(57)【要約】【課題】オープンロータ用の低騒音翼形部を提供する。【解決手段】オープンロータ用ブレード（３２）の翼形部は、正圧側面（３８）および負圧側面（４０）を含み、正圧側面（３８）および負圧側面（４０）は、前縁（４２）および後縁（４４）で交差し、翼形部の翼弦は、前縁（４２）と後縁（４４）との間の直線距離として定義され、翼形部は、正圧側面（３８）と負圧側面（４０）との中間に規定された中間線（４８）を有し、中間線（４８）は、中間線が所定の総回転を含むように成形され、中間線（４８）は、総回転の１５％未満の部分が翼弦の４０％から７５％までで発生するように成形され、中間線（４８）は、総回転の３５％より大きい部分が翼弦の後方２５％で生じるように成形される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オープンロータ（２４、１２４、２２４）用ブレード（３２、１３２、１３３、２３２）の翼形部であって、正圧側面（３８、１３８、１３９、２３８、２３９）および負圧側面（４０、１４０、１４１、２４０、２４１）を含み、前記正圧側面（３８、１３８、１３９、２３８、２３９）および前記負圧側面（４０、１４０、１４１、２４０、２４１）は、前縁（４２、１４２、１４３、２４２、２４３）および後縁（４４、１４４、１４５、２４４、２４５）で交差し、前記翼形部の翼弦は、前記前縁（４２、１４２、１４３、２４２、２４３）と前記後縁（４４、１４４、１４５、２４４、２４５）との間の直線距離として定義され、
前記翼形部は、前記正圧側面（３８、１３８、１３９、２３８、２３９）と前記負圧側面（４０、１４０、１４１、２４０、２４１）との中間に規定された中間線（４８）を有し、
前記中間線（４８）は、前記中間線（４８）が所定の総回転を含むように成形され、
前記中間線（４８）は、前記総回転の１５％未満の部分が前記翼弦の４０％から７５％までで発生するように成形され、
前記中間線（４８）は、前記総回転の３５％より大きい部分が前記翼弦の後方２５％で生じるように成形される、翼形部。
【請求項２】
前記中間線（４８）は、総回転の１３％未満の部分が前記翼弦の４０％から７５％までで生じるように成形される、請求項１に記載の翼形部。
【請求項３】
入口角（６６）は、前記中間線（４８）に対する接線と前記前縁（４２、１４２、１４３、２４２、２４３）における前記オープンロータ（２４、１２４、２２４）の中心線との間の角度として定義され、
出口角（６４）は、前記中間線（４８）に対する接線と前記後縁（４４、１４４、１４５、２４４、２４５）における前記オープンロータ（２４、１２４、２２４）の中心線との間の角度として定義され、
前記総回転は、前記入口角（６６）と前記出口角（６４）との間の差の絶対値として定義される、
請求項１に記載の翼形部。
【請求項４】
前記中間線（４８）の最大キャンバー上昇は、前記翼弦の５０％前方に位置する、請求項１に記載の翼形部。
【請求項５】
前記翼形部の厚さ（６０）は、前記正圧側面（３８、１３８、１３９、２３８、２３９）と前記負圧側面（４０、１４０、１４１、２４０、２４１）との間の前記中間線（４８）に対して垂直に測定された距離として定義され、前記厚さ（６０）の最大値は、前記翼弦の約２０％から約３０％までの間の位置で生じる、請求項１に記載の翼形部。
【請求項６】
前記翼形部は、前記翼弦の約２％から約４％までの最大厚さを有する、請求項１に記載の翼形部。
【請求項７】
前記翼形部は、約マッハ０．７から約マッハ０．８の間の飛行速度で動作するように構成される、請求項１に記載の翼形部。
【請求項８】
オープンロータ（２４、１２４、２２４）用のブレード（３２、１３２、１３３、２３２）であって、根元部（３４、１３４、１３５、２３４、２３５）から先端部（３６、１３６、１３７、２３６、２３７）にまたがって半径方向に延在し、かつ離間した前縁（４２、１４２、１４３、２４２、２４３）と後縁（４４、１４４、１４５、２４４、２４５）との間で翼弦状に軸方向に延在する、離間した正圧側面（３８、１３８、１３９、２３８、２３９）および負圧側面（４０、１４０、１４１、２４０、２４１）を有する翼形部本体を含み、前記翼形部本体は、請求項１に記載の少なくとも１つの翼形部を含む、ブレード（３２、１３２、１３３、２３２）。
【請求項９】
