(57)【要約】【課題】動翼がＣＭＣ等の脆性材料から成る場合にも低圧シャフト破断時の過回転を防止し得る構造を備えた低圧タービンを提供する。【解決手段】低圧タービンは、複数の動翼を備える上流段と複数の静翼を備える下流段を含み、各動翼は、動翼翼部と、チップシュラウドと、プラットフォームとを備え、動翼翼部とプラットフォームはフィレット部を介して結合されており、各静翼は、静翼翼部と、インナーバンドと、を備え、インナーバンドの上流部はその径方向外面と内面がタービンの軸を含む断面において鋭角を成して先細りに形成されており、タービンの運転状態において、静翼翼部の前縁部とチップシュラウドの下流端面の間の軸方向距離と、インナーバンドの上流端面と動翼翼部の後縁部の間の軸方向距離は、同一に設定されており、かつ、インナーバンドの上流端面の径方向位置は、動翼のフィレット部の径方向外端部の径方向位置と一致している。【選択図】図２
2020041434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボファンエンジンの構成要素である低圧タービンであって、
前記低圧タービンは、作動流体の流れ方向において隣接して配置された上流段及び下流段を含み、
前記上流段及び前記下流段は、それぞれ複数の動翼及び複数の静翼を備え、
前記上流段の前記複数の動翼のそれぞれは、動翼翼部と、前記動翼翼部の径方向外端に結合されたチップシュラウドと、前記動翼翼部の径方向内端にフィレット部を介して結合されたプラットフォームと、を備え、
前記下流段の前記複数の静翼のそれぞれは、少なくとも１つの静翼翼部と、前記静翼翼部の径方向内端に結合されたインナーバンドと、を備え、
前記インナーバンドの上流部は先細りに形成され、かつ、その径方向外面と径方向内面が前記低圧タービンの軸を含む断面において鋭角を成しており、
前記低圧タービンの運転状態において、
前記静翼翼部の前縁部と前記チップシュラウドの下流端面の間の軸方向距離と、前記インナーバンドの上流端面と前記動翼翼部の後縁部の間の軸方向距離は、同一に設定されており、かつ、
前記インナーバンドの前記上流端面の径方向位置は、前記動翼の前記フィレット部の径方向外端部の径方向位置と一致している、低圧タービン。
【請求項２】
前記低圧タービンの運転状態において、
前記静翼翼部の前記前縁部のうち、前記チップシュラウドの前記下流端面と軸方向に対向する部位は、前記低圧タービンの軸を含む平面において、前記チップシュラウドの前記下流端面と平行に形成されている、請求項１に記載の低圧タービン。
【請求項３】
前記動翼はＣＭＣ製であり、前記静翼は金属製である、請求項１または２に記載の低圧タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ターボファンエンジンの構成要素である低圧タービン、特に、低圧タービンによって回転駆動されるファン及び圧縮機と当該低圧タービンとを連結するシャフトが何らかの原因で破断した場合であっても、回転数が過剰に上昇すること（過回転）を防止し得る構造を備えた低圧タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボファンエンジンＴＦは、図１に示すように、最前部に配置されたファンＦと、ファンＦの後方にこれと同軸に配置されたコアエンジンＣＥと、から構成されている。
【０００３】
２軸のターボファンエンジンＴＦの場合、コアエンジンＣＥは、前部（上流側）から後部（下流側）へ向かって順に、低圧圧縮機ＬＣ、高圧圧縮機ＨＣ、燃焼器ＣＢ、高圧タービンＨＴ及び低圧タービンＬＴを備えている。そして、高圧タービンＨＴのロータ（高圧タービンロータ）ＨＴｒは高圧シャフトＨＳを介して高圧圧縮機ＨＣのロータ（高圧圧縮機ロータ）ＨＣｒと、低圧タービンＬＴのロータ（低圧タービンロータ）ＬＴｒは低圧シャフトＬＳを介してファンＦのロータ（ファンロータ）Ｆｒ及び低圧圧縮機ＬＣのロータ（低圧圧縮機ロータ）ＬＣｒと、それぞれ連結されている。
