プラズマ援用ブースタおよび運転方法
長手方向軸を有するロータハブの周りに円周方向に離間された複数の最初のロータブレードを有し、長手方向軸から延びる第１のピッチ線半径を有する最初のロータ段と、最初のロータ段から軸方向後部に位置する最後のロータ段であって、長手方向軸の周りに円周方向に離間された複数の最後のロータブレードを備え、長手方向軸から延びる第２のピッチ線半径を有する最後のロータ段と、最後のロータ段から軸方向後部に位置し、空気流を受け取ることが可能なグースネックダクトであって、入口端部、および入口端部から軸方向後部に、ある距離で位置する出口端部を備え、少なくとも１つのプラズマアクチュエータが中に取り付けられているグースネックダクトとを備えるブースタシステムが、開示される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は一般に、圧縮機に関し、より具体的にはプラズマアクチュエータを有する移行ダクトを有するブースタシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンでは、運転中に空気が圧縮モジュールで加圧される。圧縮モジュールを通って運ばれる空気は、燃焼器で燃料と混合され、点火されて、タービン段を通って流れる高温燃焼ガスを発生させ、タービン段は、ファンおよび圧縮機ロータに動力を供給するためにその高温燃焼ガスからエネルギーを抽出し、エンジン推力を発生させて、飛行中の航空機を推進し、または発電機などの負荷に動力を供給する。
【０００３】
圧縮機は、ロータアセンブリおよびステータアセンブリを含む。ロータアセンブリは、ディスクから半径方向外側に延びる複数のロータブレードを含む。より具体的には、各ロータブレードは、ディスクに隣接するプラットフォームから先端までの間で半径方向に延びる。ロータアセンブリを通るガス流路は、ロータブレードプラットフォームによって半径方向内側に、かつ複数のシュラウドによって半径方向外側に延びる。
【０００４】
ステータアセンブリは、圧縮機に入る圧縮ガスをロータブレードに向ける、複数の円周方向に離間されたステータベーンまたはエーロフォイルを含む。ステータベーンは、内側バンドと外側バンドとの間を半径方向に延びる。ステータアセンブリを通るガス流路は、内側バンドによって半径方向内側に、かつ外側バンドによって半径方向外側に延びる。ロータ段は、ロータハブの周りに円周方向に配置されるロータブレードを備える。各圧縮段は、ベーン段およびロータ段を備える。
【０００５】
現代の高バイパス比ガスタービンエンジンは、ブースタ（低圧圧縮機）および高圧圧縮機を有し、それらの間に移行ダクトが位置する。従来の移行ダクトまたはグースネックダクトの幾何学的形状は、端壁の湾曲のレベルによって支配される。というのは、過度の湾曲が端壁の境界層剥離、従って効率の高損失につながるからである。流れの剥離がない滑らかな空気力学的移行を確保するために、従来の移行ダクト設計は、環状流半径の所与の変化に合わせていくらかの最小軸長を有していなければならない。移行ダクト長の増加は、エンジン長の増加に直接つながり、それがエンジン重量を増し、エンジンのバックボーン剛性を低減するので、これは、望ましくない。剛性のこの低減は、ロータ先端の上に所望の隙間を維持することを困難にし、エンジンの効率および操作性範囲を低減する。
【０００６】
圧縮機およびブースタロータが、空気に仕事／圧力を加えるそれらの能力の限界に近づくにつれて、それらのロータは、より効率が低下する傾向があり、この限界を越えた場合、失速する（必要とされる圧力上昇を生成することができず、その段を通る逆流およびエンジン推力の喪失につながる）。ブースタの後段でその限界に非常に近く設計されるブースタロータは、著しい操作性問題を経験することもあり得る。これは、後部ロータ段でより低い半径に制限される従来のブースタシステム設計での懸案事項である。これらは、ブースタの後端を外側へ押すことによって矯正することができ、それは移行ダクト内でプラズマアクチュエータを使用することによって可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第３３００１２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、ダクト中に流れの剥離を引き起こすことなく強化された圧力分布を有するより短い移行ダクト設計を有することが望ましいことになる。移行ダクト中に流れの剥離を引き起こすことなく後部ロータ段についてより高い半径を有するブースタシステムを有することが望ましいことになる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の必要性は、長手方向軸を有するロータハブの周りに円周方向に離間された複数の最初のロータブレードを有し、長手方向軸から延びる第１のピッチ線半径を有する最初のロータ段と、最初のロータ段から軸方向後部に位置する最後のロータ段であって、長手方向軸の周りに円周方向に離間された複数の最後のロータブレードを備え、長手方向軸から延びる第２のピッチ線半径を有する最後のロータ段と、最後のロータ段から軸方向後部に位置し、空気流を受け取ることが可能なグースネックダクトであって、入口端部、および入口端部から軸方向後部に、ある距離で位置する出口端部を備え、少なくとも１つのプラズマアクチュエータが中に取り付けられているグースネックダクトとを備えるブースタシステムを提供する例示的な実施形態によって満すことができる。
【００１０】
本発明の別の態様では、第２のピッチ線半径と第１のピッチ線半径との比は、少なくとも０．９である。
【００１１】
本発明の別の態様では、ガスタービンエンジンを運転する方法は、ブースタロータ段から軸方向後部に位置するグースネックダクト中で壁に沿ってプラズマを形成するステップを含む。
【００１２】
本発明と見なされる主題は、本明細書の結びの部分で詳細に指摘され、明確に特許請求される。しかしながら、本発明は、添付の図面と併せて以下の記述を参照することによって最もよく理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の例示的な実施形態による圧縮システムを備える例示的なガスタービンエンジンアセンブリの横断面図である。
【図２】本発明の例示的な実施形態によるブースタシステムの一部分を示す図１からの拡大軸方向横断面図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態によるプラズマアクチュエータを有するグースネックダクトの概略図である。
【図４】励起モードにあるプラズマアクチュエータシステムを有する例示的なダクトの一部分の拡大軸方向横断面図である。
【図５】本発明の例示的な実施形態によるブースタシステムのグースネックダクトの概略図である。
【図６】比較のために従来のブースタ流路と重ね合わされた、本発明の例示的な実施形態によるプラズマアクチュエータを有するブースタシステムの概略図である。
【図７】プラズマアクチュエータが励起されるときおよび励起されないときの本発明の例示的な実施形態によるブースタシステム中の圧力分布のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