軸方向中心線の周りで回転可能であり、前記ブレード（３２、１３２、１３３、２３２）の第１の翼形部列（１２８、２２８）を担持するディスク（１３０、２３０）をさらに含む、請求項８に記載のブレード（３２、１３２、１３３、２３２）。
【請求項１０】
オープンロータ装置であって、
軸方向中心線の周りで回転可能であり、翼形形状のブレード（３２、１３２、１３３、２３２）の環状アレイを担持する第１のディスク（１３０、２３０）を含む第１の翼形部列（１２８、２２８）であって、前記ブレード（３２、１３２、１３３、２３２）の各々は、根元部（３４、１３４、１３５、２３４、２３５）から先端部（３６、１３６、１３７、２３６、２３７）にまたがって半径方向に延在し、かつ離間した前縁（４２、１４２、１４３、２４２、２４３）と後縁（４４、１４４、１４５、２４４、２４５）との間で翼弦状に軸方向に延在する、離間した正圧側面（３８、１３８、１３９、２３８、２３９）および負圧側面（４０、１４０、１４１、２４０、２４１）を有し、前記第１の翼形部列（１２８、２２８）の前記ブレード（３２、１３２、１３３、２３２）の各々は、請求項１に記載の少なくとも１つの翼形部を含む、第１の翼形部列（１２８、２２８）と、
前記第１の翼形部列（１２８、２２８）の下流に配置された第２の翼形部列（１２９、２２９）と、
を含む装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの翼形部は、前記ブレード（３２、１３２、１３３、２３２）の前記翼幅の外側半分内に位置する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第２の翼形部列（１２９、２２９）は、翼形部形状の出口ガイドベーン（２３３）の環状アレイを含み、前記出口ガイドベーン（２３３）の各々は、根元部（３４、１３４、１３５、２３４、２３５）から先端部（３６、１３６、１３７、２３６、２３７）にまたがって半径方向に延在し、かつ離間した前縁（４２、１４２、１４３、２４２、２４３）と後縁（４４、１４４、１４５、２４４、２４５）との間で翼弦状に軸方向に延在する、離間した正圧側面（３８、１３８、１３９、２３８、２３９）および負圧側面（４０、１４０、１４１、２４０、２４１）を有する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記第２の翼形部列（１２９、２２９）は、前記第１のディスク（１３０、２３０）の後方に配置された第２のディスク（１３１、２３１）を含み、前記第２のディスク（１３１、２３１）は、前記軸方向中心線の周りで回転可能であり、翼形形状のブレード（３２、１３２、１３３、２３２）の列を担持し、前記第２の翼形部列（１２９、２２９）の前記ブレード（３２、１３２、１３３、２３２）の各々は、根元部（３４、１３４、１３５、２３４、２３５）から先端部（３６、１３６、１３７、２３６、２３７）にまたがって半径方向に延在し、かつ離間した前縁（４２、１４２、１４３、２４２、２４３）と後縁（４４、１４４、１４５、２４４、２４５）との間で翼弦状に軸方向に延在する、離間した正圧側面（３８、１３８、１３９、２３８、２３９）および負圧側面（４０、１４０、１４１、２４０、２４１）を含み、前記第２の翼形部列（１２９、２２９）の前記ブレード（３２、１３２、１３３、２３２）は、前記第１の翼形部列（１２８、２２８）の前記ブレード（３２、１３２、１３３、２３２）と反対に回転するように構成される、請求項１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に航空機の推進に関し、より具体的には、推進用のオープンロータを組み込んだ航空機エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
推力を生成するように構成され、外側シュラウドによって囲まれていない翼形部のアレイを担持する回転可能なハブを含む装置として一般的に定義されるオープンロータを使用して航空機の推進を提供することは周知である。
【０００３】
オープンロータの１つのタイプは、従来のプロペラである。これらは主に低速用途に使用され、一般に高亜音速では非効率になる。
【０００４】