【０００４】
ターボファンエンジンＴＦの運転中、ファンＦにより吸い込まれ圧縮された空気の一部はコアエンジンＣＥに流入し、残部はコアエンジンＣＥをバイパスして後方へ排出され、推力の大部分の発生に寄与する。
【０００５】
コアエンジンＣＥに流入した空気は、低圧圧縮機ＬＣ及び高圧圧縮機ＨＣにおいて順次圧縮された後、燃焼器ＣＢに流入する。燃焼器ＣＢにおいて、流入する空気中に噴射された燃料の燃焼によって生じた燃焼ガスは、高圧タービンＨＴ及び低圧タービンＬＴにおいて順次膨張した後、ターボファンエンジンＴＦの後方へ排出される。
【０００６】
燃焼ガスが高圧タービンＨＴで膨張する際にした仕事により発生するトルクは、高圧タービンロータＨＴｒから高圧シャフトＨＳを経て高圧圧縮機ロータＨＣｒに伝達される。同様に、燃焼ガスが低圧タービンＬＴで膨張する際にした仕事により発生するトルクは、低圧タービンロータＬＴｒから低圧シャフトＬＳを経てファンロータＦｒ及び低圧圧縮機ロータＬＣｒに伝達される。
【０００７】
ところで、ターボファンエンジンＴＦの運転中、何らかの原因で低圧シャフトＬＳが破断すると、低圧タービンＬＴで発生したトルクが、上述したように低圧タービンロータＬＴｒからファンロータＦｒ及び低圧圧縮機ロータＬＣｒに伝達されなくなる。このため、当該トルクは、低圧タービンロータＬＴｒのみを回転させるために消費されることとなり、結果的に、低圧タービンロータＬＴｒの回転数が急激に上昇する。回転数の過剰な上昇（過回転）は、低圧タービンロータＬＴｒの構造健全性に悪影響を及ぼす過大な応力の発生を招くため、回避されなければならない。
【０００８】
そのため、低圧シャフトが破断した場合に、低圧タービンの動翼を静翼との接触を通じて意図的に破壊し、回転数の上昇を招くトルクが発生しないようにする設計（いわゆるタングリング設計）が、従来から採用されてきた。
【０００９】
タングリング設計を採用した低圧タービンにおいては、特定の段の静翼の翼部が、前方へ突出した部位を有する前縁を備えている。
【００１０】
ターボファンエンジンの運転中に低圧シャフトが破断すると、燃焼ガスの流れに起因して低圧タービンの動翼に作用する後向きの荷重によって、低圧タービンロータは全体として後方へ移動する。このとき、上述した段の一つ前の段に属する動翼（すなわち、上述した静翼の直上流に配置された動翼）の翼部の後部が、（前縁が前方へ突出した部位を中心として）上述した静翼の翼部の前部と接触する（より具体的には、動翼の回転運動によって、動翼の翼部の後部と静翼の翼部の前部との周方向の衝突が繰り返される）。その結果、当該動翼の翼部は、静翼との接触部を起点として変形を開始し、最終的には、大部分が破断し飛散するに至る。
【００１１】
このようにして、実質的に全ての動翼の翼部が失われると、当該動翼が属する段においては、もはやトルクは発生しなくなる。また、飛散した動翼の翼部は、後方に配置された静翼と衝突してこれを破損させ、あるいは、当該静翼の翼間通路を閉塞させたり、さらに後方に配置された動翼と衝突してこれを破損させ、あるいは、当該動翼の回転を阻害したりする可能性が高い。これらの事象を通じて低圧タービンの空力的な機能は大きく損なわれ、発生するトルクは大幅に低下し、あるいは、完全に失われる。その結果、低圧タービンロータの過回転は回避される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、航空機に搭載されるターボファンエンジンにおいては、徹底した軽量化が求められる。そのため、低圧タービンにおいては、従来は主流であった金属製の動翼に代えて、ＣＭＣ（Ceramic Matrix Composite；セラミック基複合材料）製の動翼を採用する試みがなされている。