同一の参照符号がさまざまな図全体にわたって同じ要素を示す図面を参照すると、図１は、長手方向軸１１ならびに第１の圧縮機２１および第１の圧縮機２１から軸方向後部に位置する第２の圧縮機２２を備える圧縮システム２０を有する例示的なガスタービンエンジンアセンブリ１０の横断面図を示す。図１で示される例示的な実施形態では、第１の圧縮機２１は、ブースタ４０であり、それはまた、別法として本明細書では低圧圧縮機とも呼ばれる。図１および２で示される例示的なブースタ４０は、４つのロータ段を有し、各ロータ段は、５０から９０の間のブースタロータブレードを有する。例示的なブースタシステム５０は、第１のブースタロータ段から軸方向前方に位置するステータベーン（別法として本明細書ではブースタ入口案内ベーン「ＩＧＶ」と呼ばれる）の列を有する。例示的なブースタシステム５０は、最後のブースタロータ段から軸方向後部に位置するステータベーン（別法として本明細書ではブースタ出口案内ベーン４４「ＯＧＶ」と呼ばれる）の列を有する。ＯＧＶ４４は、長手方向軸１１の周りに円周方向に離間された１２０のベーンを有する。さらに、図１で示される第２の圧縮機２２は、軸流高圧圧縮機１４（「ＨＰＣ」）である。図１および２で示される例示的なＨＰＣ１４は、７つのロータ段を有し、各ロータ段は、２４から９６の間のＨＰＣロータブレードを有する。例示的なＨＰＣ１４は、第１のＨＰＣロータ段から軸方向前方に位置する４０のステータベーン（別法として本明細書ではＨＰＣ入口案内ベーン「ＩＧＶ」と呼ばれる）の円周方向列を有する。図１で示されるガスタービンエンジンアセンブリ１０の例示的な実施形態はさらに、燃焼器１６と、高圧タービン１８およびコアガスタービンエンジン１２から軸方向下流に結合される低圧タービン１９と、コアガスタービンエンジン１２から軸方向上流に結合されるファンアセンブリ１３とを備える。ファンアセンブリ１３は、ロータディスク２９から半径方向外側に延びるファンブレード１７の配列を含む。図１で示される例示的な実施形態では、ファンアセンブリ１３、ブースタ４０および低圧タービン１９は、第１のロータシャフト２８によって一緒に結合され、圧縮機１４および高圧タービン１８は、第２のロータシャフト２７によって一緒に結合される。
【００１５】
運転時には、空気は、ファンアセンブリブレード１７を通って流れ、その空気の一部分は、バイパス空気流１５として流れ、空気の一部分は、第１の圧縮機２１および第２の圧縮機２２を含む圧縮システム２０中へコア空気流２５として流れる。図１および２で示される例示的な実施形態では、第１の圧縮機２１は、ブースタ４０（低圧圧縮機）であり、第２の圧縮機２２は、高圧圧縮機１４である。圧縮システム２０に入るコア空気流２５は、最初に第１の流路２３を通って運ばれ、第１の圧縮機２１（本明細書の図ではブースタ４０として示される）で圧縮される。コア空気流２５は次いで、ダクト３０（別法として本明細書では移行ダクト３０またはグースネックダクト３８と呼ばれる）の弓形の第３の流路３３を通って第２の圧縮機２２（本明細書の図では高圧圧縮機１４として示される）の第２の流路２４へ運ばれ、ここでコア空気流２５は、さらに圧縮される。圧縮システム２０から出る空気流は、燃焼器１６へ運ばれる。空気は、燃焼器で燃料と混合され、燃やされる。燃焼器１６からの燃焼生成物は、高圧タービン（ＨＰＴ）１８および低圧タービン（ＬＰＴ）１９を駆動するために利用される。本明細書で示される例示的な実施形態では、ＬＰＴ１９は、ファンロータシャフト２８を介してブースタ４０およびファンアセンブリ１３を駆動し、ＨＰＴは、ＨＰロータシャフト２７を介して高圧圧縮機１４を駆動する。エンジン１０は、設計運転条件と非設計運転条件との間の運転条件範囲で運転可能である。図１および２で示される例示的な実施形態では、ブースタ４０のロータは、１５００ｒｐｍから２７００ｒｐｍの間の運転速度を有してもよく、高圧圧縮機１４のロータは、６０００ｒｐｍから１２０００ｒｐｍの間の運転速度を有してもよい。
【００１６】
図１および２で示される例示的な実施形態では、ブースタロータ段のピッチ線は、高圧圧縮機ロータ段のピッチ線より高い半径で半径方向に位置する。これは特に、現代の高バイパス比エンジンの場合に当てはまる。本明細書で使用されるように、ロータ段の「ピッチ線」は、ロータ段のロータブレードのエーロフォイルの前縁の根部と先端との間の半径方向中間点を通過する軸線として規定される。移行ダクト３０は、コア空気流２５をブースタ４０の第１の流路２３から高圧圧縮機の第２の流路２４へ流す。図３および５は、本発明による移行ダクト３０の例示的な実施形態の軸方向横断面図を概略的に示す。術語「ダクト」、「移行ダクト」および「グースネックダクト」は、同じ意味を有し、本明細書では交換可能に使用される。ダクト３０は、入口部分３４および入口部分から軸方向後部に位置する出口部分３５を備える。入口部分３４は、入口面積３６を有する入口端部４７を有し、出口部分３５は、出口面積３７を有する出口端部４８を有する。入口部分３４は、ブースタ４０の近くに軸方向に位置し、出口部分は、高圧圧縮機１４の近くに軸方向に位置する。入口部分３４は、出口部分３５および中心線軸１１から半径方向外側に位置する。ダクト３８は、間に流路３３を形成する内壁３１および外壁３２を備える。ダクト３８は、長手方向軸１１の周りに環状の形状を有してもよい。図１、２および３で示される例示的な実施形態では、支持フレームの支柱４６は、いくつかの円周方向位置でダクト３８の第３の流路３３を通って半径方向に延びる。第３の流路は、軸方向で長手方向軸１１に関して全体的に環状の形状を有し、支柱４６は、いくつかの用途ではある円周方向位置で第３の流路を通って延びる。入口部分３４が出口部分３５から半径方向外側に位置する状態のダクト３８の全体的に環状の構成に起因して、第３の流路３３およびダクト３８は、例えば図３および５で示されるものなどのグースネック形状を有する。内壁３１および外壁３２は、例えば図３および５で示されるものなどの、軸方向に弓形形状を有する。
【００１７】
図５を参照すると、ダクト３０の入口端部４７は、長手方向軸１１に関して出口端部４８より高い半径に位置する。出口端部４８は、入口端部４７から軸方向後部距離７６（「Ｄ」）に位置する。本明細書で示される本発明の例示的な実施形態では、出口外半径７２（「ＲＯ」）に対する入口外半径７１（「ＲＩ」）の比は、約１．８である。同じダクト軸長Ｄについて、この比は、従来の設計では約１．６以下である。本明細書で示される例示的な実施形態では、軸方向距離Ｄ７６は、約１６インチから１８インチの間である。本明細書で示される例示的な実施形態では、入口面積３６は、約５９８平方インチであり、出口面積３７は、約５７０平方インチである。出口面積３７の入口面積３６からのわずかな減少は、ダクト３８中の流れの剥離をさらに低減するのに役立つこともある。本発明の他の実施形態では、入口面積３６および出口面積３７は、他の適切な値を有してもよい。代替実施形態では、周知の設計方法を使用してダクト３８中の圧力分布を改善するために入口面積３６より大きい出口面積３７を有することが、有利なこともある。本発明は、入口および出口半径（「ＲＩ」および「ＲＯ」）と比較して短いダクト軸長（「Ｄ」）を有するブースタシステムの設計を可能にする。本発明の例示的な実施形態では、比（ＲＩ−ＲＯ）／Ｄとして定義される縦横比は、約０．５から０．８の間である。図３および５で示されるものなどの第３の流路３３の横断面形状の幾何学的性質に起因して、移行ダクト３０は、別法として本明細書ではグースネックダクト３８と呼ばれる。
【００１８】
本明細書で示される例示的な実施形態から明らかなように、内壁３１および外壁３２は、軸方向にかなりの湾曲を有する。図１、２、３、５および６で示される本発明の例示的な実施形態では、ダクト３８中の流れの剥離は、プラズマアクチュエータ６０を使用することによって低減される。本明細書で使用されるような術語「プラズマアクチュエータ」および「プラズマ発生器」は、同じ意味を有し、交換可能に使用される。例えば本明細書の図で項目６０、６１、６２、および６３として示されるものなどのプラズマアクチュエータは、壁３１、３２の近くの空気流の局所軸モーメントを増強し、内壁および外壁３１、３２の鋭い曲率半径を有する領域でダクト３０中の流れの剥離を最小限にする。本発明の例示的な実施形態で示されるように使用されるプラズマアクチュエータは、壁３１、３２の近くの流体に作用するイオンの流れおよび物体力を生成し、その流体を、壁３１、３２からの流れの剥離が低減した状態で、壁３１、３２により近づいて所望の流体流動方向に流れるようにする。
【００１９】