そのために最適化されたブレードを使用して高速車両を推進させるためにオープンロータを使用することに関心があり、これらのタイプのオープンロータは、しばしば「プロップファン」または「ダクトのないファン」と呼ばれる。高速亜音速飛行では、ロータの回転速度、ブレード半径、および飛行速度の組み合わせにより、周囲の空気、特に外側の翼幅において超音速であるブレード相対速度が生じる。
【０００５】
このようなオープンロータの１つの問題は、ブレードによって発生した衝撃波がロータから外側に伝播し、航空機の胴体に衝撃を与え、振動およびキャビンノイズを生成することである。ブレードにより生成されるキャビンノイズは、商用航空機推進システムのオープンロータエンジンアーキテクチャの将来の受け入れに対する障害であるため、最小化することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第９３４０２７７号明細書
【発明の概要】
【０００７】
この問題は、翼幅の外側部分の上のブレード負圧側面にほぼ均一な翼弦方向の圧力分布を有する高速亜音速飛行用のオープンロータブレードによって解決される。
【０００８】
本明細書に記載の技術の一態様によれば、オープンロータ用ブレードの翼形部は、正圧側面および負圧側面を含み、正圧側面および負圧側面は、前縁および後縁で交差し、翼形部の翼弦は、前縁と後縁との間の直線距離として定義され、翼形部は、正圧側面と負圧側面との中間に規定された中間線を有し、中間線は、所定の遷音速または超音速の相対速度条件の存在下で、負圧側面の最大および最小の理想マッハ数が翼弦の２５％と８０％との間で０．０８帯域内にあるように成形される。
【０００９】
本明細書に記載の技術の別の態様によれば、オープンロータ用ブレードの翼形部は、正圧側面および負圧側面を含み、正圧側面および負圧側面は、前縁および後縁で交差し、翼形部の翼弦は、前縁と後縁との間の直線距離として定義され、翼形部は、正圧側面と負圧側面との中間に規定された中間線を有し、中間線は、中間線が所定の総回転を含むように成形され、中間線は、総回転の１５％未満の部分が翼弦の４０％から７５％までで発生するように成形され、中間線は、総回転の３５％より大きい部分が翼弦の後方２５％で生じるように成形される。
【００１０】
本明細書に記載の技術の別の態様によれば、オープンロータ装置は、軸方向中心線の周りで回転可能であり、翼形形状のブレードの環状アレイを担持する第１のディスクを含む第１の翼形部列であって、ブレードの各々は、根元部から先端部にまたがって半径方向に延在し、かつ離間した前縁と後縁との間で翼弦状に軸方向に延在する、離間した正圧側面および負圧側面を有し、第１の翼形部列のブレードの各々は、少なくとも１つの翼形部を含み、翼形部の中間線は、中間線が所定の総回転を含むように成形され、中間線は、総回転の３５％より大きい部分が翼弦の後方２５％で生じるように成形され、中間線は、総回転の１５％未満の部分が翼弦の４０％から７５％までで発生するように成形される、第１の翼形部列と、第１の翼形部列の下流に配置された第２の翼形部列と、を含む。
【００１１】
本発明は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することにより、最もよく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】例示的なオープンロータを含む航空機を示す図である。
【図２】図１に示す例示的なオープンロータの側面図である。
【図３】図１に示すオープンロータの概略的な正面図である。
【図４】図１に示すオープンロータの概略的な側面図である。
【図５】図３の線５−５に沿った概略的な断面図である。
【図６】図５に示す例示的な翼形部の中間線の形状のプロットである。
【図７】図５に示す例示的な翼形部の翼弦長の分率の関数としての中間線角度のプロットである。
【図８】代表的な従来技術の翼形部の空気力学的荷重対翼弦のプロットである。
【図９】本発明の一態様に従って構成された翼形部の空気力学的荷重対翼弦のプロットである。
【図１０】代替的なオープンロータの側面図である。