【００１３】
ＣＭＣは、従来用いられていた金属と比較して、同等（またはそれ以上）の耐熱性及び強度を有していながら、密度が小さい。したがって、特に回転部材である動翼に適用した場合には、動翼自体の重量軽減に加えて、当該動翼を支持するディスクの重量軽減にも寄与するため、全体として大幅な軽量化が可能となる。
【００１４】
しかしながら、ＣＭＣ製の動翼を採用した低圧タービンに上述したタングリング設計を採用した場合、低圧シャフト破断時の動翼の破壊が、低圧タービンロータの回転数の上昇を抑制するのに十分な程度には行われないことが判明した。
【００１５】
すなわち、金属製の動翼においては、その翼部の後部が静翼の翼部の前部と接触すると、当該接触部を起点として開始された変形が、金属の延性に起因して翼部全体に伝播してゆく。その結果、動翼の翼部は、上述したように、最終的に大部分が破断し飛散する。
【００１６】
一方、ＣＭＣ製の動翼においては、その翼部の後部が静翼の翼部の前部と接触しても、翼部の破壊は当該接触部のみが欠損するような態様に留まる。これは、ＣＭＣが脆性材料であることに起因する。そのため、金属製の動翼のように、接触部を起点とする変形が翼部全体に伝播し、翼部の大部分が破断し飛散することは期待できない。そして、上述したような翼部の部分的な破壊のみによっては、発生するトルクを低圧タービンロータの回転数の上昇を抑制するのに十分な程度にまで低下させることは不可能である。
【００１７】
本開示は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであって、動翼の材料としてＣＭＣのような脆性材料を適用した場合であっても、低圧シャフトの破断時における過回転を防止し得る構造を備えた低圧タービンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、本開示の低圧タービンは、ターボファンエンジンの構成要素であって、作動流体の流れ方向において隣接して配置された上流段及び下流段を含み、前記上流段及び前記下流段は、それぞれ複数の動翼及び複数の静翼を備え、前記上流段の前記複数の動翼のそれぞれは、動翼翼部と、前記動翼翼部の径方向外端に結合されたチップシュラウドと、前記動翼翼部の径方向内端にフィレット部を介して結合されたプラットフォームと、を備え、前記下流段の前記複数の静翼のそれぞれは、少なくとも１つの静翼翼部と、前記静翼翼部の径方向内端に結合されたインナーバンドと、を備え、前記インナーバンドの上流部は先細りに形成され、かつ、その径方向外面と径方向内面が前記低圧タービンの軸を含む断面において鋭角を成しており、前記低圧タービンの運転状態において、前記静翼翼部の前縁部と前記チップシュラウドの下流端面の間の軸方向距離と、前記インナーバンドの上流端面と前記動翼翼部の後縁部の間の軸方向距離は、同一に設定されており、かつ、前記インナーバンドの前記上流端面の径方向位置は、前記動翼の前記フィレット部の径方向外端部の径方向位置と一致している。
【発明の効果】
【００１９】
本開示の低圧タービンによれば、動翼の材料としてＣＭＣのような脆性材料を適用した場合であっても、低圧シャフトの破断時における過回転を防止することができるという、優れた効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本開示の低圧タービンを構成要素として含む２軸のターボファンエンジンの概略側断面図である。