図４は、図１および２で示されるブースタ４０およびＨＰＣ１４などの２つの圧縮機の間に位置する移行ダクト３８中の流れの剥離を低減するためのプラズマアクチュエータ６０の例示的な実施形態を軸方向横断面図で概略的に例示する。本明細書で示される本発明の例示的な実施形態は、図１で横断面で例示される航空機ガスタービンエンジンなどのガスタービンエンジン１０で、ダクト３８中の圧力分布の改善を容易にし（図７を参照）かつ／または圧縮システムの効率を高める。図１〜６で示される例示的なガスタービンエンジンプラズマアクチュエータは、内壁３１、外壁３２またはブースタＯＧＶ４４のハブ部分４５に位置する項目６０、６１、６２もしくは６３として示されるものなどのプラズマアクチュエータを含む。図４で示される項目６０などのプラズマアクチュエータは、内壁３１などの壁の溝６８に位置する。プラズマアクチュエータ６０は、環状溝に位置する円周方向で連続的であってもよい。別法として、プラズマアクチュエータ６０は、分割されてもよく、その場合複数のプラズマアクチュエータ６０は、壁３１、３２の円周方向に離間された対応する溝区分に位置する。図４で示される例示的な実施形態は、ダクト３８の内壁３１の溝６８に位置するプラズマアクチュエータ６０を備える。別法として、プラズマアクチュエータ６０は、例えばダクト３８壁が空気流の方向に鋭い曲率半径を有する場所などの、流れの剥離が生じそうなダクト３８の他の場所に位置してもよい。
【００２０】
図４で示される例示的な実施形態は、内壁３１に取り付けられる環状プラズマ発生器６０を示し、誘電材料６５によって分離される第１の電極６４および第２の電極６６を含む。誘電材料６５は、ダクト３８の環状溝６８内に配置される。ＡＣ（交流電流）電力供給部７０は、約３〜２０ｋＶの範囲の高電圧ＡＣ電位を電極６４、６６に供給するために電極６４、６６に接続される。ＡＣ振幅が十分に大きいときは、空気は、最大電位の領域でイオン化してプラズマ８０を形成する。プラズマ８０は一般に、空気にさらされる第１の電極６４の縁６７の近くで始まり、誘電材料６５によって覆われる第２の電極６６によって投影される面積６９にわたって広がる。電場勾配の存在下でのプラズマ８０（イオン化空気）は、壁３１の近くの空気流２５への力を生成し、環状ダクト３８の内壁３１にわたって圧力分布の変化を引き起こす仮想空気力学的形状を誘起する。電極の近くの空気は、弱くイオン化され、通常空気の加熱はない、またはほとんどない。壁３１の近くの空気流２５は、壁３１に貼り付いたままとなる傾向があり、ダクト３８中の圧力損失の低減に起因してダクト３８内の流れの剥離の低減および圧力分布の改善をもたらす。
【００２１】
図６は、本発明の例示的な実施形態によるブースタシステム５０を示す。図６で示されるブースタシステム５０は、従来のブースタシステムより大きいピッチ線半径５４を有する最後のロータ段５７を有する。これは、ブースタの最後の段から流れを受け取るダクト３８中で、例えば図６で項目６０、６１、６２として示されるものなどのプラズマアクチュエータを使用することによって本発明で可能になる。従来のブースタシステムの従来の流路９０は、本発明の例示的な実施形態のブースタシステム５０との比較のために図６で点線によって示される。最後のロータ段５７などの、ブースタの後段をさらに半径方向外側に有することに関連していくつかの恩恵がある。より大きなピッチ線半径５４を有するロータ段５７は、従来の設計と比較して高い先端速度を有する。ロータが流体に対して仕事をする能力は、ロータの接線速度に直接関係するので、図６で示される本発明の例示的な実施形態は、圧力上昇を生成するための高い能力を有する。いくつかの用途では、所望の圧力比について、本発明を使用することによってブースタシステムで必要とされる段数を低減することが可能であり、エンジン１０のために重量の著しい低減をもたらす。
【００２２】
図６で示される本発明の例示的な実施形態では、ブースタシステム５０は、ロータハブ４１の周りに円周方向に離間された複数の最初のロータブレード５６を備え、長手方向軸１１から延びる第１のピッチ線半径５３を有する最初のロータ段５５と、最初のロータ段５５から軸方向後部に位置する最後のロータ段５７とを有する。最後のロータ段５７は、ロータハブ４１の周りに円周方向に離間された複数の最後のロータブレード５８を有し、長手方向軸１１から延びる第２のピッチ線半径５４を有する。ブースタシステムは、最後のロータ段５７から軸方向後部に位置するグースネックダクト３８を有し、最後のロータ段５７から出る空気流２５を受け取る。グースネックダクト３８は、入口端部４７と、入口端部４７から軸方向後部に、ある距離で位置する出口端部４８とを有し、少なくとも１つのプラズマアクチュエータが中に取り付けられている。グースネックダクト３８の幾何学的形状および例えば図６で項目６０、６１、６２として示されるものなどのプラズマアクチュエータの配置は、本明細書で先に述べられている。従来のブースタシステムとは違って、最後のロータ段５７は、最初のロータ段５５ピッチ線半径５３「Ａ」と比較してより高いピッチ線半径５４「Ｂ」を有する。本明細書で示される本発明の例示的な実施形態では、比Ｂ／Ａは、少なくとも０．９である。
【００２３】
図６で示される例示的なブースタシステム５０は、後部端部に位置するグースネックダクト３８を有し、ダクト３８は、軸方向に弓形の内壁３１および軸方向に弓形の外壁３２を有する。出口端部４８は、出口面積３７を有し、入口端部４７は、入口面積３６を有する。グースネックダクトの幾何学的形状（図５を参照）は、出口外半径７２に対する入口外半径７１の比ＲＩ／ＲＯが少なくとも１．６であるようなものである。例えば図６で項目６０、６１、６２として示されるものなどのプラズマアクチュエータは、本明細書で先に述べられたようにダクト３８中に位置する。
【００２４】
本明細書で述べられるようなプラズマアクチュエータを有するグースネックダクト３８を備えるブースタシステム５０を有するガスタービンエンジン１０は、ＡＣ電力供給部７０からのＡＣ電位を使用して第１の電極６４および第２の電極６６を励起することによって運転できる。電極６４、６６を励起し、プラズマ８０を生成することによって、ダクト３８中の流れの剥離が、低減でき、そのことは、ブースタシステム５０中の圧力分布の優位性および改善をもたらす。一方法では、図６での項目６０などのプラズマアクチュエータは、エンジン運転期間全体にわたって連続的に励起できる。別法として、プラズマアクチュエータは、エンジン運転計画の選択された部分の間だけ励起できる。プラズマアクチュエータ励起の時期および継続時間は、エンジン操作性を決定するための周知のエンジン試験方法によって決定できる。
【００２５】
図７は、周知の流体流動分析方法によって決定される出口端部４８でのダクト３８内の例示的な圧力分布を示す。横軸は、ダクト３８内の規格化圧力を示し、縦軸は、ダクト３８内の半径方向スパン位置を示す。符号９１で識別される分布は、プラズマアクチュエータ６０がＡＣ電力供給部７０によって励起されないときのダクト３８の出口端部４８での半径方向圧力分布を示す。符号９２で識別される分布は、プラズマアクチュエータ６０がＡＣ電力供給部７０によって励起されるときの同じ場所（ダクト３８の出口端部４８）での半径方向圧力分布を示す。プラズマアクチュエータが位置する壁３２の近くでは（１．０スパン位置の近くでは）、規格化圧力が約０．７９から約０．８６まで増加することは、明らかである。
【００２６】
本明細書で使用されるように、単数形で列挙され、単語「ａ」または「ａｎ」に続く要素またはステップは、そのような排除が明確に列挙されない限り、複数形の前記要素またはステップを排除しないと理解すべきである。本明細書で述べられかつ／または例示される構成部品およびシステムを設計しかつ／または製造する要素／構成部品／ステップその他を導入するとき、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」および「ｓａｉｄ」は、要素（複数可）／構成部品（複数可）／その他の１つまたは複数があることを意味することが意図されている。術語「備える」、「含む」および「有する」は、包括的であり、記載される要素（複数可）／構成部品（複数可）／その他以外の追加の要素（複数可）／構成部品（複数可）／その他があってもよいことを意味することが意図されている。その上、本発明の「一実施形態」への言及は、列挙される特徴もまた組み込む追加の実施形態の存在を排除すると解釈することは意図されていない。
