(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の回転するファン・ブレードを有するターボファン・エンジンの航空機ファン収容システムにおいて、前記収容システムは、
前記複数のファン・ブレードを取り囲む円筒形のケースを有し、この円筒形のケースは、前記ファン・ブレードの上流に位置する前方収容ゾーンと、前記前方収容ゾーンの下流に位置する面内収容ゾーンと、前記面内収容ゾーンの下流に位置する後方収容ゾーンと、前記後方収容ゾーンの下流に位置する後部支持ゾーンと、をそれぞれ備え、
前記ケースを取り囲む多重層の巻回衝撃織物を有し、前記ケースは、正三角形の関係をもってフランジの付いたリブの格子を有するアイソグリッドによって形成されると共に、各リブの外縁部にはフランジを有し、前記リブは、前記ケースの軸と平行及び前記軸と60゜の角度で延びており、
前記アイソグリッドの内縁部上のスキンを有し、これによって三角形のスキン・セグメントが前記リブの間に形成され、
前記スキン・セグメントの厚みは、前記面内収容ゾーンで最大となり、前記前方収容ゾーンと前記後方収容ゾーンでは、前記面内収容ゾーンよりも薄くなっていることを特徴とする収容システム。
【請求項２】
隣接するスキン・セグメント間では、前記スキンの厚さの差は30％を超えることがないことを特徴とする請求項１記載の収容システム。
【請求項３】
前記前方収容ゾーンは、厚さの異なる複数のスキン・セグメントを有することを特徴とする請求項２記載の収容システム。
【請求項４】
前記後方収容ゾーンは、厚さの異なる複数のスキン・セグメントを有することを特徴とする請求項３記載の収容システム。
【請求項５】
前記後部支持ゾーンのスキン・セグメントの厚さは、前記後方収容ゾーンのスキン・セグメントの厚さより薄いことを特徴とする請求項１記載の収容システム。
【請求項６】
連結する三角形の頂点に形成され、隣接するリブの深さと等しい厚さを有するノードと、
残存スキンを残して各ノード内に機械加工されたポケットと、を有し、
前記残存スキンの厚さは、円周方向で前記ポケットに沿って延びるスキン・セグメントのスキンの厚さと等しいことを特徴とする請求項１記載の収容システム。
【請求項７】
連結する三角形の頂点に形成され、隣接するリブの深さと等しい厚さを有するノードと、
残存スキンを残して各ノード内に機械加工されたポケットと、を有し、
前記残存スキンの厚さは、円周方向で前記ポケットに沿って延びるスキン・セグメントのスキンの厚さと等しいことを特徴とする請求項２記載の収容システム。
【請求項８】
連結する三角形の頂点に形成され、隣接するリブの深さと等しい厚さを有するノードと、
残存スキンを残して各ノード内に機械加工されたポケットと、を有し、
前記残存スキンの厚さは、円周方向で前記ポケットに沿って延びるスキン・セグメントのスキンの厚さと等しいことを更に特徴とする請求項３記載の収容システム。
【請求項９】
連結する三角形の頂点に形成され、隣接するリブの深さと等しい厚さを有するノードと、
残存スキンを残して各ノード内に機械加工されたポケットと、
によって構成され、
前記残存スキンの厚さは、円周方向で前記ポケットに沿って延びるスキン・セグメントのスキンの厚さと等しいことを特徴とする請求項５記載の収容システム。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、ターボファン・エンジンに関し、特に、破砕したファン・ブレードの収容構造に関する。
背景技術
ターボファン型航空機エンジンは、前端部に大型のファンを有している。これらは、毎分約3000回転の高速で回転している。
鳥、雹粒、または地上から吸い込んだ破片等の異物が時としてファン・ブレードに当たってブレードを破砕するおそれがある。このブレード破砕物は、約7Kg程度で毎秒930mで移動するものである。ブレードの破砕物を収容し、またケーシングを保持することが必須である。