【図２】本開示の低圧タービンのうち、低圧シャフトの破断時における過回転を防止するための構造を備えた動翼及び静翼の形状、並びに、運転状態における両翼の相対的な位置関係を示す概略説明図である。
【図３】低圧シャフト破断後における図２の動翼及び静翼の状況を示す概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本開示の低圧タービンＬＴを構成要素として含む２軸のターボファンエンジンＴＦの概略側断面図である。
【００２３】
低圧タービンＬＴは、そのロータ（低圧タービンロータ）ＬＴｒが、低圧シャフトＬＳを介してファンＦのロータ（ファンロータ）Ｆｒ及び低圧圧縮機ＬＣのロータ（低圧圧縮機ロータ）ＬＣｒと連結されている。
【００２４】
図２は、本開示の低圧タービンＬＴのうち、低圧シャフトＬＳの破断時における過回転を防止するための構造（以下、「過回転防止構造」と称する。）を備えた動翼及び静翼の形状、並びに、運転状態における両翼の相対的な位置関係を示す図である。また、図３は、低圧シャフトＬＳの破断後における図２の動翼及び静翼の状況を示す概略説明図である。なお、両図における上下方向、左右方向は、それぞれ低圧タービンＬＴの径方向Ｒ、軸方向Ｚである（図２中の矢印参照）。また、以下において「外」及び「内」は、特に断らない限り径方向Ｒにおける「外」及び「内」を示すものとする。
【００２５】
低圧タービンＬＴは、過回転防止構造を備えた動翼１０及び静翼２０がそれぞれ属する上流段ＳＵ及び下流段ＳＤを含む複数の段を有している。なお、上流段ＳＵは、複数の動翼１０と、当該動翼１０の上流側（前側）に配置された複数の静翼ＳＶとから構成されており、下流段ＳＤは、複数の静翼２０と、当該静翼２０の下流側（後側）に配置された複数の動翼ＲＢとから構成されている。また、上流段ＳＵと下流段ＳＤは、作動流体である燃焼ガスの流れ方向において隣接して配置されている。
【００２６】
動翼１０は、ＣＭＣ製であって、翼部（動翼翼部）１０Ａと、当該翼部１０Ａの外端及び内端にそれぞれ結合されたチップシュラウド１０Ｔ及びプラットフォーム１０Ｐと、を備えている。動翼１０は、さらに、プラットフォーム１０Ｐの内側に、外側から順にシャンク１０Ｓ及びダブテール１０Ｄを備えている。
【００２７】
翼部１０Ａは、主流流路（作動流体である燃焼ガスの流路）を横断して延びる部位であり、翼型の断面形状を有している。翼部１０Ａは、上流側に配置された静翼ＳＶから流出する燃焼ガスを転向させることにより、燃焼ガスから周方向の反力を受け、この反力によるトルクが低圧タービンロータＬＴｒを回転させる。
【００２８】
チップシュラウド１０Ｔは、翼部１０Ａの外端（チップ部）に結合された板状の部位であって、その外面にはシールフィン１０ＴＳが設けられている。
【００２９】
チップシュラウド１０Ｔは、全ての動翼１０が低圧タービンＬＴに組み付けられた状態において、全体としてリングを形成するような形状を有しており、このとき、チップシュラウド１０Ｔの内面は主流流路の外壁を形成する。
【００３０】
また、隣り合う動翼１０のチップシュラウド１０Ｔは、低圧タービンＬＴの運転状態において、遠心力による翼部１０Ａの捩り変形に伴って、その周方向の所定の端面同士が接触するように構成されている。これにより、隣り合う動翼１０はその外端において互いに拘束された状態となり、互いに接触した端面における摩擦力が減衰力として作用することにより、翼部１０Ａの過大な振動が抑制される。
【００３１】
