(57)【要約】  金属前縁（２０８）が、ファンブレード翼形部本体（２０４）の前縁（２０７）に沿って配置されたノーズ（３０２）を含む。金属前縁（２０８）はまた、ファンブレード翼形部本体（２０４）の正圧側面（２１４）に沿ってノーズ（３０２）から軸方向後方に延びる第１の縁部（２１４）を含む。金属前縁（２０８）は、ファンブレード翼形部本体（２０４）の負圧側面（２１２）に沿ってノーズ（３０２）から軸方向後方に延びる第２の縁部（２１２）をさらに含む。第１の縁部（２１４）および第２の縁部（２１２）は、第１の縁部（２１４）、第２の縁部（２１２）、およびノーズ（３０２）の結合部にノッチ（２１６）を形成する。金属前縁（２０８）はまた、ノーズ先端（３１０）からノッチ（２１６）まで延びるノーズ長さ（２２０）を含む。第１の半径方向位置（２１８）におけるノーズ長さ（２２０）は、第２の半径方向位置（２１８）におけるノーズ長さ（２２０）とは異なる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合ブレード部材（２００）の相補的な前縁（２０７）と係合するように構成された金属縁部（２０８）であって、
外側縁部（３１０）と、内側ノッチ（２１６）と、前記外側縁部（３１０）と前記内側ノッチ（２１６）との間に可変ノーズ長さ（２２０）を有して延びるノーズ本体とを備えた細長いノーズ部材（３０２）であって、前記内側ノッチ（２１６）は、前記内側ノッチ（２１６）の長さに沿って間隔を置いて配置された複数のフェイル融着要素（２２２）を備え、前記ノーズ長さ（２２０）は、近接した前記複数のフェイル融着要素（２２２）より小さい、ノーズ部材（３０２）と、
前記ノーズ部材（３０２）の前記長さの少なくとも一部分に沿って前記ノーズ部材（３０２）から離れる方向に延びる第１の一体形成された縁部部分（２１２）と、
前記ノーズ部材（３０２）の前記長さの少なくとも一部に沿って前記ノーズ部材（３０２）から離れる方向に延びる第２の縁部部分（２１４）であって、前記第１の縁部部分（２１２）と前記第２の縁部部分（２１４）とが、前記第１の縁部部分（２１２）、前記第２の縁部部分（２１４）、および前記ノーズ（３０２）の結合部にノッチ（２１６）を形成する、第２の縁部部分（２１４）と
を備える、金属縁部（２０８）。
【請求項２】
前記ノーズ長さ（２２０）が、前記金属縁部（２０８）の長さ（２１８）に沿った半径方向距離の関数として変化する、請求項１に記載の金属縁部（２０８）。
【請求項３】
前記ノーズ長さ（２２０）が、ファンブレード根元部（２０２）からの第１の半径方向距離の第１の長さを含み、前記ノーズ長さ（２２０）は、前記ファンブレード根元部（２０２）からの第２の半径方向距離の第２の長さまで減少する、請求項１に記載の金属縁部（２０８）。
【請求項４】
前記ノーズ長さ（２２０）が、正弦関数に従って半径方向位置によって変化する、請求項１に記載の金属縁部（２０８）。
【請求項５】
前記ノッチ（２１６）が、複合ブレード部材（２００）に接着接合するように構成されている、請求項１に記載の金属縁部（２０８）。
【請求項６】
前記金属縁部（２０８）がチタンを含む、請求項１に記載の金属縁部（２０８）。
【請求項７】
前記金属縁部（２０８）がスチールを含む、請求項１に記載の金属縁部（２０８）。
【請求項８】
長さおよび前縁（２０７）を含むファンブレード翼形部本体（２０４）と、
金属縁部（２０８）と、
を備えたファンブレードアセンブリ（２００）であって、前記金属縁部（２０８）は、
外側縁部（３１０）と、内側ノッチ（２１６）と、前記外側縁部（３１０）と前記内側ノッチ（２１６）との間に可変ノーズ長さ（２２０）を有して延びるノーズ本体とを備えた細長いノーズ部材（３０２）であって、前記内側ノッチ（２１６）は、前記内側ノッチ（２１６）の長さに沿って間隔を置いて配置された複数のフェイル融着要素（２２２）を備え、前記ノーズ長さ（２２０）は、近接した前記複数のフェイル融着要素（２２２）より小さい、ノーズ部材（３０２）と、
前記ノーズ部材（３０２）の前記長さの少なくとも一部分に沿って前記ノーズ部材（３０２）から離れる方向に延びる第１の一体形成された縁部部分（２１２）と、
前記ノーズ部材（３０２）の前記長さの少なくとも一部に沿って前記ノーズ部材（３０２）から離れる方向に延びる第２の縁部部分（２１４）であって、前記第１の縁部部分（２１２）と前記第２の縁部部分（２１４）とが、前記第１の縁部部分（２１２）、前記第２の縁部部分（２１４）、および前記ノーズ（３０２）の結合部にノッチ（２１６）を形成する、第２の縁部部分（２１４）と
を備える、ファンブレードアセンブリ（２００）。
【請求項９】
前記複数のフェイル融着要素（２２２）が、複数のスリットを含み、前記スリットは、前記第１の縁部部分（２１２）および前記第２の縁部部分（２１４）の複数の切り欠きセクションを含む、請求項８に記載のファンブレードアセンブリ（２００）。
【請求項１０】
前記複数の切り欠きセクションが、長方形の切り欠きセクションを含む、請求項９に記載のファンブレードアセンブリ（２００）。
【請求項１１】
前記複数のフェイル融着要素（２２２）が、前記第１の縁部部分（２１２）および前記第２の縁部部分（２１４）内に複数の穴（６１６）を含む、請求項７に記載のファンブレードアセンブリ（２００）。
【請求項１２】
前記金属前縁（２０８）がチタンを含む、請求項８に記載のファンブレードアセンブリ（２００）。
【請求項１３】
前記金属前縁（２０８）がスチールを含む、請求項８に記載のファンブレードアセンブリ（２００）。
【請求項１４】
ファンブレード根元部（２０２）と、ファンブレード先端部（２０６）と、前記ファンブレード根元部（２０２）と前記ファンブレード先端部（２０６）との間に軸方向に延びる翼形部本体（２０４）とを備えた、ファンブレード（２００）であって、前記翼形部本体（２０４）は、軸方向に間隔を置いて配置された前縁（２０７）と、軸方向に間隔をあけて配置された後縁とを含み、前記翼形部本体（２０４）は、前記ファンブレード根元部（２０２）と前記ファンブレード先端部（２０６）との間に延びる長さを含み、
