(57)【要約】【課題】従来よりも有機基質複合材料の使用に好適である航空機エンジンのファンインレットケースおよびガイドベーンを防氷する軽量かつ低コストな手段が提供される。【解決手段】本発明のモジュラーファンインレット防氷システム１０は、中央リング１２、外側リング１４、および複数の支柱１６を備え、それぞれ少なくとも部分的に有機基質複合材料から形成される。溝２３を備えるシェル部材２２は、空力的な面を形成するように支柱１６に取外し可能に連結される。モジュールに破損、摩耗、空力的／構造的な変更が生じた場合には、シェル部材２２を容易に交換することができる。シェル部材２２は、一体的に成形された電熱ヒータエレメントを備える。電熱ヒータシステムにより、モジュラーファンインレットケースを防氷する十分に暖かい表面温度がもたらされる。さらに、本発明により、損傷許容性が向上するとともに軽量化が実現する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央リングと、
外側リングと、
前記中央リングに第１の端部が取付けられ、前記外側リングに第２の端部が取付けられた複数の支柱と、
複数のシェル部材と、
を備え、
前記複数のシェル部材の各々が、対応する支柱に取外し可能に連結される構造を有し、かつ電熱ヒータエレメントを備えることを特徴とするモジュラーファンインレット防氷システム。
【請求項２】
電熱ヒータエレメントをそれぞれ有する複数のインレットガイドベーンをさらに備える請求項１に記載のモジュラーファンインレット防氷システム。
【請求項３】
前記複数のシェル部材が、対応する支柱を覆う長手方向の溝をそれぞれ画定することを特徴とする請求項１に記載のモジュラーファンインレット防氷システム。
【請求項４】
前記中央リングが、有機基質複合材料から少なくとも部分的に形成されることを特徴とする請求項１に記載のモジュラーファンインレット防氷システム。
【請求項５】
前記外側リングが、有機基質複合材料から少なくとも部分的に形成されることを特徴とする請求項１に記載のモジュラーファンインレット防氷システム。
【請求項６】
前記複数の支柱が、有機基質複合材料から少なくとも部分的にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項１に記載のモジュラーファンインレット防氷システム。
【請求項７】
前記複数のシェル部材が、有機基質複合材料から少なくとも部分的にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項１に記載のモジュラーファンインレット防氷システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機エンジンの除氷システムに関し、特に、電熱インレット防氷システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ファンのモジュールコンポーネントは、高圧圧縮機から抽気される高温の空気により着氷から保護される。高温の空気は、マニホールドを介してファンインレットケースの支柱の中空のキャビティ内に供給されて、支柱およびノーズコーンを加熱する。最終的に、空気は、超音波ドリル加工された一連の孔（１つの支柱につき約２００個）を通ってインレットガイドベーンの正圧側上に高温の空気のフィルムを形成する。このシステムにより、エンジン性能の一部が使用されるだけでなく、有機基質（マトリックス）複合材料の適用能力が著しく制限される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ファンインレットケースの製造に用いられる現在の有機基質複合材料は、最大利用温度が３５０°Ｆ（約１７６．６°Ｃ）に制限されている。圧縮機からの排気は、エンジンの速度に応じて、前記制限温度よりも非常に高温になる。圧縮機の排出空気の温度が比較的低い（着氷状態で）地上でのアイドリング状態において、インレットガイドベーンの防氷のために要求される量の空気を流すことは、インレットケースマニホールド、支柱、配管およびバルブ内の屈曲した流路の制約により不可能である。最大出力時では、空気の温度が著しく高温になるため、インレットケースを過熱しないように空気流を減少させる必要がある。この空気流の減少により、高温の空気が低温過ぎてインレットガイドベーンを効果的に防氷できない温度まで冷却されてしまう。ファンの排出空気が高温空気と混合する場所におけるモジュレーションが検討、分析されてきたが、全てのケースにおいて十分な結果がもたらされていない。
【０００４】
また、金属製のインレットケースは制限を有する。特定の用途に必要な侵食コーティングの最大利用温度制限は、４５０°Ｆ（約２３２°Ｃ）である。より多くの指定範囲において除氷を行うことが可能であるが、性能および重量に対する犠牲が非常に大きくなってしまう。
【０００５】
したがって、本初発明の目的は、前述の欠点および不利益を克服する防氷システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
モジュラーファンインレット防氷システムは、中央リングと、外側リングと、複数の支柱と、を備える。支柱は、第１の端部が中央リングに、第２の端部が外側リングにそれぞれ連結されている。複数のシェル部材は、対応する支柱に取外し可能に連結される構造をそれぞれ有する。さらに、シェル部材は、電熱ヒータエレメントを備える。前記システムは、電熱ヒータエレメントをそれぞれ有する複数のインレットガイドベーンを備えることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１および図２を参照すると、本発明によるモジュラーファンインレット防氷システムは、概して、符号１０で示されている。本発明のシステム１０により、従来の抽気システムよりも有機基質複合材料の使用に好適であるエンジンのファンインレットケースおよびインレットガイドベーンを除氷／防氷する信頼性が高くかつ低コストな手段が提供される。