さらに、チップシュラウド１０Ｔの外面に設けられたシールフィン１０ＴＳも、全ての動翼１０が低圧タービンＬＴに組み付けられた状態において、全体としてリングを形成するような形状を有しており、当該リングはラビリンスシールのフィンとして作用する。これにより、チップシュラウド１０Ｔの外側を迂回して（すなわち、翼部１０Ａによって構成される翼列を通過することなく）動翼１０の上流側から下流側へ漏れる燃焼ガスの量が低減される。
【００３２】
プラットフォーム１０Ｐは、翼部１０Ａの内端（ハブ部）に結合された板状の部位である。プラットフォーム１０Ｐは、全ての動翼１０が低圧タービンＬＴに組み付けられた状態において、全体としてリングを形成するような形状を有しており、このとき、プラットフォーム１０Ｐの外面は主流流路の内壁を形成する。
【００３３】
プラットフォーム１０Ｐと翼部１０Ａとは、応力集中を緩和するために、凹状の曲面として形成されたフィレット部１０Ｆを介して結合されている。
【００３４】
ダブテール１０Ｄは、動翼１０の内端の部位であり、シャンク１０Ｓによってプラットフォーム１０Ｐと結合されている。ダブテール（dovetail）１０Ｄは、通常、鳩（dove）の尾（tail）状、または、樅の木（またはクリスマスツリー）状の断面形状を有している。一方、低圧タービンロータＬＴｒを構成するディスク（図示省略）の外周面に設けられたスロットも、ダブテール１０Ｄと同様の断面形状を有しており、両断面形状は、互いに相補的なものとされている。動翼１０は、ディスクのダブテールスロットにダブテール１０Ｄが嵌め込まれることにより、ディスクに取り付けられる。
【００３５】
静翼２０は、耐熱合金等の金属製であって、少なくとも１つの翼部（静翼翼部）２０Ａと、当該翼部２０Ａの外端及び内端にそれぞれ結合されたアウターバンド２０Ｅ及びインナーバンド２０Ｉと、から成っている。
【００３６】
翼部２０Ａは、主流流路を横断して延びる部位であり、翼型の断面形状を有している。翼部２０Ａは、上流側に配置された動翼１０から流出する燃焼ガスを転向させつつ膨張させ、下流側に配置された動翼ＲＢに向けて送り出す機能を有している。
【００３７】
アウターバンド２０Ｅ及びインナーバンド２０Ｉは、それぞれ翼部２０Ａの外端及び内端に結合された板状の部位である。アウターバンド２０Ｅ及びインナーバンド２０Ｉは、いずれも、全ての静翼２０が低圧タービンＬＴに組み付けられた状態において、全体としてリングを形成するような形状を有している。そして、この状態においてアウターバンド２０Ｅの内面及びインナーバンド２０Ｉの外面は、それぞれ主流流路の外壁及び内壁を形成する。
【００３８】
アウターバンド２０Ｅは、一実施例において、その外面にフック２０ＥＨを備えており、当該フック２０ＥＨを介してケーシング（図示省略）に取り付けられる。
【００３９】
インナーバンド２０Ｉの上流部は、先細りに形成されており、かつ、その径方向外面２０ＩＥと径方向内面２０ＩＩが低圧タービンＬＴの中心軸を含む断面（図２に示された断面）において鋭角θ（０°＜θ＜９０°）を成している。このように上流部が鋭く形成されたインナーバンド２０Ｉは、後述するように、低圧タービンＬＴの運転中にその前端面２０ＩＦが動翼１０の翼部１０Ａと接触した際、当該翼部１０Ａに切欠きを生ぜしめる作用を有している。
【００４０】
本開示の低圧タービンＬＴの動翼１０及び静翼２０は上述したような形状を有しているが、当該低圧タービンＬＴが、低圧シャフトＬＳの破断時に過回転を防止する作用（以下、「過回転防止作用」と称する。）を発揮するためには、動翼１０と静翼２０が低圧タービンＬＴの運転状態において所定の相対的な位置関係を満たすことが必要である。これについて、以下で詳述する。
【００４１】