金属縁部（２０８）が、
外側縁部（３１０）と、内側ノッチ（２１６）と、前記外側縁部（３１０）と前記内側ノッチ（２１６）との間に可変ノーズ長さ（２２０）を有して延びるノーズ本体とを備えた細長いノーズ部材（３０２）であって、前記内側ノッチ（２１６）は、前記内側ノッチ（２１６）の長さに沿って間隔を置いて配置された複数のフェイル融着要素（２２２）を備え、前記ノーズ長さ（２２０）は、近接した前記複数のフェイル融着要素（２２２）より小さい、ノーズ部材（３０２）と、
前記ノーズ部材（３０２）の前記長さの少なくとも一部分に沿って前記ノーズ部材（３０２）から離れる方向に延びる第１の一体形成された縁部部分（２１２）と、
前記ノーズ部材（３０２）の前記長さの少なくとも一部に沿って前記ノーズ部材（３０２）から離れる方向に延びる第２の縁部部分（２１４）であって、前記第１の縁部部分（２１２）と前記第２の縁部部分（２１４）とが、前記第１の縁部部分（２１２）、前記第２の縁部部分（２１４）、および前記ノーズの結合部にノッチ（２１６）を形成する、第２の縁部部分（２１４）と
を備える、ファンブレード（２００）。
【請求項１５】
前記ノーズ長さ（２２０）が、前記翼形部本体（２０４）の前記長さに沿った半径方向距離の関数として変化する、請求項１４に記載のファンブレード（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、一般に、航空エンジンにおけるファンブレードのための装置およびシステムに関し、より詳細には、航空エンジンにおける融着した金属前縁を有する複合ファンブレードのための装置およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機エンジンは、通常、空気をバイパスダクト、低圧圧縮機、およびコアエンジンに導くファンアセンブリを含む。ファンブレードが外れる事象は、ファンブレードがファンアセンブリから緩んで破損し、エンジンの一部に衝突すると発生する。ナセルまたは格納ケースは、ファンを取り囲むことができ、ファンブレードが外れる事象中に解放されたファンブレードを収容するように構成される。ファンアセンブリは、複数の円周方向に間隔を置いて配置されたファンブレードを支持するファンハブを含む。少なくともいくつかの既知のファンブレードが複合材料から製造される。複合材料を強化し、ファンブレードが外れる事象中にファンブレードへの危険性を最小限に抑え、異物損傷からファンブレードを保護するために、ファンブレードに金属前縁を使用することができる。ファンブレードまたはファンブレードの一部がハブから解放される場合、金属前縁はエンジンまたは格納ケースを損傷することがある。より強固な金属前縁は、より強固な格納ケースを必要とし、航空機エンジンの重量を増加させる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２９０５４２４号明細書
【発明の概要】
【０００４】
一態様では、金属前縁が提供される。金属前縁は、ファンブレード翼形部本体の前縁に沿って配置されたノーズを含む。金属前縁はまた、ファンブレード翼形部本体の正圧側面に沿ってノーズから軸方向後方に延びる第１の縁部を含む。金属前縁は、ファンブレード翼形部本体の負圧側面に沿ってノーズから軸方向後方に延びる第２の縁部をさらに含む。第１の縁部および第２の縁部は、第１の縁部、第２の縁部、およびノーズの結合部にノッチを形成する。金属前縁はまた、ノーズ先端からノッチまで延びるノーズ長さを含む。第１の半径方向位置におけるノーズ長さは、第２の半径方向位置におけるノーズ長さとは異なる。
【０００５】
別の態様では、ファンブレードアセンブリが提供される。ファンブレードアセンブリは、ファンブレード翼形部本体を含む。ファンブレードアセンブリはまた、ファンブレード翼形部本体の前縁に沿って配置されたノーズを含む金属前縁を含む。金属前縁はまた、ファンブレード翼形部本体の正圧側面に沿ってノーズから軸方向後方に延びる第１の縁部を含む。金属前縁は、ファンブレード翼形部本体の負圧側面に沿ってノーズから軸方向後方に延びる第２の縁部をさらに含む。第１の縁部および第２の縁部は、第１の縁部、第２の縁部、およびノーズの結合部にノッチを形成する。第１の縁部および第２の縁部は、複数の弱化構造を含む。
【０００６】
さらに別の態様では、ファンブレードが提供される。ファンブレードは、ファンブレード根元部と、ファンブレード先端部と、それらの間に軸方向に延びる翼形部本体とを含むファンブレード本体を含む。翼形部本体は、軸方向に間隔を置いて配置された前縁および軸方向に間隔を置いて配置された後縁を含む。ファンブレードはまた、ファンブレードの前縁に隣接して配置されたノーズを含む金属前縁を含む。ノーズはノーズ先端を含む。金属前縁はまた、翼形部本体の正圧側面に沿ってファンブレードの後縁に向かってノーズから軸方向後方に延びる第１の縁部を含む。金属前縁は、ファンブレードの負圧側面に沿ってファンブレードの後縁に向かってノーズから軸方向後方に延びる第２の縁部をさらに含む。第１の縁部および第２の縁部は、第１の縁部、第２の縁部、およびノーズの結合部にノッチを形成する。金属前縁はまた、ノーズ先端からノッチまで延びるノーズ長さを含む。第１の半径方向位置におけるノーズ長さは、第２の半径方向位置におけるノーズ長さとは異なる。
【０００７】
本開示のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。
【０００８】
図１〜図８は、本明細書に記載の方法および装置の例示的な実施形態を示している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的なガスタービンエンジンの概略図である。
【図２】図１に示すガスタービンエンジンとともに使用されるファンブレードの斜視図である。
【図３】非フェイル融着位置における金属前縁の切り欠き図である。
