(57)【要約】【課題】  向上した衝撃靭性を有しかつファン収容ケースにおける使用に適した複合構造が提供される。【解決手段】  複合構造（１０）は、複数の芯層（１２）と、これらの芯層（１２）のうちの隣接する芯層（１２）間に配置された複数の内部プライ（１４）であって、各プライ（１４）が有機マトリックス複合材から形成された複数の内部プライ（１４）と、芯層（１２）のうちの最も内側の芯層（１２）に隣接して配置された内皮（１６）と、芯層（１２）のうちの最も外側の芯層（１２）に隣接して配置された外皮（１８）と、を備える。好ましい実施態様において、芯層（１２）は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から作成されたハニカム材料から形成される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の芯層と、
これらの芯層のうちの隣接する芯層間に配置された複数の内部プライであって、各プライが有機マトリックス複合材から形成された複数の内部プライと、
芯層のうちの最も内側の芯層に隣接して配置された内皮と、
芯層のうちの最も外側の芯層に隣接して配置された外皮と、
を備えることを特徴とする複合構造。
【請求項２】
前記芯層のそれぞれは、ハニカム材料から形成されることを特徴とする請求項１記載の複合構造。
【請求項３】
前記ハニカム材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されることを特徴とする請求項２記載の複合構造。
【請求項４】
前記芯層のそれぞれは、発泡体材料から形成されることを特徴とする請求項１記載の複合構造。
【請求項５】
各前記芯層は、０．１から１．５インチの範囲の厚みを有しており、前記内部プライのそれぞれは、０．０８から０．２５インチの範囲の厚みを有することを特徴とする請求項１記載の複合構造。
【請求項６】
前記内皮および外皮のそれぞれは、有機マトリックス材料から形成されることを特徴とする請求項１記載の複合構造。
【請求項７】
前記有機マトリックス材料は、マトリックスに取り囲まれた複数の繊維を含んでおり、これらの繊維は、繊維ガラス、アラミド、炭素、およびこれらの混合物から成る群より選択されることを特徴とする請求項１記載の複合構造。
【請求項８】
前記マトリックスは、エポキシ、ビスマレイミド、ポリアミド樹脂、およびこれらの混合物から成る群より選択されることを特徴とする請求項７記載の複合構造。
【請求項９】
複数のブレードを有するファンと、
このファンを取り囲むファン収容ケースと、
を有するガスタービンエンジンであって、前記ファン収容ケースは、複数の芯層と、これらの芯層のうちの隣接する芯層間に配置された複数の内部プライであって、各プライが有機マトリックス複合材から形成された複数の内部プライと、芯層のうちの最も内側の芯層に隣接して配置された内皮と、芯層のうちの最も外側の芯層に隣接して配置された外皮と、を備える複合構造から形成されることを特徴とするガスタービンエンジン。
【請求項１０】
前記芯層のそれぞれは、アルミニウムまたはアルミニウム合金から作成されたハニカム材料から形成されることを特徴とする請求項９記載のガスタービンエンジン。
【請求項１１】
前記内皮および外皮のそれぞれは、有機マトリックス複合材から形成されることを特徴とする請求項１０記載のガスタービンエンジン。
【請求項１２】
前記複合構造を取り囲み、破損したファンブレード破片を保持する手段をさらに含むことを特徴とする請求項１１記載のガスタービンエンジン。
【請求項１３】
前記保持手段は、芳香族ポリアミド繊維材料から形成される複数のプライを含むことを特徴とする請求項１２記載のガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、ガスタービンエンジンの解放されたブレード破片（ｆｒａｇｍｅｎｔ）を収容するためのファン領域内の複合構造（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、前端に高速で回転する大きなファンを有する。ファンブレードが破損し、解放されると、破片は、高エネルギーの投射物（ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ）になる。これらの破片は、７キログラムと同じほど大きな重量となることがあり、約９．３０メートル毎秒の速度で移動することがある。これらのブレード破片を収容すること、およびファンおよびそのブレードを取り囲むケーシングの構造上の完全性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）を保持することは重要である。
【０００３】
通常の収容構造は、プレモント（Ｐｒｅｍｏｎｔ）の米国特許第４，４９０，０９２号に示されている。支持構造は、内側シュラウドと外側シュラウドとの間に“Ｃ”形状の補剛材（ｓｔｉｆｆｅｎｅｒ）を有する。この構造は、ファンを取り囲んでおり、複数層の織られたケブラー（ＫＥＶＬＡＲ）衝撃（ｂａｌｌｉｓｔｉｃ）織物を有する。この織物は、張力を掛けた状態で巻かれており、支持構造を通過するブレード破片を弾性的に収容するように機能する。
【０００４】