【図１１】別の代替的なオープンロータの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面を参照すると、様々な図を通じて同じ符号は同じ要素を示しており、図１は、１対の翼部１２、１４を含む例示的な航空機１０を概略的に示す。各翼部１２、１４は、パイロン１８を介して推進装置１６を支持する。あるいは、１つまたは複数の推進装置１６を航空機１０の任意の適切な場所に取り付けることができる。
【００１４】
図２を参照すると、推進装置１６のうちの１つがより詳細に示されている。推進装置１６は、ナセル２２に包囲され、かつ、中心線軸２６の周りで回転するように取り付けられたオープンロータ２４と駆動関係で結合された原動機２０（概略的に示す）を含む。
【００１５】
本明細書で使用される場合、「軸方向」および「長手方向」という用語は両方とも、中心線軸２６に平行な方向を指し、「半径方向」は軸方向に垂直な方向を指し、「接線」または「円周方向」は、軸方向および半径方向に互いに垂直な方向を指す。本明細書で用いる「前方」または「前」という用語は、構成要素の中またはその周りを通る空気の流れにおいて相対的に上流側の位置を意味し、「後方」または「後」という用語は、構成要素の中またはその周りを通る空気の流れにおいて相対的に下流側の位置を意味する。この流れの方向は、図１および図２では矢印「Ｆ」で示している。これらの方向を示す用語は、説明の便宜のためにのみ用いられるものであって、それによって説明した構造の特定の向きを要求するものではない。
【００１６】
原動機２０は、予想される機械的および空気力学的荷重の下で必要な速度でオープンロータ２４を回転させるように動作可能な任意の装置であってもよい。原動機の非限定的な例には、熱機関、モータ（例えば、電気、油圧、または空気圧）、またはそれらの組み合わせ（例えば、電気ハイブリッド駆動機構）が含まれる。一例では、原動機２０は、圧縮機、燃焼器および１つまたは複数のタービンを含むコアを有するガスタービンエンジンであってもよい。オープンロータ２４は、原動機２０によって直接駆動されてもよいし、中間の歯車列を介して駆動されてもよい。
【００１７】
図示した例では、オープンロータ２４は、回転可能なディスクまたはハブ３０を含む単一の翼形部列２８を含む単一段オープンロータであり、ディスクまたはハブ３０は、そこから延在するロータブレード３２の環状アレイを有する。
【００１８】
図３〜図５を参照すると、各ブレード３２は、ハブ３０の根元部３４から先端部３６まで延在し、前縁４２および後縁４４において概ね凸面の負圧側面４０に接合された概ね凹面の正圧側面３８を含む。ブレード３２は、翼幅方向のスタック線４５に沿って配列された個々の翼形部のアレイまたは「スタック」として表すことができる。図５はそのような翼形部の１つを示す。ブレード３２の個々の翼形部のそれぞれについて、「翼弦線」４６と呼ばれる仮想的な直線が、前縁４２と後縁４４とを接続する。また、ブレード３２の個々の翼形部について、「中間キャンバー線」または「中間線」４８と呼ばれる曲線は、正圧側面３８と負圧側面４０との中間に位置する点の軌跡を表す。通常、ブレード３２は、「捻れ」、すなわち、スタックされた翼形部が翼幅方向スタック線４５の周りに互いに対して回転する特徴含む。図示した例には示されていないが、ブレード３２は、「傾き」、すなわち、スタックされた翼形部が互いに対して横方向にシフトされる特徴、および／または「掃引」、すなわち、スタックされた翼形部が翼弦方向にシフトされる特徴を組み込むことができることが理解されよう。
【００１９】
ブレード３２は、金属合金（例えば、鉄、ニッケルまたはチタン合金）あるいは金属遮蔽のある、またはないエポキシマトリックス中の炭素強化繊維などの複合材料などの適切な高強度材料で作ることができる。
【００２０】
動作中、ハブ３０が中心線軸２６の周りで回転し、ブレード３２が中心線軸２６に垂直なブレード面５０を掃引する。ブレード３２の翼形部は、半径に依存し、ブレードの翼弦線４６とブレード面５０との間で測定されるピッチ角θでそれぞれ配置される（ブレード３２は捻れを組み込んでもよい）。比較的小さなピッチ角θは、通常、「平坦」または「微細」または「低」ピッチと呼ばれ、比較的大きなピッチ角θは、通常「急峻」または「粗」または「高」ピッチと呼ばれる。一般的に、効率的な推進のための適切なピッチ角θは、航空機の速度が増加するにつれて増加することが理解されよう。
【００２１】