【０００８】
システム１０は、中央リング１２、外側リング１４、および複数の支柱１６を備えており、各々が、少なくとも部分的に有機基質（マトリックス）複合材料から形成されることが望ましい。支柱１６は、第１の端部１８において中央リング１２と、第２の端部２０において外側リング１４とそれぞれ連結しており、それにより、リング−支柱−リングの構造を有するインレットケースの構成要素が形成される。
【０００９】
軸受室、機体に対する前方エンジン取付部、およびファンインレットガイドベーンの取付部を収容するリング−支柱−リング構造を有するインレットケースの構成要素は、例えば、有機基質複合材料、樹脂トランスファー成形などの軽量かつ低コストの方法を用いて製造される。複数のシェル部材２２は、少なくとも部分的に有機基質複合材料から形成されることが望ましい。シェル部材２２の各々は、支柱１６上に空力的な面を形成するように、対応する支柱１６に取外し可能に連結される構造を有する。例えば、シェル部材２２の各々により、対応する支柱１６を覆うように取付けられる長手方向の溝２３が画定され、シェル部材２２が支柱１６に取外し可能に連結される（図１の矢印Ａ−Ａで示す）。モジュールに破損、摩耗、空力的／構造的な反復（ｉｔｅｒａｔｉｏｎ）が生じた場合、あるいは、他の性能上の要素を変更する場合には、シェル部材２２を容易に交換することができる。中央リング１２、外側リング１４および複数の支柱１６は、モジュラーファン防氷システム１０の構造的な基幹として機能しており、基本的に変更されない。しかし、システム１０により、破損や摩耗時にシステムの大部分を分解せずに、シェル部材２２を容易に交換することができる。
【００１０】
本発明により、コストの大部分がかかるモジュラーファンインレット防氷システム１０を、浸食または異物による破損が生じる環境から回避させることが可能となる。空力的または性能上の変更が起こり得るシステムの設計および開発段階のための安価で交換可能な構成部品、または、今までの生産環境における完全な耐用寿命の構成部品などの要求に適合するように、シェル部材２２は設計される。また、モジュラー設計により、異なった顧客、ミッションまたは海外販売に合わせて性能を適応させることが可能となる。
【００１１】
図２に示されているように、シェル部材２２は、共に成形された電熱ヒータエレメント２４を備える。電熱ヒータエレメント２４は、ワイヤハーネスにより制御システム（図示せず）に連結されることが望ましい。前記制御システムにより、除氷航空機翼に用いられるものと同様の従来の除氷ロジック（図示せず）によって要求されるように、システムがオン／オフを繰り返す。例えば、１７本の支柱を有するインレットケースでは、６の独立した区画（ゾーン）が望ましく、それぞれが、３本の支柱１６のセクタ、または、２本の支柱とノーズコーン（図示せず）のセクタに電力を供給する。この区画形態により、防氷能力に悪影響を与えることなく、より低い電力要求が可能となる。
【００１２】
図３および図４を参照すると、システム１０は、積層板内に共に成形された電熱ヒータエレメント２８を有するインレットガイドベーン２６（１つを図示）をさらに備えることが望ましい。インレットガイドベーン２６は、少なくとも部分的に有機基質複合材料から形成されることが望ましい。前述の区画形態と同じ制御システムにより作動するため、本発明のシステム１０によって、以下に記載する従来の防氷システムと比べてより多くの利点がもたらされる。
【００１３】
例えば、電熱ヒータシステムにより、ファンインレットケースを形成する有機基質複合材料の制限を侵害することなくモジュラーファンインレットケースを防氷／除氷する十分に暖かい表面温度が実現されることが分かっている。さらに、本発明のシステムにより、著しい軽量化が実現する。必要な配管、バルブおよびマニホールドを備えた高温空気システムは、代替の電熱システムより約３０ポンド（約１３．６０ｋｇ）重くなる。モジュレーションが必要な場合には、軽量化は約５５ポンド（約２２．６８ｋｇ）に達する。
【００１４】
さらに、従来の防氷システムと比べて、損傷許容性が向上する。従来の高温空気システムでは、１つの支柱が損傷を受け防氷用空気が失われた場合には、全システムに欠陥が生じ得る。一方、本発明による単一の電熱ヒータエレメントに対する損傷では、その特定の支柱だけに影響が及ぶ。さらに、電熱ヒータエレメントの設計に冗長性を与えることができ、それにより、損傷により支柱の一部にしか影響が及ばないか、あるいは、並列システムにより、損傷した区画の影響が完全に相殺される。
【００１５】
本発明の他の利点は、顧客の要求を満たすように、システムを容易に調整することができることである。要求に対する変更は、高温空気システムと比べ、システム全体に対するより少ない変更で処理され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による電熱防氷システムを組み込んだモジュラーファンインレットケースの斜視図。
【図２】電熱ヒータエレメントを組み込んだ図１のモジュラーファンインレットケースの支柱／シェルの拡大斜視図。
【図３】本発明による電熱ヒータエレメントを組み込んだインレットガイドベーンの斜視図。
【図４】線４−４で切断した図３のインレットガイドベーンの端部の断面図。
【符号の説明】
【００１７】
１０…モジュラーファンインレット防氷システム
１２…中央リング
１４…外側リング
１６…支柱
１８…第１の端部
２０…第２の端部
２２…シェル部材
２３…溝
２４，２８…電熱ヒータエレメント
２６…インレットガイドベーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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