【図４】フェイル融着位置における金属前縁の切り欠き図である。
【図５】ノッチ付き金属前縁の斜視図である。
【図６】穴を有する金属前縁の斜視図である。
【図７】弱められた内圧および負圧側面接合縁部を有する金属前縁の斜視図である。
【図８】弱められた内圧および負圧側面接合縁部を有する金属前縁の部分的な端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
特に明記しない限り、本明細書において提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を図示するものである。これらの特徴は、本開示の１つまたは複数の実施形態を含む多種多様なシステムで適用できると考えられる。したがって、本図面は、本明細書で開示する実施形態を実施するために必要とされる、当業者には既知の、従来の特徴をすべて含むことを意味しない。
【００１１】
以下の明細書および特許請求の範囲において、いくつかの用語に言及するが、それらは以下の意味を有すると規定する。
【００１２】
単数形「１つの（ａ、ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、文脈が特に明確に指示しない限り、複数の言及を含む。
【００１３】
「任意の（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」または「任意に（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、続いて記載された事象または状況が生じてもよいし、また生じなくてもよいことを意味し、かつ、その説明が、事象が起こる場合と、それが起こらない場合と、を含むことを意味する。
【００１４】
本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される、近似する文言は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動できる任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ（ａｂｏｕｔ）」、「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、および「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似する文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲の限定は組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈および文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含されるすべての部分範囲を含む。
【００１５】
本明細書に記載の金属前縁の実施形態は、ファンブレードが外れる事象中に金属前縁が分裂することを可能にする。金属前縁は、ノーズ、正圧側面縁部、負圧側面縁部、およびノッチを含む。ノーズは、ファンブレードの前縁から延びる。正圧側面縁部および負圧側面縁部は、ファンブレードの本体に沿ってノーズから延びる。ノッチは、ノーズ、正圧側面縁部、および負圧側面縁部の結合部から形成される。ノッチは、ファンブレードに接着接合される。ノーズ長さは、ノーズの先端からノッチまで延びる。金属前縁の各実施形態は、金属前縁を弱める弱化構造を含み、これにより、ファンブレードが外れる事象のような極端な負荷条件の間に破損してファンケースの損傷を低減することができる。第１の実施形態では、金属前縁は、金属前縁に沿って異なる半径方向位置でノーズ長さを変化させるように切削される。ノーズ長さがより短い半径方向位置は、ノーズおよび金属前縁を弱め、これにより、極端な負荷条件下で破損することができる。第２の実施形態では、正圧側面縁部および負圧側面縁部は、金属前縁の構造を弱める複数のノッチを含み、極端な負荷条件下で破損することを可能にする。第３の実施形態では、正圧側面縁部および負圧側面縁部は、金属前縁の構造を弱める複数の穴を含み、極端な負荷条件下で破損することを可能にする。
【００１６】
本明細書に記載の金属前縁は、航空機エンジンの既知の金属前縁よりも有利である。より具体的には、本明細書に記載の金属前縁は、極端な負荷条件の結果として破損する。航空規制では、ファンブレードが外れる事象中にファンブレードが航空機の胴体内に飛散するのを防ぐために、ナセルまたは格納ケースが必要とされる。ナセルまたは格納ケースの外装は、ファンブレードが外れる事象中にファンブレードを収容するのに十分な強度でなければならない。より強固なファンブレードは、航空機エンジンの重量を増加させるナセルまたは格納ケースのより強固かつより重い外装を必要とする。本明細書に記載の金属前縁は、ファンブレードが外れる事象中に破損するように弱められる。より弱い金属前縁は、ナセルまたは格納ケースの外装を減らし、エンジンの重量を低減する。さらに、金属前縁が弱くなると、ファンブレードが外れる事象中に後続のファンの損傷が減少する。さらに、本明細書に記載の金属前縁は、ファンブレードが外れる負荷および不均衡を低減する。
【００１７】
図１は、本開示の例示的な実施形態によるガスタービンエンジン１１０の概略断面図である。例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン１１０は、本明細書では「ターボファンエンジン１１０」と呼ばれる、高バイパスターボファンジェットエンジン１１０である。図１に示されているように、ターボファンエンジン１１０は、軸方向Ａ（参照のために提供される長手方向中心線１１２と平行に延びる）および半径方向Ｒを有する。一般に、ターボファンエンジン１１０は、ファンセクション１１４およびファンセクション１１４の下流に配置されるコアタービンエンジン１１６を含む。
【００１８】
