形状の空間７０を形成するようにＵ字形に外側に湾曲されるそれぞれのリム３０ａおよび３２ａを有する。これらの内側端部において、リップ３０および３２は、それらをケーシング１４に締結されることを可能にする実質的に９０°で折り返されるタブもしくはカラー３０ｂおよび３２ｂを有することができる。

リム３０ａおよび３２ａによって画定される空気取入口３４の端部３４ａは、金属の防氷グリッド３６によって覆われ、この金属は、成形可能で強い、たとえばステンレス鋼であり、これらのリムの端部がリム３０ａおよび３２ａのＵ字形状の空間７０に係合するように、リップ３０および３２に対して湾曲されるリムを有する。グリッド３６の目的は、できる限りグリッド３６の外表面３６ａに氷を形成して、空気取入口３４および供給通路１２の内側にできる氷を回避することである。次いで、環状バイパスチャネル３８が、グリッド３６の外表面３６ａの着氷にもかかわらず十分な空気を通路１２に供給するように設けられる。チャネル３８は、補強リブ３９ａが設けられケーシング１４に固定される環状壁傾斜ガイド３９またはプレナムによって一方の側面に画定される。壁３９は、チャネル３８の他方の側面を画定する空気取入口のリップの一方、たとえばリップ３２に面して位置している。また、類似の第２のバイパスチャネル４０が、もう一方のリップ３０のそばに設けられる（それにもかかわらず、そのプレナムは図面を煩雑化させることを回避するために示されていない）。防氷グリッド３６の湾曲リムは、空気取入口３４の両側に内部バイパス表面３６ｂを画定し、ケーシング１４に面し、したがってバイパスチャネル３８または４０に通じ、それによって、グリッド３６の外表面３６ａが氷結される場合にはバイパス空気の流れを流入できるようにする。リップ３０、３２と防氷グリッド３６との間で横方向に画定されるバイパス部Ｓｃは、このバイパス気流の最大流量を決定する。

図３においては、各リップ３０、３２は、大きな角度セクタにわたって一体に作られることができ、通常、９０°より大きく占めるということが理解できる。この実施形態においては、空気取入口３４は、それぞれ１８０°を占める２つの上流リップ３０を有し、そのリップは、３６０°にわたって空気取入口３４を形成するように互いに接触し、類似の方法で、空気取入口３４は、同様に、それぞれ１８０°にわたって延在する２つの下流リップ３２を有する。ところで、この実施形態のリップ３０および３２は、それらのリム３０ａ、３２ａとそれらのタブまたはカラー３０ｂ、３２ｂとの間に実質的に矩形の断面の輪郭をもつということを認められたい。それにもかかわらず、他の実施形態においては、この輪郭は、リップ３０、３２の一方および／またはもう一方に対して湾曲されることもできる。

図３および図４により、いかにグリッド３６がリップ３０、３２に組み立てられるかを可視化することがより容易になる。お分かりのように、グリッド３６の側方端縁５０は、リップ３０、３２の各々のＵ字形状の空間７０の方へ湾曲され、縁６０は、グリッド３６とリップ３０、３２との間の締結インターフェースとして役立つようにこれらの縁５０の各々に沿って取り付けられる。

この縁６０は、リップ３０または３２と同じ金属から作られる溝形断面部材から成り、グリッド３６の縁５０の円周方向全周に延在し、したがって、グリッド３６の側方端縁５０が受け入れられる溝６１を形成し、これは、ろう付け６２によってそれに締結される。

規則的な間隔で、縁６０はまた、ケーシング１４の方へ溝６１の内側端縁に合わせて半径方向に延在するファスナータブ６３を有する。このように、グリッド３６の端縁５０は、縁６０の溝６１に締結され、縁６０は、リップ３０、３２のＵ字形状の空間７０に受け入れられ、ファスナータブ６３は、リップ３０、３２の外壁に沿って延在する。次に、ファスナータブ６３は、スポット溶接部６４によってリップ３０、３２の壁に対して締結される。ファスナータブ６３は、グリッド３６をリップ３０、３２に組み立てる場合に工具が通過できるようになっているように、防氷グリッド３６の内部バイパス表面３６ｂのレベルよりも低いレベルまでリップ３０、３２に沿って下降するように十分な長さから成る。

金属薄板を用いることによって、リップ３０、３２は、それ自体非常にコンパクトであり、グリッド３６は、リップ３０、３２に非常にコンパクトな方法で組み立てられることができる。したがって、所与の全体的サイズについて、大きなバイパス部Ｓｃを提供することができる。

図５Ｂは、従来技術の従来の空気取入口と比べてこの種の空気取入口によって可能になるバイバス部の増加を示す概念図である。この図においては、本発明の空気取入口は、連続する線で概略的に描かれているが、従来技術の空気取入口は、破線で描かれている。