【００２７】
本明細書で述べられる方法ならびにベーン、外側バンド、内側バンドおよびベーン区分などの品目は、タービンエンジンで使用される圧縮機との関連で述べられるけれども、本明細書で述べられるベーンおよびベーン区分ならびにそれらの製造または修理の方法は、圧縮機またはタービンエンジンに限定されないことがわかる。本明細書に含まれる図で例示されるベーンおよびベーン区分は、本明細書で述べられる特定の実施形態に限定されず、むしろこれらは、本明細書で述べられる他の構成部品から独立して、別々に利用できる。
【００２８】
本書は、例を使用し、最良の形態を含む本発明を開示し、また当業者なら誰でも本発明を作り、使用できるようにする。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に思い付く他の例を含んでもよい。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉とは異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文字通りの言葉とはごくわずかに異なる等価な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることが意図されている。
【００２９】
本明細書では本発明の好ましくかつ例示的な実施形態であると考えられるものが述べられたが、本発明の他の変更形態は、本明細書の教示から当業者には明らかであるものとし、従って、本発明の真の精神および範囲に入るすべてのそのような変更形態が添付の特許請求の範囲で確保されることが、望まれる。
【符号の説明】
【００３０】
１０ ガスタービンエンジンアセンブリ
１１ 長手方向軸
１２ コアガスタービンエンジン
１３ ファンアセンブリ
１４ 軸流高圧圧縮機
１５ バイパス空気流
１６ 燃焼器
１７ ファンブレード
１８ 高圧タービン
１９ 低圧タービン
２０ 圧縮システム
２１ 第１の圧縮機
２２ 第２の圧縮機
２３ 第１の流路
２４ 第２の流路
２５ コア空気流
２７ 第２のロータシャフト
２８ 第１のロータシャフト
２９ ロータディスク
３０ ダクト
３１ 内壁
３２ 外壁
３３ 第３の流路
３４ 入口部分
３５ 出口部分
３６ 入口面積
３７ 出口面積
３８ グースネックダクト
４０ ブースタ
４１ ロータハブ
４４ ブースタ出口案内ベーン
４５ ハブ部分
４６ 支柱
４７ 入口端部
４８ 出口端部
５０ ブースタシステム
５３ 第１のピッチ線半径
５４ 第２のピッチ線半径
５５ 最初のロータ段
５６ 最初のロータブレード
５７ 最後のロータ段
５８ 最後のロータブレード
６０ プラズマアクチュエータ
６１ プラズマアクチュエータ
６２ プラズマアクチュエータ
６３ プラズマアクチュエータ
６４ 第１の電極
６５ 誘電材料
６６ 第２の電極
６７ 第１の電極の縁
６８ 溝
６９ 第２の電極によって投影される面積
７０ ＡＣ電力供給部
７１ 入口外半径
７２ 出口外半径
７６ 軸方向後部距離
８０ プラズマ
９０ 従来の流路
９１ プラズマアクチュエータが励起されないときの半径方向圧力分布
９２ プラズマアクチュエータが励起されるときの半径方向圧力分布
【技術分野】
【０００１】
この発明は一般に、圧縮機に関し、より具体的にはプラズマアクチュエータを有する移行ダクトを有するブースタシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンでは、運転中に空気が圧縮モジュールで加圧される。圧縮モジュールを通って運ばれる空気は、燃焼器で燃料と混合され、点火されて、タービン段を通って流れる高温燃焼ガスを発生させ、タービン段は、ファンおよび圧縮機ロータに動力を供給するためにその高温燃焼ガスからエネルギーを抽出し、エンジン推力を発生させて、飛行中の航空機を推進し、または発電機などの負荷に動力を供給する。
【０００３】
圧縮機は、ロータアセンブリおよびステータアセンブリを含む。ロータアセンブリは、ディスクから半径方向外側に延びる複数のロータブレードを含む。より具体的には、各ロータブレードは、ディスクに隣接するプラットフォームから先端までの間で半径方向に延びる。ロータアセンブリを通るガス流路は、ロータブレードプラットフォームによって半径方向内側に、かつ複数のシュラウドによって半径方向外側に延びる。
【０００４】
ステータアセンブリは、圧縮機に入る圧縮ガスをロータブレードに向ける、複数の円周方向に離間されたステータベーンまたはエーロフォイルを含む。ステータベーンは、内側バンドと外側バンドとの間を半径方向に延びる。ステータアセンブリを通るガス流路は、内側バンドによって半径方向内側に、かつ外側バンドによって半径方向外側に延びる。ロータ段は、ロータハブの周りに円周方向に配置されるロータブレードを備える。各圧縮段は、ベーン段およびロータ段を備える。
【０００５】
現代の高バイパス比ガスタービンエンジンは、ブースタ（低圧圧縮機）および高圧圧縮機を有し、それらの間に移行ダクトが位置する。従来の移行ダクトまたはグースネックダクトの幾何学的形状は、端壁の湾曲のレベルによって支配される。というのは、過度の湾曲が端壁の境界層剥離、従って効率の高損失につながるからである。流れの剥離がない滑らかな空気力学的移行を確保するために、従来の移行ダクト設計は、環状流半径の所与の変化に合わせていくらかの最小軸長を有していなければならない。移行ダクト長の増加は、エンジン長の増加に直接つながり、それがエンジン重量を増し、エンジンのバックボーン剛性を低減するので、これは、望ましくない。剛性のこの低減は、ロータ先端の上に所望の隙間を維持することを困難にし、エンジンの効率および操作性範囲を低減する。
【０００６】
圧縮機およびブースタロータが、空気に仕事／圧力を加えるそれらの能力の限界に近づくにつれて、それらのロータは、より効率が低下する傾向があり、この限界を越えた場合、失速する（必要とされる圧力上昇を生成することができず、その段を通る逆流およびエンジン推力の喪失につながる）。ブースタの後段でその限界に非常に近く設計されるブースタロータは、著しい操作性問題を経験することもあり得る。これは、後部ロータ段でより低い半径に制限される従来のブースタシステム設計での懸案事項である。これらは、ブースタの後端を外側へ押すことによって矯正することができ、それは移行ダクト内でプラズマアクチュエータを使用することによって可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第３３００１２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、ダクト中に流れの剥離を引き起こすことなく強化された圧力分布を有するより短い移行ダクト設計を有することが望ましいことになる。移行ダクト中に流れの剥離を引き起こすことなく後部ロータ段についてより高い半径を有するブースタシステムを有することが望ましいことになる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の必要性は、長手方向軸を有するロータハブの周りに円周方向に離間された複数の最初のロータブレードを有し、長手方向軸から延びる第１のピッチ線半径を有する最初のロータ段と、最初のロータ段から軸方向後部に位置する最後のロータ段であって、長手方向軸の周りに円周方向に離間された複数の最後のロータブレードを備え、長手方向軸から延びる第２のピッチ線半径を有する最後のロータ段と、最後のロータ段から軸方向後部に位置し、空気流を受け取ることが可能なグースネックダクトであって、入口端部、および入口端部から軸方向後部に、ある距離で位置する出口端部を備え、少なくとも１つのプラズマアクチュエータが中に取り付けられているグースネックダクトとを備えるブースタシステムを提供する例示的な実施形態によって満すことができる。