図示の例示的なコアタービンエンジン１１６は、一般に、環状入口１２０を形作る略管状の外側ケーシング１１８を含む。外側ケーシング１１８は、直列流れ関係で、ブースタまたは低圧（ＬＰ）圧縮機１２２および高圧（ＨＰ）圧縮機１２４を含む圧縮機セクション１２３と、燃焼セクション１２６と、高圧（ＨＰ）タービン１２８および低圧（ＬＰ）タービン１３０を含むタービンセクションと、ジェット排気ノズルセクション１３２とを囲んでいる。高圧（ＨＰ）シャフトまたはスプール１３４は、ＨＰタービン１２８とＨＰ圧縮機１２４とを駆動連結している。低圧（ＬＰ）シャフトまたはスプール１３６は、ＬＰタービン１３０とＬＰ圧縮機１２２とを駆動連結している。圧縮機セクション１２３、燃焼セクション１２６、タービンセクション、およびノズルセクション１３２は、一緒にコア空気流路１３７を形作っている。
【００１９】
図示の実施形態に関して、ファンセクション１１４は、可変ピッチファン１３８を含み、可変ピッチファン１３８は、ディスク１４２に互いに離間して結合された複数のファンブレード１４０を有する。図示されているように、ファンブレード１４０は、概して半径方向Ｒに沿ってディスク１４２から外向きに延びている。ファンブレード１４０が、ファンブレード１４０のピッチを一斉に変更するように構成されている適切なピッチ変更機構１４４に動作可能に結合されているため、各ファンブレード１４０は、ピッチ軸線Ｐの周りでディスク１４２に対して回転可能である。ファンブレード１４０、ディスク１４２、およびピッチ変更機構１４４は、パワーギヤボックス（ｐｏｗｅｒ  ｇｅａｒ  ｂｏｘ）１４６を介してＬＰシャフト１３６により長手方向軸線１１２を中心に一緒に回転可能である。パワーギヤボックス１４６は、ＬＰシャフト１３６に対するファン１３８の回転速度が、より効率的な回転ファン速度になるように、回転速度を調整するための複数のギヤを含む。代替の実施形態では、ファンブレード１４０は、可変ピッチファンブレードではなく、固定ピッチファンブレードである。
【００２０】
また、例示的な実施形態では、ディスク１４２は、複数のファンブレード１４０を通る空気流を促進するように空気力学的に成形された回転可能な前方ハブ１４８によって覆われている。さらに、例示的なファンセクション１１４は、ファン１３８および／またはコアタービンエンジン１１６の少なくとも一部の周囲を囲む環状ファンケーシング１４９および外側ナセル１５０を含む。ファンケーシング１４９は、ファンセクション１１４に外装された環状ケーシングを含み、ナセル１５０内に配置されている。ナセル１５０は、周方向に互いに離間された複数の出口ガイドベーン１５２によってコアタービンエンジン１１６に対して支持されるように構成されている。ナセル１５０の下流セクション１５４は、コアタービンエンジン１１６の外側部分との間にバイパス空気流通路１５６を形作るようにコアタービンエンジン１１６の外側部分を覆うよう延在する。
【００２１】
ターボファンエンジン１１０の動作中、大量の空気１５８が、ナセル１５０および／またはファンセクション１１４の関連する入口１６０を通ってターボファンエンジン１１０に入る。大量の空気１５８が、ファンブレード１４０を通過するとき、矢印１６２によって示されているような空気１５８の第１の部分は、バイパス空気流通路１５６に送られ、または導かれ、矢印１６４によって示されているような空気１５８の第２の部分は、コア空気流路１３７に、より具体的にはＬＰ圧縮機１２２に送られ、または導かれる。空気の第１の部分１６２と空気の第２の部分１６４との比率は、バイパス比として一般に知られている。次に、空気の第２の部分１６４の圧力は、空気の第２の部分１６４がＨＰ圧縮機１２４を通して燃焼セクション１２６に導かれるときに高められ、そこでは、空気の第２の部分１６４は、燃焼ガス１６６を供給するために燃料と混合されて燃焼される。
【００２２】
燃焼ガス１６６は、ＨＰタービン１２８を通して導かれ、そこでは、燃焼ガス１６６から熱エネルギーおよび／または運動エネルギーの一部分が、外側ケーシング１１８に結合されるＨＰタービンステータベーン１６８およびＨＰシャフトまたはスプール１３４に結合されるＨＰタービンロータブレード１７０の連続した段によって取り出され、これにより、ＨＰシャフトまたはスプール１３４が回転し、この結果、ＨＰ圧縮機１２４の動作が支援される。次に、燃焼ガス１６６は、ＬＰタービン１３０を通して導かれ、そこでは、燃焼ガス１６６から熱エネルギーおよび運動エネルギーの第２の部分が、外側ケーシング１１８に結合されるＬＰタービンステータベーン１７２およびＬＰシャフトまたはスプール１３６に結合されるＬＰタービンロータブレード１７４の連続した段によって取り出され、これにより、ＬＰシャフトまたはスプール１３６が回転し、その結果、パワーギヤボックス１４６は、ＬＰ圧縮機１２２および／またはファン１３８を回転させる。
【００２３】
その後、燃焼ガス１６６は、推進力を提供するためにコアタービンエンジン１１６のジェット排気ノズルセクション１３２を通して導かれる。同時に、空気の第１の部分１６２の圧力は、空気の第１の部分１６２が、ターボファンエンジン１１０のファンノズル排気セクション１７６から排気され、同様に推進力を提供する前にバイパス空気流通路１５６を通して導かれるときに大幅に高められる。ＨＰタービン１２８、ＬＰタービン１３０、およびジェット排気ノズルセクション１３２は、コアタービンエンジン１１６を通って燃焼ガス１６６を送るための高温ガス経路１７８を少なくとも部分的に画定する。
【００２４】
ファンブレードが外れる事象中、複数のファンブレード１４０のうちのファンブレードは、ディスク１４２から緩んで破損し、ナセル１５０、ファンケーシング１４９、他のファンブレード１４０、およびガスタービンエンジン１１０の他の部分に飛散する。ファンケーシング１４９は、緩んだファンブレード１４０が航空機の胴体に衝突するのを防ぐために外装されている。より強固なファンブレード１４０は、ファンケーシング１４９に対してより重い外装を必要とする。本明細書に記載のファンブレード１４０の例示的な実施形態は、ファンブレードが外れる事象などの極端な負荷条件の間に分裂し、ファンケーシング１４９、ナセル１５０、他のファンブレード１４０、およびガスタービンエンジン１１０の他の部分への損傷を低減するように設計されている。したがって、ファンケーシング１４９の外装を軽減して、ガスタービンエンジン１１０の重量を低減することができる。