動翼１０は、低圧タービンＬＴの運転中、主流流路を流れる高温の燃焼ガスからの伝熱に起因する熱膨張及び遠心力によってディスクが変形するのに伴い、軸方向及び径方向に変位する。また、静翼２０も、低圧タービンＬＴの運転中、主流流路を流れる高温の燃焼ガスからの伝熱に起因する熱膨張によってケーシングが変形するのに伴い、軸方向及び径方向に変位する。このように、動翼１０と静翼２０の軸方向及び径方向における相対的な位置関係は、低圧タービンＬＴの運転状態に応じて変化する。
【００４２】
したがって、本開示の低圧タービンＬＴが過回転防止作用を発揮するために動翼１０と静翼２０が満たすべき相対的な位置関係は、低圧タービンＬＴの特定の運転状態において規定される必要がある。
【００４３】
この特定の運転状態（以下、「設計点状態」と称する。）は、例えば、ターボファンエンジンＴＦの最大離陸レーティングに対応する運転状態とすることができる。これは、当該レーティングにおいては低圧タービンロータＬＴｒの回転数が非常に高く、過回転防止作用の必要性が高いからである。ただし、設計点状態を、例えば、最大上昇レーティング、最大巡航レーティング、最大連続レーティングなど、ターボファンエンジンＴＦの他のレーティングに対応する運転状態としてもよい。
【００４４】
動翼１０と静翼２０が、設計点状態において満たすべき相対的な位置関係は、以下の（１）及び（２）である。
（１）静翼２０の翼部２０Ａの前縁部２０ＬＥと動翼１０のチップシュラウド１０Ｔの後端面（下流端面）１０ＴＲの間の軸方向距離Ｄｔが、静翼２０のインナーバンド２０Ｉの前端面（上流端面）２０ＩＦと動翼１０の翼部１０Ａの後縁部１０ＴＥの間の軸方向距離Ｄｈと等しい。
（２）静翼２０のインナーバンド２０Ｉの前端面２０ＩＦの径方向Ｒにおける位置が、動翼１０のフィレット部１０Ｆの径方向外端部１０ＦＥの径方向Ｒにおける位置と一致している。
【００４５】
（１）の関係が満たされることにより、低圧シャフトＬＳが破断し、燃焼ガスの流れに起因して各段の動翼（動翼１０及び動翼ＲＢを含む）に作用する後向きの荷重によって低圧タービンロータＬＴｒが全体として後方へ移動した時、静翼２０の翼部２０Ａの前縁部２０ＬＥと動翼１０のチップシュラウド１０Ｔの後端面１０ＴＲ（以下、「外側接触部」と称する。）、静翼２０のインナーバンド２０Ｉの前端面２０ＩＦと動翼１０の翼部１０Ａの後縁部１０ＴＥ（以下、「内側接触部」と称する。）は、実質的に同時に接触を開始することになる。
【００４６】
また、（２）の関係が満たされることにより、上述したように静翼２０のインナーバンド２０Ｉの前端面２０ＩＦと動翼１０の翼部１０Ａの後縁部１０ＴＥが接触を開始した際、当該接触は、動翼１０のフィレット部１０Ｆの径方向外端部１０ＦＥにおいて生じる（図３参照）。この部位１０ＦＥは、換言すれば、翼部１０Ａの径方向内端部に相当し、フィレット部１０Ｆと比較して断面積の小さい部位であるため、低圧タービンロータＬＴｒの後方への移動が進むにつれ、静翼２０のインナーバンド２０Ｉの前端面２０ＩＦによって容易に切削され、そこに切欠きＮＴが生じることになる（図３参照）。
【００４７】
このとき、（１）の関係が満たされていることにより、静翼２０の翼部２０Ａの前縁部２０ＬＥは、低圧タービンロータの後方への移動が進むにつれて、動翼１０のチップシュラウド１０Ｔの後端面１０ＴＲに前向きの荷重Ｌｆを作用させることになる（図３参照）。
【００４８】
このように、動翼１０の翼部１０Ａの後縁部１０ＴＥの径方向内端部１０ＦＥには切欠きＮＴが生じ、それと同時に、動翼１０のチップシュラウド１０Ｔの後端面１０ＴＲには前向きの荷重Ｌｆが作用する。それにより、動翼１０の翼部１０Ａの後縁部１０ＴＥの径方向内端部１０ＦＥには、翼部１０Ａ及びチップシュラウド１０Ｔに作用する遠心力に起因する径方向応力と荷重Ｌｆに起因する曲げ応力とが合成された応力が作用し、当該応力は上述した切欠きＮＴの周囲で局所的に増大する（すなわち、応力集中が発生する）。その結果、動翼１０の翼部１０Ａは、最終的には、切欠きＮＴが生じた部位において破断し飛散するに至る。上述したように、切欠きＮＴが生じた部位は翼部１０Ａの径方向内端部に相当するため、当該破断及び飛散によって、実質的に翼部１０Ａの全てが失われることになる。