代表的な収容構造は、エミールJ.プリモントに付与された「収容構造」という名称の米国特許番号第4,490,092号に開示されている。支持構造は、内部シートと外部シートとの間に「ｃ」型の補強材を有している。この構造は、ファンを取り囲み、多重層のケブラー製衝撃（ballistic）織物（KEVLAR、デュポン社の商標）を有している。この織物はテンションをかけて織り、支持構造を通過したブレードの破砕片を弾力的に収容する。
ブレードに当たってケーシングが分解したり崩壊することのないように破砕したブレードを収容することが大切である。収容構造は、軽量であることが重要である。
アイソグリッド（等グリッド）構造が周知であり、これは軽量で高い剛性を有しているので、宇宙船や航空機に使用されている。これらの構造は、片側にスキンを有するかまたは有さない補強部材の三角網によって構成されている。アイソグリッド構造は、一般的にターボファン用の収容構造の一部として使用されてきた。
発明の開示
円筒形のケースが航空機エンジンのターボファンのファン・ブレードを取り囲んでいる。このケースはブレードの上流に位置する前方収容ゾーンとブレードの面に実質的に位置する内面収容ゾーンを有している。後方収容ゾーンが面内収容ゾーンの下流に位置し、後部支持ゾーンが更に下流に位置している。このケーシングは、後部支持ゾーンの下流で支持されている。
ケブラー織物のような多重層の巻回衝撃織物が、ケーシングを取り囲んでいる。
ケーシングは、等角の三角形の関係、即ち正三角形状の関係でフランジの付いたリブの格子を有するアイソグリッドのパターンによって形成されている。フランジは、半径方向外縁部上に位置している。これらのリブは、ケースの軸と平行及び上記軸から60゜の角度で延びる。
一体構造のスキンが格子の半径方向内縁部に位置し、これによって、三角形のスキン・セグメントがリブの間に形成されている。スキン・セグメントは、面内収容ゾーンで厚さが最大となり、前方収容ゾーンと後方収容ゾーンの両方の厚さはこれよりも小さくなっている。
隣接するスキン・セグメントに於けるスキンの厚さの差は、30％より大きくはならない。
後部支持ゾーンのスキンの厚さはより小さいが、隣接するスキンとの差が50％より大きくはならない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、ガス・タービン・エンジンのターボファンの斜視図である。
第２図は、ファン・ブレードに対するケーシングの関係を示すケーシングの断面図である。
第３図は、アイソグリッドの図である。
第４図は、リブを示す第３図の４−４断面図である。
第５図は、軸方向に延びるリブの第３図の５−５断面図である。
第６図は、軸方向に延びるリブの間の第３図の６−６断面図である。
発明を実施するための最良の形態
第１図を参照して、ターボファン型航空機のガス・タービン・エンジン10は、前端部に複数の回転ファン・ブレード12を有している。直径が約2.4mのケース14は、支柱16によって支持されているこれらのブレードを取り囲んでいる。このケースはアイソグリッド構造20を有し、このアイソグリッド構造にはアルミ・シートの金属板18が接着され、これはケブラー織物のような多重衝撃巻回織物22によって取り囲まれている。このケースは、また半径方向内面に摩耗ストリップ24と消音用ハニカム26を含んでいる。
このケースは、前端部に気流用カウル（図示せず）を固定するフランジを有している。第２図は、ケーシング14のそのブレード12との関係を示す断面図である。
ケースの前端部には、ブレード12の上流である前方収容ゾーン30がある。このゾーンは、回転軸から測定した場合、スタッキング・ラインの前方に少なくとも15゜の角度で延びることが推奨される。
前方収容ゾーンの下流は、面内収容ゾーン32である。これはブレード12のゾーン内に十分延びるが、このブレードの後端迄ずっと延びる必要はない。
後方収容ゾーン34は、この面内収容ゾーンに続き、最終的に支持ゾーン36に連ながる。
第３図は、これらの同一のゾーンを示すアイソグリッドの図である。アイソグリッドは等角の三角形の形状で複数のリブ38によって構成する。収容ゾーン内に於けるこれらのリブはリブ40のようにケースの軸と平行に延びるか、または、リブ42のように、この軸に対して60゜の角度で延びている。