【００２５】
図１に示す例示的なターボファンエンジン１１０は、例に過ぎず、他の実施形態において、ターボファンエンジン１１０は、任意の他の適切な構成を有してもよい。また、さらに他の実施形態において、本開示の態様が、任意の他の適切なガスタービンエンジンに組み込まれ得ることを理解されたい。例えば、他の実施形態において、本開示の態様は、例えばターボプロップエンジンに組み込まれ得る。
【００２６】
図２は、本開示の例示的な実施形態によるファンブレード２００の斜視図である。ファンブレード２００は、ファンブレード根元部２０２と、ファンブレード本体２０４と、ファンブレード先端部２０６と、前縁２０７と、金属前縁２０８と、後縁２１０とを含む。ファンブレード根元部２０２は、ファンブレード２００のピッチを変化させるように構成されたピッチ変更機構１４４に動作可能に結合されている。ファンブレード本体２０４は、ファンブレード根元部２０２からファンブレード先端部２０６まで半径方向Ｒに延びている。ファンブレード本体２０４は、翼形部形状のブレードの金属または複合ブレードを含む。ファンブレード本体２０４および金属前縁２０８は、負圧側面２１２および正圧側面２１４を含む。後縁２１０は、ファンブレード本体２０４から、ファンブレード２００の反対の回転方向に延びている。前縁２０７は、ファンブレード本体２０４からファンブレード２００の回転方向に延びている。金属前縁２０８は、ファンブレード本体２０４に接着接合され、ファンブレード本体２０４の負圧側面２１２と正圧側面２１４と金属前縁２０８の内部との交差部にノッチ２１６（図２に破線で示す）を形成する前縁２０７の周りを部分的に包み込む。ノッチ２１６は、金属前縁２０８の長さ２１８に沿って延在し、前縁２０７からノッチ２１６まで延びるノーズ長さ２２０を含む。金属前縁２０８は、限定されないが、チタンまたはスチールのような複合材料または金属材料で構成されてもよい。
【００２７】
金属前縁２０８は、金属前縁２０８の長さ２１８に沿って周期的に配置され、所定の方向においてファンブレードが外れる事象のような極端な負荷条件の間に破損してファンケーシング１４９への損傷を低減するような大きさにされた複数のフェイル融着点２２２を含む。金属前縁２０８はまた、金属前縁２０８の長さ２１８に沿って周期的に配置され、ファンブレードが外れる事象のような極端な負荷条件の間に破損しないような大きさにされた複数の非フェイル融着点２２４を含む。フェイル融着点２２２のノーズ長さ２２０は、非フェイル融着点２２４のノーズ長さ２２０よりも短い。フェイル融着点２２２のより短いノーズ長さはフェイル融着点２２２を弱め、ファンブレードが外れる事象のような極端な負荷条件の間に金属前縁２０８がそれらの位置で破損する可能性を高める。例示的な実施形態では、ノーズ長さ２２０は、正弦関数に従って長さ２１８によって変化し、長さ２１８に沿って複数のフェイル融着点２２２を形成することができる。別の実施形態では、ノーズ長さ２２０は、ファンブレード先端部２０６からの半径方向の距離に応じて変化することができる。別の実施形態では、ノーズ長さ２２０は、ノーズ長さ２２０が第１の半径方向距離に対して第１の長さで一定である階段関数によって変化することができる。次いで、ノーズ長さ２２０は、第２の半径方向距離に対して第２の長さに縮小される。ノーズ長さ２２０は、第３の半径方向距離に対して第１の長さに戻る。別の実施形態では、ノーズ長さ２２０は、長さ２１８に沿ってランダムに変化し、長さ２１８に沿って複数のフェイル融着点２２２を形成することができる。
【００２８】
上述したように、通常の動作中、ファンブレード２００の回転は、空気をバイパス空気流通路１５６に、そしてコア空気流路１３７に導く。ファンブレードが外れる事象中、ファンブレード２００は、ディスク１４２から緩んで破損し、ナセル１５０、ファンケーシング１４９、他のファンブレード１４０、およびガスタービンエンジン１１０の他の部分に飛散する。本明細書に記載のファンブレード２００の例示的な実施形態は、ファンブレードが外れる事象などの極端な負荷条件の間にフェイル融着点２２２で分裂するように設計され、ファンケーシング１４９、ナセル１５０、他のファンブレード１４０、およびガスタービンエンジン１１０の他の部分への損傷を低減する。
【００２９】
図３は、非フェイル融着点２２４  ３−３における金属前縁２０８の切り欠き図である。金属前縁２０８は、ノーズ３０２と、正圧側面接合縁部３０４と、負圧側面接合縁部３０６とを含む。ノーズ３０２は、ファンブレード本体２０４からファンブレード２００の回転方向に延びている。正圧側面接合縁部３０４および負圧側面接合縁部３０６は、ファンブレード本体２０４に沿ってノーズ３０２からファンブレード２００の反対の回転方向に延びている。非フェイル融着ノッチ３０８は、ノーズ３０２、正圧側面接合縁部３０４、および負圧側面接合縁部３０６の結合部から形成される。ノーズ３０２は、ノーズ先端３１０と、非フェイル融着ノーズ長さ３１２とを含む。非フェイル融着ノーズ長さ３１２は、ノーズ先端３１０からノッチ３０８まで延びている。
【００３０】
図４は、フェイル融着点２２２  ４−４における金属前縁２０８の切り欠き図である。フェイル融着点２２２  ４−４において、金属前縁２０８は、フェイル融着ノッチ４０２およびフェイル融着ノーズ長さ４０４を含む。フェイル融着ノッチ４０２は、ノーズ３０２内に延びた非フェイル融着ノッチ３０８よりも、ノーズ３０２内にさらに延びるように切削される。したがって、フェイル融着ノーズ長さ４０４は、非フェイル融着ノーズ長さ３１２よりも短い。より短いフェイル融着ノーズ長さ４０４は、フェイル融着点２２２  ４−４においてノーズ３０２を弱めて、ファンブレードが外れる事象のような極端な負荷条件の間に金属前縁２０８が破損することを可能にし、ファンケーシング１４９への損傷を低減する。金属前縁２０８は、長さ２１８に沿った複数の点で金属前縁２０８を弱める複数のフェイル融着点２２２を含む。