ブレード３２は、ブレード３２の翼形部ピッチ角θを変更することができない「固定ピッチ」構成を有してもよい。あるいは、ブレード３２は、ブレード３２の翼形部ピッチ角θが、飛行中に均一に変化（すなわち、すべての翼形部に対して同じピッチ角で変化）することができる「可変ピッチ」構成を有してもよい。可変ピッチオープンロータを使用して、高速および低速の両方で効率的に推力を提供することができる。１つまたは複数の従来のピッチ変更アクチュエータ（図示せず）を用いてピッチ変更を行うことができる。
【００２２】
各ブレード３２は、根元部３４から先端部３６までの半径方向距離として定義される翼幅（または翼幅寸法）「Ｓ」と、翼弦線４６の長さとして定義される翼弦（または翼弦寸法）「Ｃ」と、を有する。翼弦寸法は、翼幅Ｓにわたって一定であってもよく、または図示するように翼幅Ｓにわたって変化してもよい。
【００２３】
動作中、ブレード３２は、飛行のフェーズに応じて、様々な軸速度またはロータ速度（ＲＰＭまたは角速度として表される）で回転する。ブレード３２上の任意の所与の点の接線速度、すなわち接線方向の線速度は、中心線軸２６からのその点の半径に矢印５２で示す角速度を掛けたものとして計算することができる。
【００２４】
任意の所与のロータ速度に対して、ブレード３２の接線速度は、半径が増加するにつれて増加し、任意のロータ速度の最大接線速度が先端部３６で生じることが理解されよう。先端部３６における接線速度は、一般に、「先端速度」と呼ばれ、矢印５４で示している。
【００２５】
飛行中、ブレード３２は、矢印５６で示す「ブレード相対速度」または「相対マッハ数」を経験する。ブレード相対速度は、軸方向、半径方向および接線方向の各成分を有する３次元ベクトル量であることが理解されよう。半径方向速度をゼロと仮定し、２次要素を無視すると、先端部のブレード相対速度は、先端速度と飛行速度のベクトル和である。ブレード相対速度は、ブレード３２の翼弦線４６に平行な相対風速にほぼ等しい。
【００２６】
上述した対気速度および先端速度条件などのいくつかの動作条件の下では、ブレード３２の全部または一部、例えばブレード翼幅の外側１／２〜１／３は、局所的な音速を超えるブレード相対速度を経験する。亜音速（マッハ数が１．０未満）および超音速（マッハ数が１．０超）のブレード相対速度の実質的な領域を有するブレードの周りの流れについては、流れ場およびブレード動作状態は遷音速と呼ばれ、ブレード周りのほとんど超音速の流れについては、流れ場およびブレード動作状態は超音速と呼ばれる。
【００２７】
図５を参照すると、ブレード３２の翼形部は、中間線４８に対する接線と中心線軸２６との間の角度である、中間線角度５８を有する。中間線角度５８は、中間線４８に沿った任意の位置で測定することができる。中間線角度５８の値は、中間線４８の曲率およびブレード３２のピッチ角θの両方の関数である。したがって、中間線角度５８の絶対値は、ブレード３２のピッチ角θが変化するにつれて変化する。しかしながら、全体の中間線の形状特性は不変であり、ブレード３２の湾曲のみに依存することが理解されよう。
【００２８】
ブレード３２は、正圧側面３８と負圧側面４０との間の中間線４８に対して垂直に測定される距離である厚さ６０を有し、それは中間線４８に沿った任意の位置で測定することができる。従来技術によれば、厚さ比は、厚さの絶対値を翼弦長で割ったものとして計算され、パーセンテージで表される。
【００２９】
中間線角度５８または厚さ６０の中間線４８に沿った位置は、翼弦の分率を用いて記述することができ、その値はパーセンテージで表すことができる。本明細書で使用されるように、翼弦の分率とは、前縁４２から関心のある点までの位置の翼弦方向の距離を翼弦Ｃで割ったものを指す。したがって、例えば、前縁４２は翼弦の０％に位置し、後縁４４は翼弦の１００％に位置する。
【００３０】
ブレード３２の翼形部の最大厚さは、正圧側面３８と負圧側面４０との間の内接円６２の直径によって表される。一実施形態では、最大厚さは翼弦の分率で約２０％〜３０％のところに位置する。一例では、翼形部の最大厚さは、翼弦Ｃの約２％〜約４％であってもよい。
【００３１】
本明細書で使用される場合に、キャンバーは、中間線４８に沿った任意の２点の間の中間線角度５８の変化として定義される。中間線４８の曲率は、中間線４８に沿った円弧長に対する中間線角度５８の導関数、すなわち変化率として計算される。