【００１０】
本発明の別の態様では、第２のピッチ線半径と第１のピッチ線半径との比は、少なくとも０．９である。
【００１１】
本発明の別の態様では、ガスタービンエンジンを運転する方法は、ブースタロータ段から軸方向後部に位置するグースネックダクト中で壁に沿ってプラズマを形成するステップを含む。
【００１２】
本発明と見なされる主題は、本明細書の結びの部分で詳細に指摘され、明確に特許請求される。しかしながら、本発明は、添付の図面と併せて以下の記述を参照することによって最もよく理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の例示的な実施形態による圧縮システムを備える例示的なガスタービンエンジンアセンブリの横断面図である。
【図２】本発明の例示的な実施形態によるブースタシステムの一部分を示す図１からの拡大軸方向横断面図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態によるプラズマアクチュエータを有するグースネックダクトの概略図である。
【図４】励起モードにあるプラズマアクチュエータシステムを有する例示的なダクトの一部分の拡大軸方向横断面図である。
【図５】本発明の例示的な実施形態によるブースタシステムのグースネックダクトの概略図である。
【図６】比較のために従来のブースタ流路と重ね合わされた、本発明の例示的な実施形態によるプラズマアクチュエータを有するブースタシステムの概略図である。
【図７】プラズマアクチュエータが励起されるときおよび励起されないときの本発明の例示的な実施形態によるブースタシステム中の圧力分布のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
同一の参照符号がさまざまな図全体にわたって同じ要素を示す図面を参照すると、図１は、長手方向軸１１ならびに第１の圧縮機２１および第１の圧縮機２１から軸方向後部に位置する第２の圧縮機２２を備える圧縮システム２０を有する例示的なガスタービンエンジンアセンブリ１０の横断面図を示す。図１で示される例示的な実施形態では、第１の圧縮機２１は、ブースタ４０であり、それはまた、別法として本明細書では低圧圧縮機とも呼ばれる。図１および２で示される例示的なブースタ４０は、４つのロータ段を有し、各ロータ段は、５０から９０の間のブースタロータブレードを有する。例示的なブースタシステム５０は、第１のブースタロータ段から軸方向前方に位置するステータベーン（別法として本明細書ではブースタ入口案内ベーン「ＩＧＶ」と呼ばれる）の列を有する。例示的なブースタシステム５０は、最後のブースタロータ段から軸方向後部に位置するステータベーン（別法として本明細書ではブースタ出口案内ベーン４４「ＯＧＶ」と呼ばれる）の列を有する。ＯＧＶ４４は、長手方向軸１１の周りに円周方向に離間された１２０のベーンを有する。さらに、図１で示される第２の圧縮機２２は、軸流高圧圧縮機１４（「ＨＰＣ」）である。図１および２で示される例示的なＨＰＣ１４は、７つのロータ段を有し、各ロータ段は、２４から９６の間のＨＰＣロータブレードを有する。例示的なＨＰＣ１４は、第１のＨＰＣロータ段から軸方向前方に位置する４０のステータベーン（別法として本明細書ではＨＰＣ入口案内ベーン「ＩＧＶ」と呼ばれる）の円周方向列を有する。図１で示されるガスタービンエンジンアセンブリ１０の例示的な実施形態はさらに、燃焼器１６と、高圧タービン１８およびコアガスタービンエンジン１２から軸方向下流に結合される低圧タービン１９と、コアガスタービンエンジン１２から軸方向上流に結合されるファンアセンブリ１３とを備える。ファンアセンブリ１３は、ロータディスク２９から半径方向外側に延びるファンブレード１７の配列を含む。図１で示される例示的な実施形態では、ファンアセンブリ１３、ブースタ４０および低圧タービン１９は、第１のロータシャフト２８によって一緒に結合され、圧縮機１４および高圧タービン１８は、第２のロータシャフト２７によって一緒に結合される。
【００１５】
運転時には、空気は、ファンアセンブリブレード１７を通って流れ、その空気の一部分は、バイパス空気流１５として流れ、空気の一部分は、第１の圧縮機２１および第２の圧縮機２２を含む圧縮システム２０中へコア空気流２５として流れる。図１および２で示される例示的な実施形態では、第１の圧縮機２１は、ブースタ４０（低圧圧縮機）であり、第２の圧縮機２２は、高圧圧縮機１４である。圧縮システム２０に入るコア空気流２５は、最初に第１の流路２３を通って運ばれ、第１の圧縮機２１（本明細書の図ではブースタ４０として示される）で圧縮される。コア空気流２５は次いで、ダクト３０（別法として本明細書では移行ダクト３０またはグースネックダクト３８と呼ばれる）の弓形の第３の流路３３を通って第２の圧縮機２２（本明細書の図では高圧圧縮機１４として示される）の第２の流路２４へ運ばれ、ここでコア空気流２５は、さらに圧縮される。圧縮システム２０から出る空気流は、燃焼器１６へ運ばれる。空気は、燃焼器で燃料と混合され、燃やされる。燃焼器１６からの燃焼生成物は、高圧タービン（ＨＰＴ）１８および低圧タービン（ＬＰＴ）１９を駆動するために利用される。本明細書で示される例示的な実施形態では、ＬＰＴ１９は、ファンロータシャフト２８を介してブースタ４０およびファンアセンブリ１３を駆動し、ＨＰＴは、ＨＰロータシャフト２７を介して高圧圧縮機１４を駆動する。エンジン１０は、設計運転条件と非設計運転条件との間の運転条件範囲で運転可能である。図１および２で示される例示的な実施形態では、ブースタ４０のロータは、１５００ｒｐｍから２７００ｒｐｍの間の運転速度を有してもよく、高圧圧縮機１４のロータは、６０００ｒｐｍから１２０００ｒｐｍの間の運転速度を有してもよい。
【００１６】
図１および２で示される例示的な実施形態では、ブースタロータ段のピッチ線は、高圧圧縮機ロータ段のピッチ線より高い半径で半径方向に位置する。これは特に、現代の高バイパス比エンジンの場合に当てはまる。本明細書で使用されるように、ロータ段の「ピッチ線」は、ロータ段のロータブレードのエーロフォイルの前縁の根部と先端との間の半径方向中間点を通過する軸線として規定される。移行ダクト３０は、コア空気流２５をブースタ４０の第１の流路２３から高圧圧縮機の第２の流路２４へ流す。図３および５は、本発明による移行ダクト３０の例示的な実施形態の軸方向横断面図を概略的に示す。術語「ダクト」、「移行ダクト」および「グースネックダクト」は、同じ意味を有し、本明細書では交換可能に使用される。ダクト３０は、入口部分３４および入口部分から軸方向後部に位置する出口部分３５を備える。入口部分３４は、入口面積３６を有する入口端部４７を有し、出口部分３５は、出口面積３７を有する出口端部４８を有する。入口部分３４は、ブースタ４０の近くに軸方向に位置し、出口部分は、高圧圧縮機１４の近くに軸方向に位置する。入口部分３４は、出口部分３５および中心線軸１１から半径方向外側に位置する。ダクト３８は、間に流路３３を形成する内壁３１および外壁３２を備える。ダクト３８は、長手方向軸１１の周りに環状の形状を有してもよい。図１、２および３で示される例示的な実施形態では、支持フレームの支柱４６は、いくつかの円周方向位置でダクト３８の第３の流路３３を通って半径方向に延びる。第３の流路は、軸方向で長手方向軸１１に関して全体的に環状の形状を有し、支柱４６は、いくつかの用途ではある円周方向位置で第３の流路を通って延びる。入口部分３４が出口部分３５から半径方向外側に位置する状態のダクト３８の全体的に環状の構成に起因して、第３の流路３３およびダクト３８は、例えば図３および５で示されるものなどのグースネック形状を有する。内壁３１および外壁３２は、例えば図３および５で示されるものなどの、軸方向に弓形形状を有する。
【００１７】