【００３１】
図５は、ファンブレード５００の斜視図である。ファンブレード５００は、ファンブレード根元部５０２、ファンブレード本体５０４、ファンブレード先端部５０６、金属前縁５０８、および後縁５１０を含む。ファンブレード本体５０４は、ファンブレード根元部５０２からファンブレード先端部５０６まで半径方向Ｒに延びており、単一部品で形成されている。ファンブレード本体５０４は、翼形部形状のブレードの金属または複合ブレードを含む。ファンブレード本体５０４および金属前縁５０８は、負圧側面５１２および正圧側面５１４を含む。金属前縁５０８は、ファンブレード本体５０４に接着接合され、ファンブレード本体５０４の周りをファンブレード５００の回転方向に部分的に包み込む。後縁５１０は、ファンブレード本体５０４からファンブレード５００の反対の回転方向に延びている。
【００３２】
金属前縁５０８は、複数のノッチ５１６、ノーズ５１８、負圧側面接合縁部５２０、および正圧側面接合縁部（図５には図示せず）を含む。負圧側面接合縁部５２０および正圧側面接合縁部は、ファンブレード本体５０４に沿ってノーズ５１８からファンブレード５００の反対の回転方向に延びている。複数のノッチ５１６の各ノッチは、負圧側面接合縁部５２０および正圧側面接合縁部の縁部からノーズ５１８に向かって延びるように切り欠かれている。複数のノッチ５１６の各ノッチは、ファンブレードが外れる事象のような極端な負荷条件の間に破損し、ファンケーシング１４９への損傷を低減するような大きさにされる。
【００３３】
図６は、穴を有するファンブレード６００の斜視図である。ファンブレード６００は、ファンブレード根元部６０２、ファンブレード本体６０４、ファンブレード先端部６０６、金属前縁６０８、および後縁６１０を含む。ファンブレード本体６０４は、ファンブレード根元部６０２からファンブレード先端部６０６まで半径方向Ｒに延びている。ファンブレード本体６０４は、翼形部形状のブレードの金属または複合ブレードを含む。ファンブレード本体６０４および金属前縁６０８は、負圧側面６１２および正圧側面６１４を含む。金属前縁６０８は、ファンブレード本体６０４に接着接合され、ファンブレード本体６０４の周りを部分的にファンブレード６００の回転方向に包み込む。後縁６１０は、ファンブレード本体６０４からファンブレード６００の反対の回転方向に延びている。
【００３４】
金属前縁６０８は、複数の穴６１６、ノーズ６１８、負圧側面接合縁部６２０、および正圧側面接合縁部（図６には図示せず）を含む。負圧側面接合縁部６２０および正圧側面接合縁部は、ファンブレード本体６０４に沿ってノーズ６１８からファンブレード６００の反対の回転方向に延びている。複数の穴６１６は、負圧側面接合縁部６２０と正圧側面接合縁部に切断され、ファンブレードが外れる事象のような極端な負荷条件の間に破損し、ファンケーシング１４９への損傷を低減するように金属前縁６０８を弱める。
【００３５】
図７は、弱められた内圧および負圧側面接合縁部を有する金属前縁７００の斜視図である。図８は、弱められた内圧および負圧側面接合縁部を有する金属前縁７００の部分的な端面図である。金属前縁７００は、ノーズ７０２と、正圧側面接合縁部７０４と、負圧側面接合縁部７０６とを含む。ノーズ７０２は、ファンブレード本体２０４（図２に示す）からファンブレード２００（図２に示す）の回転方向に延びている。正圧側面接合縁部７０４および負圧側面接合縁部７０６は、ファンブレード本体２０４に沿ってノーズ７０２からファンブレード２００の反対の回転方向に延びている。非フェイル融着ノッチ７０８は、ノーズ７０２、正圧側面接合縁部７０４、および負圧側面接合縁部７０６の結合部から形成される。正圧側面接合縁部７０４は、正圧側面接合縁部内面７１０を含み、負圧側面接合縁部７０６は、負圧側面接合縁部内面７１２を含む。金属前縁７００は、正圧側面接合縁部内面７１０および負圧側面接合縁部内面７１２に切断された複数の切削ノッチ７１４を含む。切削ノッチ７１４は、負圧側面接合縁部内面７１２と正圧側面接合縁部内面７１０とに切削され、ファンブレードが外れる事象のような極端な負荷条件の間に破損してファンケーシング１４９（図１に示す）への損傷を低減するように金属前縁７００を弱める。
【００３６】
金属前縁は、ファンブレードが外れる事象中にファンブレードによって引き起こされる損傷を低減するための効率的な方法を提供する。具体的には、ファンブレードが外れる条件などの極端な負荷条件では、金属前縁が破損し、ファンケーシング、ナセル、他のファンブレード、およびガスタービンエンジンの他の部品への損傷が低減される。したがって、ファンケーシングの外装を軽減して、ガスタービンエンジンの重量を低減することができる。最後に、本明細書に記載の金属前縁は、ファンブレードが外れる事象中に他のファンブレードへの損傷を低減して、ファンブレードが外れる事象中の不均衡および負荷を低減する。
【００３７】
本明細書に記載の方法、システム、および装置の例示的な技術的効果は、（ａ）ファンブレードが外れる事象中にファンブレードによって引き起こされる損傷を低減すること、（ｂ）ファンブレードが外れる事象中に他のファンブレードへの損傷を低減すること、（ｃ）ファンブレードが外れる事象中の不均衡および負荷を低減すること、および（ｄ）航空機エンジンの重量を低減すること、の少なくとも１つを含む。
【００３８】
金属前縁の例示的な実施形態は、詳細に上述されている。金属前縁、ならびにこのようなユニットおよび装置を動作させる方法は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、システムの構成要素および／または方法のステップは、本明細書に記載した他の構成要素および／またはステップから独立してかつ別個に利用することができる。例えば、本方法は、ファンブレードが外れる事象中にファンブレードによって引き起こされる損傷を低減するために他のシステムと組み合わせて使用されてもよく、本明細書に記載のシステムおよび方法だけで実施することに限定されない。それどころか、例示的な実施形態は、金属前縁を必要とする多くの他の機械用途に関連して実施および利用されてもよい。