【００３２】
図６は、例示的な翼形部の中間線４８の形状をプロットしている。図６では、垂直軸は、翼弦線４６から中間線４８までの距離であって、翼弦線４６に対して垂直に測定され、翼弦の分率として表している。この値は、「キャンバー上昇」と呼ぶことができ、前縁および後縁ではゼロである。図６の縦軸のスケールは、横軸のスケールとは異なることに留意されたい。
【００３３】
図示した例では、キャンバー上昇の最大値の位置は、翼形部の前半、すなわち、５０％翼弦位置の前方（垂直の破線で示す）に位置する。
【００３４】
後縁４４での中間線の角度は、「ブレード出口角」６４（図５参照）と呼ばれる。これは、後縁４４における空気流と中心線軸２６の方向との間の角度と等しくてもよいし、等しくなくてもよい。前縁４２における中間線角度は、「ブレード入口角」６６と呼ばれる。これは、前縁４２における空気流と中心線軸２６の方向との間の角度と等しくてもよいし、等しくなくてもよい。
【００３５】
「総回転」と呼ばれるパラメータは、ブレード出口角６４とブレード入口角６６との間の差の絶対値として定義される。
【００３６】
総回転の所与の値に対して、中間線４８は、異なる翼弦方向の位置でその総回転に異なる量を提供するように成形することができることが理解される。図７は、例示的な翼形部の中間線４８の角度分布をプロットしている。図７では、垂直軸は、中間線角度５８から翼形部のピッチ角θの余角を差し引いたものを表す。
【００３７】
騒音低減のために、翼形部の総回転のうちの比較的大きい量を翼形部の後方部分に組み込むことが望ましい。例えば、総回転の３５％を超える量が翼弦の後方２５％で発生してもよい。
【００３８】
一例では、翼形部は、総回転の約半分を翼形部の前方部分の組み込み、非常に低い回転を翼形部の中央から後方部分に組み込み、比較的大きな量の回転を翼形部の後方部分に組み込むことができる。
【００３９】
一例では、総回転の１５％未満が翼弦の４０％から７５％までで発生し、総回転の３５％超が翼弦の後方２５％で発生することができる。別の例では、総回転の１３％未満が翼弦の４０％から７５％までで発生し、総回転の３５％超が翼弦の後方２５％で発生することができる。いずれの例においても、総回転は１０°より大きくなり得る。
【００４０】
上述したオープンロータ２４を使用して、大気中の飛行で原動機２０によりオープンロータ２４を駆動して航空機１０を推進させることができ、その外側部分の前縁４２での相対速度は遷音速または超音速である。例えば、これらの条件は、約マッハ０．７〜約マッハ０．８の間の飛行速度で起こり得る。例えば、オープンロータ２４は、約１５２ｍ／ｓ（５００ｆｔ／ｓ）を超える先端速度および約０．７２を超える飛行マッハ数で動作することができる。
【００４１】
一般に、本明細書で使用される「航空機を推進させる」という用語は、原動機２０の動作によって達成可能なほぼ定常状態の持続可能な状態、例えば離陸、上昇、降下、および／または巡航飛行を指し、一時的な効果によって特徴付けられまたは支配される状態、例えば急速な降下すなわち急降下で達成されるような状態を指すものではない。
【００４２】
上述した中間線の形状特徴の組み合わせは、従来技術の設計と比較して、翼形部にかかる空気力学的荷重の翼弦方向の均一性を高めるように適用することができる。図８は、その空気力学的設計点（ＡＤＰ）における従来技術のオープンロータ翼形部の空気力学的荷重を示すプロットである。空気力学的荷重は翼弦方向で不均一であり、翼弦の前半にピーク負圧側面（ＳＳ）マッハ数が生じることが分かる。
【００４３】
対照的に、図９は、本明細書に記載された原理（図５に見られる翼形部断面など）に従って設計されたそのＡＤＰにおける翼形部の空気力学的荷重を示すプロットである。負圧側面（ＳＳ）マッハ数は、ほとんどではないにしても、実質的にすべての翼弦にわたってほぼ均一（すなわち、平坦な水平線）であることが分かる。より具体的には、一例では、中間線形状は、所定の遷音速または超音速の相対速度条件において、ブレードの負圧側面の最大および最小の理想（等エントロピー）マッハ数が翼弦の２５％〜８０％の間で０．０８帯域内になるようにすることができる。（別の言い方をすれば、最大理想マッハ数は最小マッハ数より０．０８大きくはない）。静圧のこの均一性（理想的なマッハ数は静圧のプロキシである）は、個々の翼形部において、通常、翼幅の外側１／３で予想できる。さらに内側の部分（より低い半径）を考慮すると、０．０８のマッハ数の帯域は、翼弦のより小さい部分、例えば翼弦の２５％〜７５％、または翼弦の２５％〜７０％にわたって延在してもよい。