図５を参照すると、ダクト３０の入口端部４７は、長手方向軸１１に関して出口端部４８より高い半径に位置する。出口端部４８は、入口端部４７から軸方向後部距離７６（「Ｄ」）に位置する。本明細書で示される本発明の例示的な実施形態では、出口外半径７２（「ＲＯ」）に対する入口外半径７１（「ＲＩ」）の比は、約１．８である。同じダクト軸長Ｄについて、この比は、従来の設計では約１．６以下である。本明細書で示される例示的な実施形態では、軸方向距離Ｄ７６は、約１６インチから１８インチの間である。本明細書で示される例示的な実施形態では、入口面積３６は、約５９８平方インチであり、出口面積３７は、約５７０平方インチである。出口面積３７の入口面積３６からのわずかな減少は、ダクト３８中の流れの剥離をさらに低減するのに役立つこともある。本発明の他の実施形態では、入口面積３６および出口面積３７は、他の適切な値を有してもよい。代替実施形態では、周知の設計方法を使用してダクト３８中の圧力分布を改善するために入口面積３６より大きい出口面積３７を有することが、有利なこともある。本発明は、入口および出口半径（「ＲＩ」および「ＲＯ」）と比較して短いダクト軸長（「Ｄ」）を有するブースタシステムの設計を可能にする。本発明の例示的な実施形態では、比（ＲＩ−ＲＯ）／Ｄとして定義される縦横比は、約０．５から０．８の間である。図３および５で示されるものなどの第３の流路３３の横断面形状の幾何学的性質に起因して、移行ダクト３０は、別法として本明細書ではグースネックダクト３８と呼ばれる。
【００１８】
本明細書で示される例示的な実施形態から明らかなように、内壁３１および外壁３２は、軸方向にかなりの湾曲を有する。図１、２、３、５および６で示される本発明の例示的な実施形態では、ダクト３８中の流れの剥離は、プラズマアクチュエータ６０を使用することによって低減される。本明細書で使用されるような術語「プラズマアクチュエータ」および「プラズマ発生器」は、同じ意味を有し、交換可能に使用される。例えば本明細書の図で項目６０、６１、６２、および６３として示されるものなどのプラズマアクチュエータは、壁３１、３２の近くの空気流の局所軸モーメントを増強し、内壁および外壁３１、３２の鋭い曲率半径を有する領域でダクト３０中の流れの剥離を最小限にする。本発明の例示的な実施形態で示されるように使用されるプラズマアクチュエータは、壁３１、３２の近くの流体に作用するイオンの流れおよび物体力を生成し、その流体を、壁３１、３２からの流れの剥離が低減した状態で、壁３１、３２により近づいて所望の流体流動方向に流れるようにする。
【００１９】
図４は、図１および２で示されるブースタ４０およびＨＰＣ１４などの２つの圧縮機の間に位置する移行ダクト３８中の流れの剥離を低減するためのプラズマアクチュエータ６０の例示的な実施形態を軸方向横断面図で概略的に例示する。本明細書で示される本発明の例示的な実施形態は、図１で横断面で例示される航空機ガスタービンエンジンなどのガスタービンエンジン１０で、ダクト３８中の圧力分布の改善を容易にし（図７を参照）かつ／または圧縮システムの効率を高める。図１〜６で示される例示的なガスタービンエンジンプラズマアクチュエータは、内壁３１、外壁３２またはブースタＯＧＶ４４のハブ部分４５に位置する項目６０、６１、６２もしくは６３として示されるものなどのプラズマアクチュエータを含む。図４で示される項目６０などのプラズマアクチュエータは、内壁３１などの壁の溝６８に位置する。プラズマアクチュエータ６０は、環状溝に位置する円周方向で連続的であってもよい。別法として、プラズマアクチュエータ６０は、分割されてもよく、その場合複数のプラズマアクチュエータ６０は、壁３１、３２の円周方向に離間された対応する溝区分に位置する。図４で示される例示的な実施形態は、ダクト３８の内壁３１の溝６８に位置するプラズマアクチュエータ６０を備える。別法として、プラズマアクチュエータ６０は、例えばダクト３８壁が空気流の方向に鋭い曲率半径を有する場所などの、流れの剥離が生じそうなダクト３８の他の場所に位置してもよい。
【００２０】
図４で示される例示的な実施形態は、内壁３１に取り付けられる環状プラズマ発生器６０を示し、誘電材料６５によって分離される第１の電極６４および第２の電極６６を含む。誘電材料６５は、ダクト３８の環状溝６８内に配置される。ＡＣ（交流電流）電力供給部７０は、約３〜２０ｋＶの範囲の高電圧ＡＣ電位を電極６４、６６に供給するために電極６４、６６に接続される。ＡＣ振幅が十分に大きいときは、空気は、最大電位の領域でイオン化してプラズマ８０を形成する。プラズマ８０は一般に、空気にさらされる第１の電極６４の縁６７の近くで始まり、誘電材料６５によって覆われる第２の電極６６によって投影される面積６９にわたって広がる。電場勾配の存在下でのプラズマ８０（イオン化空気）は、壁３１の近くの空気流２５への力を生成し、環状ダクト３８の内壁３１にわたって圧力分布の変化を引き起こす仮想空気力学的形状を誘起する。電極の近くの空気は、弱くイオン化され、通常空気の加熱はない、またはほとんどない。壁３１の近くの空気流２５は、壁３１に貼り付いたままとなる傾向があり、ダクト３８中の圧力損失の低減に起因してダクト３８内の流れの剥離の低減および圧力分布の改善をもたらす。
【００２１】
図６は、本発明の例示的な実施形態によるブースタシステム５０を示す。図６で示されるブースタシステム５０は、従来のブースタシステムより大きいピッチ線半径５４を有する最後のロータ段５７を有する。これは、ブースタの最後の段から流れを受け取るダクト３８中で、例えば図６で項目６０、６１、６２として示されるものなどのプラズマアクチュエータを使用することによって本発明で可能になる。従来のブースタシステムの従来の流路９０は、本発明の例示的な実施形態のブースタシステム５０との比較のために図６で点線によって示される。最後のロータ段５７などの、ブースタの後段をさらに半径方向外側に有することに関連していくつかの恩恵がある。より大きなピッチ線半径５４を有するロータ段５７は、従来の設計と比較して高い先端速度を有する。ロータが流体に対して仕事をする能力は、ロータの接線速度に直接関係するので、図６で示される本発明の例示的な実施形態は、圧力上昇を生成するための高い能力を有する。いくつかの用途では、所望の圧力比について、本発明を使用することによってブースタシステムで必要とされる段数を低減することが可能であり、エンジン１０のために重量の著しい低減をもたらす。
【００２２】
図６で示される本発明の例示的な実施形態では、ブースタシステム５０は、ロータハブ４１の周りに円周方向に離間された複数の最初のロータブレード５６を備え、長手方向軸１１から延びる第１のピッチ線半径５３を有する最初のロータ段５５と、最初のロータ段５５から軸方向後部に位置する最後のロータ段５７とを有する。最後のロータ段５７は、ロータハブ４１の周りに円周方向に離間された複数の最後のロータブレード５８を有し、長手方向軸１１から延びる第２のピッチ線半径５４を有する。ブースタシステムは、最後のロータ段５７から軸方向後部に位置するグースネックダクト３８を有し、最後のロータ段５７から出る空気流２５を受け取る。グースネックダクト３８は、入口端部４７と、入口端部４７から軸方向後部に、ある距離で位置する出口端部４８とを有し、少なくとも１つのプラズマアクチュエータが中に取り付けられている。グースネックダクト３８の幾何学的形状および例えば図６で項目６０、６１、６２として示されるものなどのプラズマアクチュエータの配置は、本明細書で先に述べられている。従来のブースタシステムとは違って、最後のロータ段５７は、最初のロータ段５５ピッチ線半径５３「Ａ」と比較してより高いピッチ線半径５４「Ｂ」を有する。本明細書で示される本発明の例示的な実施形態では、比Ｂ／Ａは、少なくとも０．９である。
【００２３】
図６で示される例示的なブースタシステム５０は、後部端部に位置するグースネックダクト３８を有し、ダクト３８は、軸方向に弓形の内壁３１および軸方向に弓形の外壁３２を有する。出口端部４８は、出口面積３７を有し、入口端部４７は、入口面積３６を有する。グースネックダクトの幾何学的形状（図５を参照）は、出口外半径７２に対する入口外半径７１の比ＲＩ／ＲＯが少なくとも１．６であるようなものである。例えば図６で項目６０、６１、６２として示されるものなどのプラズマアクチュエータは、本明細書で先に述べられたようにダクト３８中に位置する。