【００３９】
本開示の種々の実施形態の特定の特徴は、一部の図に示され、他の図には示されていないかもしれないが、これは単に便宜上に過ぎない。本開示の原理によれば、図面の任意の特徴が、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または請求され得る。
【００４０】
本明細書は、本開示を説明するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本開示を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本開示の特許され得る範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にある。
［実施態様１］
複合ブレード部材（２００）の相補的な前縁（２０７）と係合するように構成された金属縁部（２０８）であって、
外側縁部（３１０）と、内側ノッチ（２１６）と、前記外側縁部（３１０）と前記内側ノッチ（２１６）との間に可変ノーズ長さ（２２０）を有して延びるノーズ本体とを備えた細長いノーズ部材（３０２）であって、前記内側ノッチ（２１６）は、前記内側ノッチ（２１６）の長さに沿って間隔を置いて配置された複数のフェイル融着要素（２２２）を備え、前記ノーズ長さ（２２０）は、近接した前記複数のフェイル融着要素（２２２）より小さい、ノーズ部材（３０２）と、
前記ノーズ部材（３０２）の前記長さの少なくとも一部分に沿って前記ノーズ部材（３０２）から離れる方向に延びる第１の一体形成された縁部部分（２１２）と、
前記ノーズ部材（３０２）の前記長さの少なくとも一部に沿って前記ノーズ部材（３０２）から離れる方向に延びる第２の縁部部分（２１４）であって、前記第１の縁部部分（２１２）と前記第２の縁部部分（２１４）とが、前記第１の縁部部分（２１２）、前記第２の縁部部分（２１４）、および前記ノーズ（３０２）の結合部にノッチ（２１６）を形成する、第２の縁部部分（２１４）と
を備える、金属縁部（２０８）。
［実施態様２］
前記ノーズ長さ（２２０）が、前記金属縁部（２０８）の長さ（２１８）に沿った半径方向距離の関数として変化する、実施態様１に記載の金属縁部（２０８）。
［実施態様３］
前記ノーズ長さ（２２０）が、ファンブレード根元部（２０２）からの第１の半径方向距離の第１の長さを含み、前記ノーズ長さ（２２０）は、前記ファンブレード根元部（２０２）からの第２の半径方向距離の第２の長さまで減少する、実施態様１に記載の金属縁部（２０８）。
［実施態様４］
前記ノーズ長さ（２２０）が、正弦関数に従って半径方向位置によって変化する、実施態様１に記載の金属縁部（２０８）。
［実施態様５］
前記ノッチ（２１６）が、複合ブレード部材（２００）に接着接合するように構成されている、実施態様１に記載の金属縁部（２０８）。
［実施態様６］
前記金属縁部（２０８）がチタンを含む、実施態様１に記載の金属縁部（２０８）。
［実施態様７］
前記金属縁部（２０８）がスチールを含む、実施態様１に記載の金属縁部（２０８）。
［実施態様８］
長さおよび前縁（２０７）を含むファンブレード翼形部本体（２０４）と、
金属縁部（２０８）と、
を備えたファンブレードアセンブリ（２００）であって、前記金属縁部（２０８）は、
外側縁部（３１０）と、内側ノッチ（２１６）と、前記外側縁部（３１０）と前記内側ノッチ（２１６）との間に可変ノーズ長さ（２２０）を有して延びるノーズ本体とを備えた細長いノーズ部材（３０２）であって、前記内側ノッチ（２１６）は、前記内側ノッチ（２１６）の長さに沿って間隔を置いて配置された複数のフェイル融着要素（２２２）を備え、前記ノーズ長さ（２２０）は、近接した前記複数のフェイル融着要素（２２２）より小さい、ノーズ部材（３０２）と、
前記ノーズ部材（３０２）の前記長さの少なくとも一部分に沿って前記ノーズ部材（３０２）から離れる方向に延びる第１の一体形成された縁部部分（２１２）と、
前記ノーズ部材（３０２）の前記長さの少なくとも一部に沿って前記ノーズ部材（３０２）から離れる方向に延びる第２の縁部部分（２１４）であって、前記第１の縁部部分（２１２）と前記第２の縁部部分（２１４）とが、前記第１の縁部部分（２１２）、前記第２の縁部部分（２１４）、および前記ノーズ（３０２）の結合部にノッチ（２１６）を形成する、第２の縁部部分（２１４）と
を備える、ファンブレードアセンブリ（２００）。
［実施態様９］
前記複数のフェイル融着要素（２２２）が、複数のスリットを含み、前記スリットは、前記第１の縁部部分（２１２）および前記第２の縁部部分（２１４）の複数の切り欠きセクションを含む、実施態様７に記載のファンブレードアセンブリ（２００）。
［実施態様１０］
前記複数の切り欠きセクションが、長方形の切り欠きセクションを含む、実施態様９に記載のファンブレードアセンブリ（２００）。
［実施態様１１］
前記複数のフェイル融着要素（２２２）が、前記第１の縁部部分（２１２）および前記第２の縁部部分（２１４）内に複数の穴（６１６）を含む、実施態様７に記載のファンブレードアセンブリ（２００）。
［実施態様１２］
前記金属前縁（２０８）がチタンを含む、実施態様８に記載のファンブレードアセンブリ（２００）。
［実施態様１３］
前記金属前縁（２０８）がスチールを含む、実施態様８に記載のファンブレードアセンブリ（２００）。
［実施態様１４］