米国特許第４，４９０，０９２号の図１０〜図１５は、支持構造を通過しかつ衝撃織物により保持されるブレード破片のグラウンドトラック（ｇｒｏｕｎｄ  ｔｒａｃｋ）を例示している。ブレード破片は、後部成分を有しており、後部方向に移動し、それと共に衝撃織物を引っ張る。衝撃織物は、下流へと引っ張られ、この織物は、前方位置から開口部を覆う。この破損発生の間に、織物は時折、ブレードによって孔の中へと引き込まれる。織物のブレードとの相互作用により、さらなる損傷が生じる。
【０００５】
これは、大きなハニカム構造を作成しかつ布地のくぼみ（ｃｌｏｔｈ  ｗｅｌｌ）をロータから遠くに配置することにより従来回避されてきた。しかしながらこれは、収容構造の直径を増加させる。代替の方法は、織物を所定の位置に保持するのに機械的留め具を使用することであろうが、しかしながら、これは、負荷の集中および織物の破れに繋がり得るであろう。
【０００６】
カスプロー（Ｋａｓｐｒｏｗ）らの米国特許第５，５１６，２５７号は、イソグリッド（ｉｓｏｇｒｉｄ）支持構造を取り囲む複数の層から成る織られた繊維衝撃織物に関する。カフ（ｃｕｆｆ）部分は、主要な点より短い縦糸（ｗａｒｐ  ｔｈｒｅａｄ）を有しており、さらに、エポキシ樹脂で含浸されている。直径が、ブレード噴出の発生時に織物が後部へ移動するのを制限する。
【特許文献１】米国特許第４，４９０，０９２号明細書
【特許文献２】米国特許第５，５１６，２５７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらの構造およびその良好な特性の存在にもかかわらず、アッセンブリの重量を最小限に抑える目標が残っている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従って、本発明の目的は、衝撃投射物が衝突するとき最小の損傷を受けかつなお十分にケブラー外側覆い（ｗｒａｐ）を支持する、極めて軽量かつ剛性のある複合構造を提供することである。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、ファン収容ケースにおける使用に適した上述したような複合構造を提供することである。
【００１０】
上述した目的は、本発明の複合構造によって達成される。
【００１１】
本発明に従うと、ファン収容ケースにおける使用に適した複合構造が提供される。複合構造は概略、複数の芯層（ｃｏｒｅ  ｌａｙｅｒ）と、これらの芯層のうちの隣接する芯層間に配置された複数の内部プライであって、各プライが有機マトリックス複合材（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）から形成された複数の内部プライと、芯層のうちの最も内側の芯層に隣接して配置された内皮（ｉｎｎｅｒ  ｓｋｉｎ）と、芯層のうちの最も外側の芯層に隣接して配置された外皮（ｏｕｔｅｒ  ｓｋｉｎ）と、を備える。好ましい実施態様において、芯層は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から作成されたハニカム材料から形成される。
【００１２】
本発明の向上した衝撃靭性（ｂａｌｌｉｓｔｉｃ  ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ）を有する複合サンドイッチの他の詳細、および本発明に付随する他の目的および利点は、以下の詳細な説明中に、および同様の参照符号が同様の部材を図示している添付の図面中に述べられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１〜図３は、本発明に従う複合構造１０を例示する。複合構造１０は、複数の芯層１２と、複数の内部プライ層１４とを有しており、内部プライ１４は、芯層１２のうちの隣接する芯層間に配置される。各内部プライ層１４は、スクリム（ｓｃｒｉｍ）に支持された接着剤などといった当業技術内で知られる任意の適切な接着剤によって芯層１２のうちの隣接する芯層に結合されることができる。スクリム支持接着剤は、芯１２と層１４に使用される任意の炭素構造との間のガルヴァニック（ｇａｌｖａｎｉｃ）反応を防止することになるので、好ましい接着剤である。
【００１４】
芯１２は、ハニカム材料または発泡体（ｆｏａｍ）材料から形成できる。適切なハニカム材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されたハニカム材料である。ハニカム材料の壁は、任意の適切な厚みを有することができる。
【００１５】
内部プライ１４はそれぞれ好ましくは、有機マトリックス複合材（ｏｒｇａｎｉｃ  ｍａｔｒｉｘ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）（ＯＭＣ）から形成される。ＯＭＣは、高い  引張り強さを提供する繊維と、これらの繊維を互いに結合するマトリックス材料とから作成される。繊維の配向は、それらが、必要な構造と荷重経路とをケースに提供するようなものとする。ＯＭＣ材料に使用され得る適切な繊維としてはとりわけ、繊維ガラス（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ）、アラミドおよび／または炭素繊維が挙げられる。マトリックスは、エポキシ、ビスマレイミド（ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ）、およびポリアミド樹脂、およびこれらの混合物から成る群より選択される材料とすることができる。上述した繊維およびマトリックス材料は、用途に必要とされる強度および温度によって材料の選択が決められる任意の組み合わせで使用できる。