従来技術の空気取入口においては、中実材料に機械加工され、または複合材料で作られるリップ９０は、より肉厚である。加えて、材料は、グリッド９２の側方端縁９３が受け入れられるリップ９０のリムによって形成されるＵ字形状の空間９１が、通常約５ｍｍから約１０ｍｍの範囲にある大きな曲率半径Ｒ′を有するように、成形するのは困難である。したがって、従来技術の空気取入口においては、リップ９０とグリッド９２との間のバイバス部Ｓｃ′はより小さい。

対照的に、本発明の空気取入口においては、リップ３０、３２は、より優れており、金属シートの良好な成形性のために遥かに小さな曲率半径Ｒを有するＵ字形の形状７０を成形し、したがって、約２ｍｍまたはさらに小さい曲率半径Ｒを得ることができる。このような環境下では、グリッド３６の側方端縁５０は、リップ３０、３２の壁に遥かに接近して、すなわち空気取入口の中心平面に遥かに接近してリップ３０、３２に取り付けられ得る。したがって、本発明の空気取入口においては、リップ３０、３２とグリッド３６との間のバイバス部Ｓｃは、従来技術の空気取入口の場合よりも大きい。

本説明において記述した実施形態は、非限定的な例示として与えられており、本説明に照らして、当業者は、これらの実施形態を容易に変更することができ、または本発明の範囲内にとどまりながら他のものを想到することができる。

特に、上記の詳細な説明においては、空気取入口リップは、エンジンの外周全体にわたって空気供給通路の環状開口１２ａに沿って延在する。それにもかかわらず、本発明はまた、空気供給通路の外側開口がエンジンの外周の一部分のみにわたって延在する場合にも適用できる。同様に、本発明はまた、空気供給通路が軸線方向であり、半径方向でない外側開口を有する場合にも適用できる。加えて、上記の説明は、ヘリコプタの実施例を用いているが、本発明は、もちろんバイパス装置を有するグリッドが設けられる空気取入口を有する任意の他のガスタービンに置換され得る。

そのうえ、これらの実施形態のさまざまな特徴は、単独で使用されることができ、または、互いに組み合わされ得る。これらが組み合わされる場合には、特徴は、上記で説明したようにまたは他の方法で組み合わされることができ、本発明は、本説明で説明された特定の組合せに限定されるものではない。特に、それと反対の指定がない限り、任意の１つの特定の実施形態を参照して説明された特徴は、任意の他の実施形態に類似の方法で適用され得る。

Claims (10)

1. 圧縮機（１０）、および圧縮機（１０）に空気を供給するための通路（１２）を有するガスタービンヘリコプタエンジン用の空気取入口にして、その通路が、前記空気取入口（３４）を介してその上流側端部に通じ、
   吸気リップ（３０、３２）と、
   吸気リップ（３０、３２）の外側端部（３０ａ、３２ａ）に取り付けられる防氷グリッド（３６）であり、空気取入口（３４）に入り込む空気流に介在される防氷グリッド（３６）と
   を備える空気取入口であって、
   少なくとも１つの吸気リップ（３０、３２）が、金属薄板によって成形されることを特徴とする、空気取入口。
2. 前記少なくとも１つの吸気リップ（３０、３２）を成形する前記金属薄板が、１．５ｍｍ未満、好ましくは０．８ｍｍ未満の厚さをもつことを特徴とする、請求項１に記載の空気取入口。
3. 前記少なくとも１つの吸気リップ（３０、３２）の外側端部（３０ａ、３２ａ）が、Ｕ字形の湾曲形状を有し、防氷グリッド（３６）の縁（６０）が、このように画定されるＵ字形状の空間（７０）に係合されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の空気取入口。
4. 防氷グリッド（３６）の縁（６０）には、前記少なくとも１つの吸気リップ（３０、３２）に締結されるファスナータブ（６３）が設けられることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の空気取入口。
5. 防氷グリッド（３６）の縁（６０）には、前記少なくとも１つの吸気リップ（３０、３２）に締結される連続ファスナービードが設けられ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空気取入口。
6. 防氷グリッド（３６）の縁（６０）が、溶接部（６４）によって前記少なくとも１つの吸気リップ（３０、３２）に締結されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の空気取入口。
7. 前記少なくとも１つの吸気リップ（３０、３２）への前記防氷グリッド（３６）の締結が、接着剤接合を含まないことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の空気取入口。
8. 防氷グリッドの縁（６０）が、防氷グリッド（３６）の本体と別個の部品であり、グリッドの縁（６０）が、グリッド（３６）の本体に締結されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の空気取入口。
9. グリッドの縁（６０）が、ろう付け（６２）によって防氷グリッド（３６）の本体に締結されることを特徴とする、請求項８に記載の空気取入口。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の空気取入口（３４）を有する、ガスタービンヘリコプタエンジン。

Images