ファンブレード根元部（２０２）と、ファンブレード先端部（２０６）と、前記ファンブレード根元部（２０２）と前記ファンブレード先端部（２０６）との間に軸方向に延びる翼形部本体（２０４）とを備えた、ファンブレード（２００）であって、前記翼形部本体（２０４）は、軸方向に間隔を置いて配置された前縁（２０７）と、軸方向に間隔をあけて配置された後縁とを含み、前記翼形部本体（２０４）は、前記ファンブレード根元部（２０２）と前記ファンブレード先端部（２０６）との間に延びる長さを含み、
金属縁部（２０８）が、
外側縁部（３１０）と、内側ノッチ（２１６）と、前記外側縁部（３１０）と前記内側ノッチ（２１６）との間に可変ノーズ長さ（２２０）を有して延びるノーズ本体とを備えた細長いノーズ部材（３０２）であって、前記内側ノッチ（２１６）は、前記内側ノッチ（２１６）の長さに沿って間隔を置いて配置された複数のフェイル融着要素（２２２）を備え、前記ノーズ長さ（２２０）は、近接した前記複数のフェイル融着要素（２２２）より小さい、ノーズ部材（３０２）と、
前記ノーズ部材（３０２）の前記長さの少なくとも一部分に沿って前記ノーズ部材（３０２）から離れる方向に延びる第１の一体形成された縁部部分（２１２）と、
前記ノーズ部材（３０２）の前記長さの少なくとも一部に沿って前記ノーズ部材（３０２）から離れる方向に延びる第２の縁部部分（２１４）であって、前記第１の縁部部分（２１２）と前記第２の縁部部分（２１４）とが、前記第１の縁部部分（２１２）、前記第２の縁部部分（２１４）、および前記ノーズの結合部にノッチ（２１６）を形成する、第２の縁部部分（２１４）と
を備える、ファンブレード（２００）。
［実施態様１５］
前記ノーズ長さ（２２０）が、前記翼形部本体（２０４）の前記長さに沿った半径方向距離の関数として変化する、実施態様１４に記載のファンブレード（２００）。
［実施態様１６］
前記ノーズ長さ（２２０）が、前記翼形部本体（２０４）の前記長さに沿った第１の半径方向距離の第１の長さを含み、前記ノーズ長さ（２２０）は、前記翼形部本体（２０４）の前記長さに沿った第２の半径方向距離の第２の長さまで減少する、実施態様１４に記載のファンブレード（２００）。
［実施態様１７］
前記ノーズ長さ（２２０）が、正弦関数に従って前記翼形部本体（２０４）の前記長さに沿った半径方向位置によって変化する、実施態様１４に記載のファンブレード（２００）。
［実施態様１８］
前記ノッチ（２１６）が、前記翼形部本体（２０４）の前記軸方向に間隔を置いて配置された前縁（２０７）に接着接合するように構成されている、実施態様１４に記載のファンブレード（２００）。
［実施態様１９］
前記金属縁部（２０８）がチタンを含む、実施態様１４に記載のファンブレード（２００）。
［実施態様２０］
前記金属縁部（２０８）がスチールを含む、実施態様１４に記載のファンブレード（２００）。
【符号の説明】
【００４１】
１１０  ガスタービンエンジン、高バイパスターボファンジェットエンジン
１１２  長手方向中心線、長手方向軸線
１１４  ファンセクション
１１６  コアタービンエンジン
１１８  外側ケーシング
１２０  環状入口
１２２  低圧（ＬＰ）圧縮機
１２３  圧縮機セクション
１２４  高圧（ＨＰ）圧縮機
１２６  燃焼セクション
１２８  ＨＰタービン
１３０  ＬＰタービン
１３２  ジェット排気ノズルセクション
１３４  ＨＰシャフトまたはスプール
１３６  ＬＰシャフトまたはスプール
１３７  コア空気流路
１３８  可変ピッチファン
１４０  ファンブレード
１４２  ディスク
１４４  ピッチ変更機構
１４６  パワーギヤボックス
１４８  前方ハブ
１４９  環状ファンケーシング
１５０  外側ナセル
１５２  出口ガイドベーン
１５４  下流セクション
１５６  バイパス空気流通路
１５８  空気
１６０  入口
１６２  空気の第１の部分
１６４  空気の第２の部分
１６６  燃焼ガス
１６８  ＨＰタービンステータベーン
１７０  ＨＰタービンロータブレード
１７２  ＬＰタービンステータベーン
１７４  ＬＰタービンロータブレード
１７６  ファンノズル排気セクション
１７８  高温ガス経路
２００  ファンブレード
２０２  ファンブレード根元部
２０４  ファンブレード本体
２０６  ファンブレード先端部
２０７  前縁
２０８  金属前縁
２１０  後縁
２１２  負圧側面
２１４  正圧側面
２１６  ノッチ
２１８  長さ
２２０  ノーズ長さ
２２２  フェイル融着点
２２４  非フェイル融着点
３０２  ノーズ
３０４  正圧側面接合縁部
３０６  負圧側面接合縁部
３０８  非フェイル融着ノッチ
３１０  ノーズ先端
３１２  非フェイル融着ノーズ長さ
４０２  フェイル融着ノッチ
４０４  フェイル融着ノーズ長さ
５００  ファンブレード
５０２  ファンブレード根元部
５０４  ファンブレード本体
５０６  ファンブレード先端部
５０８  金属前縁
５１０  後縁
５１２  負圧側面
５１４  正圧側面
５１６  複数のノッチ
５１８  ノーズ
５２０  負圧側面接合縁部
６００  ファンブレード
６０２  ファンブレード根元部
６０４  ファンブレード本体
６０６  ファンブレード先端部
６０８  金属前縁
６１０  後縁
６１２  負圧側面
６１４  正圧側面
６１６  穴
６１８  ノーズ
６２０  負圧側面接合縁部
７００  金属前縁
７０２  ノーズ
７０４  正圧側面接合縁部
７０６  負圧側面接合縁部
７０８  非フェイル融着ノッチ
７１０  正圧側面接合縁部内面
７１２  負圧側面接合縁部内面
７１４  切削ノッチ
【図１】
2019515183.tif 000003
【図２】
2019515183.tif 000004
【図３】
2019515183.tif 000005
【図４】
2019515183.tif 000006
【図５】
2019515183.tif 000007
【図６】
2019515183.tif 000008
【図７】
2019515183.tif 000009
【図８】
2019515183.tif 000010
【国際調査報告】
2019515183.tif 000011
2019515183.tif 000012