【００１６】
各層１２の厚みは、使用される層の数と必要とされる構造の剛性とに基づく。各層１２を形成する材料の密度の選択を所望の層の厚みに釣り合わせるのが望ましい。本発明の複合サンドイッチ構造の各層１２に適した厚みは、０．１から１．５インチの範囲である。
【００１７】
各ＯＭＣ層１４の厚みは、構造に必要とされる剛性／強度と、投射物が個々の層を通過するときに構造に付与するエネルギー量とによって決定される。層１４が厚くなればなるほど、より大きなエネルギーが投射物から構造内へと移動し、従って、より大きな損傷が、全体として構造に引き起こされる。良好な一例としては、２２口径の銃弾を閉じた電話帳に撃ち込む場合、銃弾は、そのエネルギーの全てを電話帳に付与することになり、最後までは通過しない、ということがある。全ての頁を互いにほんの２、３ミリメートルだけ離間させた場合、銃弾は、電話帳を最後まで容易に通過することになる。これは、エネルギー移動の結果である。本発明の複合サンドイッチにおいて、各ＯＭＣ層は、必要とされる剛性と許容可能なエネルギー移動とに基づいて、０．０８インチから０．２５インチの範囲の厚みを有することができる。
【００１８】
層１２および１４に加えて、複合構造１０は、内皮１６と外皮１８とを有する。内皮１６および外皮１８は好ましくはそれぞれ、上述した同じＯＭＣ材料から形成される。内皮１６および外皮１８は、０．０８インチから０．２５インチの範囲の厚みを有する。
【００１９】
図１をここで参照すると、ガスタービンエンジンのファン収容ケース３０が例示される。ケース３０は、ファンと、このファンを形成する複数のブレード３２とを取り囲む。ケース３０は、本発明の複合構造１０を組み込む。ケース３０は、音響処理と、内皮１６に付着されるその他の構造（図示せず）とを有することができる。内部構造は、当業技術内で知られる任意の適切な材料から形成することができる。また、ケースは好ましくは、複合構造１０の外皮１８を取り囲む芳香族ポリアミド繊維覆い２０を有する。覆い２０は、ケブラーなどの芳香族ポリアミド繊維から成る複数のプライ、すなわち張力を掛けて巻かれる材料を含む。投射物が複合構造１０を通過した後に、覆い２０は、圧縮荷重を供給することになり、この圧縮荷重は、複合構造１０の層１２内に剪断を生成することになる。さらに、複合構造１０は、なお回転しているファン３２の不均衡から生じる振動荷重（ｓｈａｋｉｎｇ  ｌｏａｄ）を受けることになる。
【００２０】
本発明の複合構造１０における複数の薄い層１２の使用は、層１２を形成する材料の剪断強度が厚みの低下とともに増加するという事実を利用している。本発明の複合構造設計のさらなる利点は、ＯＭＣの薄い層のうちの一つを通って伝播する割れが、図２および図３に示す、より厚いフランジ領域３４への移動に必要なエネルギーを有することはない、ということである。
【００２１】
本発明の複合構造は、多数の利点を有する。例えば、交互配置（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅ）された内部プライ１４は、芯１２の剪断能力を向上させる強化プライとして機能する。さらに、複合構造は、解放されたブレードにより生成された孔の周りの複数の荷重経路による向上した損傷耐性を有する。なおさらに、本発明の複合構造は、大きな重量削減を提供し、また、高度に自動化されたプロセスで容易に製造できる。本発明の複合構造は、衝撃投射物が衝突したときに最小の損傷を受けることになる極めて剛性のある構造である。ＯＭＣ材料の個々の層を薄く保持することにより、各層におけるエネルギー移動量が最小限に抑えられる。
【００２２】
本発明の複合構造は、ファン収容ケースに特に有用性を有するとはいえ、付加された衝撃靭性（ｉｍｐａｃｔ  ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ）が望まれる任意の領域において使用できる。このような領域としてはとりわけ、構造フェアリング（ｆａｉｒｉｎｇ）、ナセル、および軍用機体が挙げられる。
【００２３】
本発明に従うと、ここで先に述べた目的、手段、および利点を十分に満足させる、向上した衝撃靭性を有する複合サンドイッチが提供された。本発明は、その特定の実施態様の文脈において説明したが、他の代替例、変更例、および変形例が、上述の説明を読んだ当業者には明らかとなるであろう。従って、添付の請求項の広い範囲に含まれるように、これらの代替例、変更例、および変形例を含むことが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ファン収容ケースに組み込むことができる本発明に従う複合構造の拡大断面図である。
【図２】本発明の複合構造を組み込むガスタービンエンジンのファン収容ケースの断面図である。
【図３】本発明の複合構造を組み込むガスタービンエンジンのファン収容ケースの断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０…複合構造
１２…芯層
１４…内部プライ
１６…内皮
１８…外皮
２０…覆い
３０…ファン収容ケース
３２…ブレード
３４…フランジ領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006130919.tif 000005