【００２４】
本明細書で述べられるようなプラズマアクチュエータを有するグースネックダクト３８を備えるブースタシステム５０を有するガスタービンエンジン１０は、ＡＣ電力供給部７０からのＡＣ電位を使用して第１の電極６４および第２の電極６６を励起することによって運転できる。電極６４、６６を励起し、プラズマ８０を生成することによって、ダクト３８中の流れの剥離が、低減でき、そのことは、ブースタシステム５０中の圧力分布の優位性および改善をもたらす。一方法では、図６での項目６０などのプラズマアクチュエータは、エンジン運転期間全体にわたって連続的に励起できる。別法として、プラズマアクチュエータは、エンジン運転計画の選択された部分の間だけ励起できる。プラズマアクチュエータ励起の時期および継続時間は、エンジン操作性を決定するための周知のエンジン試験方法によって決定できる。
【００２５】
図７は、周知の流体流動分析方法によって決定される出口端部４８でのダクト３８内の例示的な圧力分布を示す。横軸は、ダクト３８内の規格化圧力を示し、縦軸は、ダクト３８内の半径方向スパン位置を示す。符号９１で識別される分布は、プラズマアクチュエータ６０がＡＣ電力供給部７０によって励起されないときのダクト３８の出口端部４８での半径方向圧力分布を示す。符号９２で識別される分布は、プラズマアクチュエータ６０がＡＣ電力供給部７０によって励起されるときの同じ場所（ダクト３８の出口端部４８）での半径方向圧力分布を示す。プラズマアクチュエータが位置する壁３２の近くでは（１．０スパン位置の近くでは）、規格化圧力が約０．７９から約０．８６まで増加することは、明らかである。
【００２６】
本明細書で使用されるように、単数形で列挙され、単語「ａ」または「ａｎ」に続く要素またはステップは、そのような排除が明確に列挙されない限り、複数形の前記要素またはステップを排除しないと理解すべきである。本明細書で述べられかつ／または例示される構成部品およびシステムを設計しかつ／または製造する要素／構成部品／ステップその他を導入するとき、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」および「ｓａｉｄ」は、要素（複数可）／構成部品（複数可）／その他の１つまたは複数があることを意味することが意図されている。術語「備える」、「含む」および「有する」は、包括的であり、記載される要素（複数可）／構成部品（複数可）／その他以外の追加の要素（複数可）／構成部品（複数可）／その他があってもよいことを意味することが意図されている。その上、本発明の「一実施形態」への言及は、列挙される特徴もまた組み込む追加の実施形態の存在を排除すると解釈することは意図されていない。
【００２７】
本明細書で述べられる方法ならびにベーン、外側バンド、内側バンドおよびベーン区分などの品目は、タービンエンジンで使用される圧縮機との関連で述べられるけれども、本明細書で述べられるベーンおよびベーン区分ならびにそれらの製造または修理の方法は、圧縮機またはタービンエンジンに限定されないことがわかる。本明細書に含まれる図で例示されるベーンおよびベーン区分は、本明細書で述べられる特定の実施形態に限定されず、むしろこれらは、本明細書で述べられる他の構成部品から独立して、別々に利用できる。
【００２８】
本書は、例を使用し、最良の形態を含む本発明を開示し、また当業者なら誰でも本発明を作り、使用できるようにする。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に思い付く他の例を含んでもよい。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉とは異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文字通りの言葉とはごくわずかに異なる等価な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることが意図されている。
【００２９】
本明細書では本発明の好ましくかつ例示的な実施形態であると考えられるものが述べられたが、本発明の他の変更形態は、本明細書の教示から当業者には明らかであるものとし、従って、本発明の真の精神および範囲に入るすべてのそのような変更形態が添付の特許請求の範囲で確保されることが、望まれる。
【符号の説明】
【００３０】
１０ ガスタービンエンジンアセンブリ
１１ 長手方向軸
１２ コアガスタービンエンジン
１３ ファンアセンブリ
１４ 軸流高圧圧縮機
１５ バイパス空気流
１６ 燃焼器
１７ ファンブレード
１８ 高圧タービン
１９ 低圧タービン
２０ 圧縮システム
２１ 第１の圧縮機
２２ 第２の圧縮機
２３ 第１の流路
２４ 第２の流路
２５ コア空気流
２７ 第２のロータシャフト
２８ 第１のロータシャフト
２９ ロータディスク
３０ ダクト
３１ 内壁
３２ 外壁
３３ 第３の流路
３４ 入口部分
３５ 出口部分
３６ 入口面積
３７ 出口面積
３８ グースネックダクト
４０ ブースタ
４１ ロータハブ
４４ ブースタ出口案内ベーン
４５ ハブ部分
４６ 支柱
４７ 入口端部
４８ 出口端部
５０ ブースタシステム
５３ 第１のピッチ線半径
５４ 第２のピッチ線半径
５５ 最初のロータ段
５６ 最初のロータブレード
５７ 最後のロータ段
５８ 最後のロータブレード
６０ プラズマアクチュエータ
６１ プラズマアクチュエータ
６２ プラズマアクチュエータ
６３ プラズマアクチュエータ
６４ 第１の電極
６５ 誘電材料
６６ 第２の電極
６７ 第１の電極の縁
６８ 溝
６９ 第２の電極によって投影される面積
７０ ＡＣ電力供給部
７１ 入口外半径
７２ 出口外半径
７６ 軸方向後部距離
８０ プラズマ
９０ 従来の流路
９１ プラズマアクチュエータが励起されないときの半径方向圧力分布
９２ プラズマアクチュエータが励起されるときの半径方向圧力分布
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向軸を有するロータハブの周りに円周方向に離間された複数の最初のロータブレードを備え、前記長手方向軸から延びる第１のピッチ線半径を有する最初のロータ段と、
前記最初のロータ段から軸方向後部に位置する最後のロータ段であって、前記長手方向軸の周りに円周方向に離間された複数の最後のロータブレードを備え、前記長手方向軸から延びる第２のピッチ線半径を有する最後のロータ段と、
前記最後のロータ段から軸方向後部に位置し、空気流を受け取ることが可能なグースネックダクトであって、入口端部、および前記入口端部から軸方向後部に、ある距離で位置する出口端部を備え、少なくとも１つのプラズマアクチュエータが中に取り付けられているグースネックダクトとを備えるブースタシステム。
【請求項２】
前記第２のピッチ線半径と前記第１のピッチ線半径との比が、少なくとも０．９である、請求項１記載のブースタシステム。
【請求項３】
前記グースネックダクトが、軸方向に弓形の内壁および軸方向に弓形の外壁、前記長手方向軸と前記入口端部の前記外壁との間に延びる入口外半径、ならびに前記長手方向軸と前記出口端部の前記外壁との間に延びる出口外半径を備え、前記出口外半径に対する前記入口外半径の比が、少なくとも０．９である、請求項１記載のブースタシステム。
【請求項４】
前記第２のピッチ線半径と前記第１のピッチ線半径との比が、少なくとも０．９である、請求項３記載のブースタシステム。
【請求項５】
前記入口端部が、ある入口面積を有し、前記出口端部が、前記入口面積より大きい出口面積を有する、請求項２記載のブースタシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つのプラズマアクチュエータが、前記内壁に位置する、請求項２記載のブースタシステム。
【請求項７】
前記少なくとも１つのプラズマアクチュエータが、前記外壁に位置する、請求項２記載のブースタシステム。