【００４９】
このようにして、全ての動翼１０の翼部１０Ａが失われると、上流段ＳＵにおいては、もはやトルクは発生しなくなる。また、動翼の翼部が飛散することによって後方の翼列の空力的な機能も損なわれる可能性が高い。これによって、低圧タービンＬＴの空力的な機能は大きく損なわれ、発生するトルクは大幅に低下する。その結果、低圧タービンロータＬＴｒの過回転は回避される。
【００５０】
なお、上述したように、発生するトルクの低下は、上流段ＳＵの動翼１０の翼部１０Ａの破断及び飛散のみならず、翼部１０Ａが飛散することによって後方の翼列の空力的な機能が損なわれることによっても生じる。したがって、過回転防止構造を備えた動翼１０及び静翼２０がそれぞれ属する上流段ＳＵ及び下流段ＳＤは、低圧タービンＬＴのなるべく上流側に配置することが望ましい。例えば、上流段ＳＵを低圧タービンＬＴの第１段とすることにより、最大の過回転防止作用が得られると考えられる。
【００５１】
また、設計点状態において上述した関係（１）を満たすよう動翼１０及び静翼２０を構成することにより、外側接触部と内側接触部における接触を実質的に同時に開始させるのは、低圧シャフトＬＳの破断から動翼１０の翼部１０Ａの破断及び飛散に至るまでの時間が、いずれかの接触部における接触を先行して開始させる場合と比較して短いことが、数値解析によって確認されたためである。
【００５２】
すなわち、本開示の低圧タービンＬＴにおいては、低圧シャフトＬＳの破断後、より迅速に、回転数の上昇を招くトルクの発生を停止させることができる。これにより、過回転に起因して低圧タービンロータＬＴｒの構造健全性に悪影響を及ぼす過大な応力が発生する可能性を、より低く抑えることができる。
【００５３】
なお、本開示の低圧タービンＬＴの設計にあたっては、当該低圧タービンＬＴの組み立て状態（停止状態）と設計点状態との間での各部材（動翼１０、静翼２０、ディスク、ケーシング等）の軸方向及び径方向の変位量を予め解析等により求めておき、設計点状態において上述した関係（１）及び（２）が満たされるような上記各部材の寸法を、ノミナル値として設定すればよい。換言すれば、上述した関係（１）及び（２）は、上記各部材がノミナル寸法を有している場合に厳密に満たされるものである。
【００５４】
なお、上述した関係（１）における軸方向距離Ｄｔの動翼１０側の基準は、厳密にはチップシュラウド１０Ｔの後端面１０ＴＲの径方向における中間位置とすることが望ましい。
【００５５】
また、上述した関係（１）における軸方向距離Ｄｈの静翼２０側の起点は、厳密にはインナーバンド２０Ｉの前端面２０ＩＦの径方向における内端部とすることが望ましい。同様に、上述した関係（２）において、動翼１０のフィレット部１０Ｆの径方向外端部１０ＦＥの径方向Ｒにおける位置と一致すべき静翼２０のインナーバンド２０Ｉの前端面２０ＩＦの部位は、当該前端面２０ＩＦの径方向Ｒにおける内端部とすることが望ましい。これにより、静翼２０のインナーバンド２０Ｉの前端面２０ＩＦ全体が、フィレット部１０Ｆと比較して断面積の小さい翼部１０Ａに接触することとなり、切欠きＮＴが確実に形成される。
【００５６】