前方収容ゾーン、面内収容ゾーン及び後方収容ゾーンでは、ケースの軸に対して直角に円周方向に延びるリブは用いられない。なぜなら、これらのゾーンではブレード片がケーシングに侵入することが予期されるからである。このようにブレード片がケーシングに侵入すると、周方向のリブに沿って裂け目が形成されていき、ケーシングの完全な破損に至る可能性があることが知られている。
第４図から最もよく分かるように、各リブはアイソグリッドの半径方向外縁に位置するフランジ44によってフランジ止めされている。内側のスキン46は、リブ構造と一体になっている。
第３図に戻って、複数のスキンセグメント48が、リブによって形成されている。
種々のスキンセグメントは、遊離した断片が適切に収容されるようにしたうえで、なおかつ軽量化がなされるようにその厚みが変動されており、脱落したブレードの形成する孔の寸法を最小にし、且つ、衝撃や負荷の偏りが生じてもケーシングのクラックが最小に抑えられている。また、関心を払うべき問題は、巻回されている織物の負荷、保持負荷、及びブレード片の跳ね返りによる負荷、を受けた状況においてもケースが湾曲しないようにするための適切な剛性である。
共振マージンに対してもまた、適切なケースの剛性がなければならず、支柱からの片持ち負荷による湾曲を回避しなければならない。また、ファン・ブレードが失われることにより、ファンロータのバランスが崩れた状態となるが、このアンバランスとなったファン・ロータの支持面もまた、この構造により提供しなければならない。エンジンは、ケースを分解させることなく、惰性によって動作しながら停止することができなければならない。
前方のスキン・セグメント50は厚さが3.81mmであり、スキンのケーシング51の厚さは4.83mmである。ファンの収容ゾーンに接近するのに従って、スキンのケーシング・セグメント52の厚さは5.72mmになる。ケーシグ・セグメント53の後端部に向かって前進するのに従って、その厚さは4.83mmになり、セグメント54の厚さは3.81mmである。最後に、セグメント55と56の厚さは、それぞれ2.92mmと2.03mmである。
リブを挟んで隣接するスキン・セグメントは、ブレードの侵入にさらされる収容ゾーン内では、隣接するセグメントとの差が30％を超えることはない。このようなゾーンは、前方収容ゾーン、面内収容ゾーンと後方収容ゾーンである。後部支持ゾーンでは、隣接部分の厚さは、その変化量が50％を超えることはない。リブを挟んでの厚みの差が過剰に大きくなると、侵入したブレードによって形成された穴からクラックの線が発生し、この形成された穴が所望の大きさを超えてしまう。
三角形の頂点が接合する各ノード60は、ポケット62と共に機械加工されているが、残存スキン64を残している。これらのポケットに於けるスキンの厚さは、円周方向に並んでいるセグメントのスキンの厚さと同一であるのが好ましい。例えば、ポケット68のスキン66の厚さは4.83cmであり、これはスキン・セグメント53の厚さと同一である。
第５図は、複数のポケット62に沿って軸方向に延びるリブ70を示す。
第６図では、軸方向に延びるリブ、従ってリブ38とフランジ44の間で切断した断面を見ることができる。第３図と同じ参照番号を使用してスキンの厚さの変化を示している。
各ゾーン内の種々の厚さの部分によって、衝撃織物と共に遊離したブレード片をこの遊離したブレード片によって形成される孔の寸法を最小にしながら収容している。衝撃及び不均衡負荷の下で、クラックは最小にされている。十分なケースの剛性が存在し、これによって湾曲を防止すると共に共振縁部を設けている。支持面が設けられ、不均衡の存在する間中ファン・ロータのロータの揺動即ち揺らぎによる旋回を抑制している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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