【請求項８】
前記最後のロータ段と前記グースネックダクトとの間に位置する出口案内ベーンをさらに備え、前記出口案内ベーンが、ハブ部分に位置するプラズマアクチュエータを有する前記ハブ部分から半径方向外側に延びる、請求項２記載のブースタシステム。
【請求項９】
前記プラズマアクチュエータが、長手方向軸の周りに円周方向に連続的である、請求項２記載のブースタシステム。
【請求項１０】
長手方向軸の周りに円周方向に配置される複数のプラズマアクチュエータをさらに備える、請求項２記載のブースタシステム。
【請求項１１】
前記プラズマアクチュエータが、誘電材料によって分離される第１の電極および第２の電極を備える、請求項２記載のブースタシステム。
【請求項１２】
高電圧ＡＣ電位を前記第１の電極および前記第２の電極に供給するために前記第１の電極および前記第２の電極に接続されるＡＣ電力供給部をさらに備える、請求項１１記載のブースタシステム。
【請求項１３】
プラズマアクチュエータを有するブースタシステムを備えるガスタービンエンジンを運転する方法であって、ブースタロータ段から軸方向後部に位置するグースネックダクト中で壁に沿ってプラズマを形成するステップを含む方法。
【請求項１４】
ＡＣ電位を誘電材料によって分離される第１の電極および第２の電極に供給するステップをさらに含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記ＡＣ電位を前記第１の電極および前記第２の電極に連続的に供給するステップをさらに含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
エンジン運転範囲の選択された部分の間、前記ＡＣ電位を遮断するステップをさらに含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
ＡＣ電位を複数の電極に供給することによって複数のプラズマアクチュエータを選択的に励起するステップをさらに含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１８】
前記ブースタシステムが、最初のロータ段についての第１のピッチ線半径および前記最初のロータ段から軸方向後部に位置する最後のロータ段についての第２のピッチ線半径を備え、前記第２のピッチ線半径と前記第１のピッチ線半径との比が、少なくとも０．９である、請求項１３記載の方法。
【請求項１】
長手方向軸を有するロータハブの周りに円周方向に離間された複数の最初のロータブレードを備え、前記長手方向軸から延びる第１のピッチ線半径を有する最初のロータ段と、
前記最初のロータ段から軸方向後部に位置する最後のロータ段であって、前記長手方向軸の周りに円周方向に離間された複数の最後のロータブレードを備え、前記長手方向軸から延びる第２のピッチ線半径を有する最後のロータ段と、
前記最後のロータ段から軸方向後部に位置し、空気流を受け取ることが可能なグースネックダクトであって、入口端部、および前記入口端部から軸方向後部に、ある距離で位置する出口端部を備え、少なくとも１つのプラズマアクチュエータが中に取り付けられているグースネックダクトとを備えるブースタシステム。
【請求項２】
前記第２のピッチ線半径と前記第１のピッチ線半径との比が、少なくとも０．９である、請求項１記載のブースタシステム。
【請求項３】
前記グースネックダクトが、軸方向に弓形の内壁および軸方向に弓形の外壁、前記長手方向軸と前記入口端部の前記外壁との間に延びる入口外半径、ならびに前記長手方向軸と前記出口端部の前記外壁との間に延びる出口外半径を備え、前記出口外半径に対する前記入口外半径の比が、少なくとも０．９である、請求項１記載のブースタシステム。
【請求項４】
前記第２のピッチ線半径と前記第１のピッチ線半径との比が、少なくとも０．９である、請求項３記載のブースタシステム。
【請求項５】
前記入口端部が、ある入口面積を有し、前記出口端部が、前記入口面積より大きい出口面積を有する、請求項２記載のブースタシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つのプラズマアクチュエータが、前記内壁に位置する、請求項２記載のブースタシステム。
【請求項７】
前記少なくとも１つのプラズマアクチュエータが、前記外壁に位置する、請求項２記載のブースタシステム。
【請求項８】
前記最後のロータ段と前記グースネックダクトとの間に位置する出口案内ベーンをさらに備え、前記出口案内ベーンが、ハブ部分に位置するプラズマアクチュエータを有する前記ハブ部分から半径方向外側に延びる、請求項２記載のブースタシステム。
【請求項９】
前記プラズマアクチュエータが、長手方向軸の周りに円周方向に連続的である、請求項２記載のブースタシステム。
【請求項１０】
長手方向軸の周りに円周方向に配置される複数のプラズマアクチュエータをさらに備える、請求項２記載のブースタシステム。
【請求項１１】
前記プラズマアクチュエータが、誘電材料によって分離される第１の電極および第２の電極を備える、請求項２記載のブースタシステム。
【請求項１２】
高電圧ＡＣ電位を前記第１の電極および前記第２の電極に供給するために前記第１の電極および前記第２の電極に接続されるＡＣ電力供給部をさらに備える、請求項１１記載のブースタシステム。
【請求項１３】
プラズマアクチュエータを有するブースタシステムを備えるガスタービンエンジンを運転する方法であって、ブースタロータ段から軸方向後部に位置するグースネックダクト中で壁に沿ってプラズマを形成するステップを含む方法。
【請求項１４】
ＡＣ電位を誘電材料によって分離される第１の電極および第２の電極に供給するステップをさらに含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記ＡＣ電位を前記第１の電極および前記第２の電極に連続的に供給するステップをさらに含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
エンジン運転範囲の選択された部分の間、前記ＡＣ電位を遮断するステップをさらに含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
ＡＣ電位を複数の電極に供給することによって複数のプラズマアクチュエータを選択的に励起するステップをさらに含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１８】
前記ブースタシステムが、最初のロータ段についての第１のピッチ線半径および前記最初のロータ段から軸方向後部に位置する最後のロータ段についての第２のピッチ線半径を備え、前記第２のピッチ線半径と前記第１のピッチ線半径との比が、少なくとも０．９である、請求項１３記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２０１２−５１４７１７（Ｐ２０１２−５１４７１７Ａ）
【公表日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４５４０３（Ｐ２０１１−５４５４０３）
【出願日】平成２２年１月６日（２０１０．１．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２０２１３
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０８０７９８
【国際公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月６日（２０１０．１．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２０２１３
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０８０７９８
【国際公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]