なお、上述したように動翼１０の翼部１０Ａを確実に破断させるためには、静翼２０の翼部２０Ａの前縁部２０ＬＥが、動翼１０のチップシュラウド１０Ｔの後端面１０ＴＲに効率良く前向きの荷重Ｌｆを作用させ得ることが望ましい。そのために、静翼２０の翼部２０Ａの前縁部２０ＬＥのうち、低圧シャフトＬＳの破断後に動翼１０のチップシュラウド１０Ｔの後端面１０ＴＲと接触する部位（換言すれば、設計点状態において動翼１０のチップシュラウド１０Ｔの後端面１０ＴＲと軸方向に対向する部位）を、低圧タービンＬＴの中心軸を含む断面（図２に示された断面）において、動翼１０のチップシュラウド１０Ｔの後端面１０ＴＲと平行に形成することが望ましい。例えば、動翼１０のチップシュラウド１０Ｔの後端面１０ＴＲが径方向に対して平行に形成されている場合は、上述した部位も径方向に対して平行に形成するとよい。
【００５７】
また、空力性能の観点から、静翼２０の翼部２０Ａの前縁部２０ＬＥを上述したように形成することが望ましくない場合は、例えば、動翼１０のチップシュラウド１０Ｔの後端部に外側へ突出した部分を設けることにより、当該チップシュラウド１０Ｔの後端面１０ＴＲの径方向の長さを大きくしてもよい。この場合にも、動翼１０のチップシュラウド１０Ｔは、静翼２０の翼部２０Ａの前縁部２０ＬＥからの前向きの荷重Ｌｆを効率よく受けることができる。
【００５８】
なお、本開示は、動翼の材料としてＣＭＣのような脆性材料を適用した場合に生じる問題点を解決すべくなされたものであるが、動翼の材料として耐熱合金等の金属材料を適用した場合にも、上述したものと同様の作用・効果が得られると考えられる。
【００５９】
また、以上においては、本開示を２軸のターボファンエンジンの構成要素である低圧タービンに適用した例について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、３軸のターボファンエンジンの構成要素である中圧タービンにも、本開示を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１０      動翼
１０Ａ    翼部（動翼翼部）
１０Ｄ    ダブテール
１０Ｆ    フィレット部
１０ＦＥ  フィレット部の径方向外端部（翼部（動翼翼部）の径方向内端部）
１０Ｐ    プラットフォーム
１０Ｓ    シャンク
１０Ｔ    チップシュラウド
１０ＴＥ  翼部（動翼翼部）の後縁部
１０ＴＲ  チップシュラウドの後端面
１０ＴＳ  シールフィン
２０      静翼
２０Ａ    翼部（静翼翼部）
２０Ｅ    アウターバンド
２０ＥＨ  フック
２０Ｉ    インナーバンド
２０ＩＥ  インナーバンドの径方向外面
２０ＩＦ  インナーバンドの前端面
２０ＩＩ  インナーバンドの径方向内面
２０ＬＥ  翼部（静翼翼部）の前縁部
ＣＢ      燃焼器
ＣＥ      コアエンジン
Ｄｈ      軸方向距離
Ｄｔ      軸方向距離
Ｆ        ファン
Ｆｒ      ファンロータ
ＨＣ      高圧圧縮機
ＨＣｒ    高圧圧縮機ロータ
ＨＳ      高圧シャフト
ＨＴ      高圧タービン
ＨＴｒ    高圧タービンロータ
ＬＣ      低圧圧縮機
ＬＣｒ    低圧圧縮機ロータ
Ｌｆ      荷重
ＬＳ      低圧シャフト
ＬＴ      低圧タービン
ＬＴｒ    低圧タービンロータ
ＮＴ      切欠き
Ｒ        径方向
ＲＢ      動翼
ＳＤ      下流段
ＳＵ      上流段
ＳＶ      静翼
ＴＦ      ターボファンエンジン
Ｚ        軸方向
θ        鋭角
【図１】
2020041434.tif 000003
【図２】
2020041434.tif 000004
【図３】
2020041434.tif 000005