(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、前記収容ゾーン内では、前記ケースの軸と平行あるいは前記軸から60゜の角度でのみ延びており、
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、前記収容ゾーンで最大となり、前記後部支持ゾーンでは薄くなっており、
前記後部支持ゾーン内に周方向リブを有することを特徴とする収容システム。
【請求項２】
前記周方向リブは、前記後部支持ゾーン内で、前記正三角形の頂点を通過してのび、これにより、前記スキン・セグメントは直角三角形に分割されている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】
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、前記収容ゾーン内では、前記ケースの周方向にのびるリブはなく、
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、前記収容ゾーンで最大となり、前記後部支持ゾーンでは薄くなっており、
前記後部支持ゾーン内には、周方向リブと、角度のつけられたリブと、がそれぞれ設けられていること、を有することを特徴とする収容システム。
【請求項４】
前記周方向リブは、前記後部支持ゾーン内で、前記正三角形の頂点を通過してのび、これにより、前記スキン・セグメントは直角三角形に分割されていることを特徴とする請求項１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程度であり、毎秒930mで移動する。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。このケーシングは、ケースへの織物の拘束力及び反発力のピークとなる侵入ゾーンの後方において、破壊されやすい。また、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
航空機エンジンのターボファンのファン・ブレードは、円筒形のケースにより取り囲まれる。このケースは、ブレードの上流に位置して実質的にブレード平面内にある収容ゾーンを有し、このブレードの平面の下流には、後部支持ゾーンがさらに下流に設けられている。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、収容ゾーン内で、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、収容ゾーンで厚さが最大となり、後部支持ゾーンの厚さはこれよりも小さくなっている。周方向のリブは、後部にのみ配置される。
【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、また半径方向内側に摩耗ストリップ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（32、34、36）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、遊離した断片を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。ケーシング・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より大きくなってしまう。
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。
このケースは、ブレードの一つが破断した際に、ブレードの断片を収容して保持するためのものである。万一、ブレードを収容した結果、収容体が破壊されてしまうと、破壊された収容体が、残っているブレードとさらに相互作用を引き起こし、大きな損傷を招くことになる。
このケースは、破壊に至りかねない幾つかの力がかかる。衝撃織物が脱落したブレードを捕獲すると、実質的に圧縮負荷がケースにかかる。ケースを貫通して織物に捕獲されたブレードは、後方に移動していく間に、実質的に、下流のケースの外面に対して衝突する。さらに、ケースは、後部位置で支持されており、支持体から片持ち式に支持されている。このこともまた、下流側の位置において歪み（buckling）を生じさせる。
従って、支持ゾーン36は、脱落したブレードにより穴があけられるおそれのある部位には設けられないものの、そのすぐ後流側に設けられている。このゾーンでは、周方向リブ76が設けられていて、直接ファンケースのアイソグリッドパターンに含まれている。このように、追加されたリブは周方向を向いていることから、ファンブレード断片を収容する場合にケースが歪まないように、さらなる強度が得られる。上記のように、この部位ではブレードの侵入のおそれはないので、周方向のクラッキングは問題とはならない。
【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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