【００４４】
このほぼ均一なＡＤＰ翼弦方向の圧力分布には、多くの利点がある。主に、累積的な超音速圧縮を減少させ、終端衝撃を後縁４４に移動させる。上流位置と比較して、後縁における終端衝撃の意図的な配置は、予見可能であり、僅かな空気力学的変化に対して敏感ではなく、ブレードにより発生した衝撃の、ブレードから離れてブレード先端部半径を超えたところでの強度を低減する。より弱い遠方界での衝撃は、航空機のキャビンに衝突したときの騒音を少なくさせる。
【００４５】
負圧側面の圧力がほぼ均一であるため、流れの減速が遅れて、層流から乱流への境界層の移行を翼形部のさらに後方の領域に遅らせることによって空気力学的効率を増加させる。
【００４６】
最後に、低回転速度でのブレード遠方界衝撃強度を減少させる可能性がある。
【００４７】
上述の翼形部の設計原理は、他の構成のオープンロータにも適用することができる。例えば、図１０は、原動機２０に駆動連結された代替的なオープンロータ１２４を示す。図示した例では、オープンロータ１２４は、第１のまたは前方の翼形部列１２８と、第２のまたは後方の翼形部列１２９と、を含む。
【００４８】
原動機２０は、前方および後方の翼形部列を反対方向に回転させる（逆回転させる）ように構成することができる。
【００４９】
前方の翼形部列１２８は、そこから延在する複数のブレード１３２を有するハブまたはディスク１３０を含む。各ブレード１３２は、ハブ１３０の根元部１３４から先端部１３６まで延在し、前縁１４２および後縁１４４において概ね凸面の負圧側面１４０に接合された概ね凹面の正圧側面１３８を含む。各ブレード１３２は、先に定義したように、翼幅および翼弦を有し、ブレード１３２は、ハブ１３０の周りに均一または不均一に離間されてもよい。
【００５０】
ブレード１３２の特性（すなわち、翼形部形状）は、上述したブレード３２の特性と同一または類似していてもよい。
【００５１】
後方の翼形部列１２９は、そこから延在する複数のブレード１３３を有するハブまたはディスク１３１を含む。各ブレード１３３は、ハブ１３１の根元部１３５から先端部１３７まで延在し、前縁１４３および後縁１４５において概ね凸面の負圧側面１４１に接合された概ね凹面の正圧側面１３９を含む。各ブレード１３２は、先に定義したように、翼幅と翼弦を有し、ブレード１３３は、ハブ１３１の周りに均一または不均一に離間してもよい。
【００５２】
ブレード１３３の特性（すなわち翼形部形状）は、上述したブレード３２の特性と同一または類似していてもよい。
【００５３】
図１１は、原動機２０に駆動連結された代替的なオープンロータ２２４を示す。図示した例では、オープンロータ２２４は、第１のまたは前方の翼形部列２２８と、第２のまたは後方の翼形部列２２９と、を含む。この実施形態では、第１の翼形部列２２８は回転し、第２の翼形部列２２９は静止している。
【００５４】
前方の翼形部列２２８は、そこから延在する複数のブレード２３２を有するハブまたはディスク２３０を含む。各ブレード２３２は、ハブ２３０の根元部２３４から先端部２３６まで延在し、前縁２４２および後縁２４４において凸面の負圧側面２４０に接合された凹面の正圧側面２３８を含む。各ブレード２３２は、先に定義したように、翼幅および翼弦を有し、ブレード２３２は、ハブ２３０の周りに均一または不均一に離間してもよい。
【００５５】
ブレード２３２の特性（すなわち、翼形部形状）は、上述したブレード３２の特性と同一であってもよい。
【００５６】
後方の翼形部列２２９は、そこから延在する複数の出口ガイドベーン２３３を有する静止ハブ２３１を含む。各出口ガイドベーン２３３は、ハブ２３１の根元部２３５から先端部２３７まで延在し、前縁２４３および後縁２４５において凸面の負圧側面２４１に接合された凹面の正圧側面２３９を含む。各出口ガイドベーン２３３は、上で定義したように翼幅と翼弦を有し、出口ガイドベーン２３３は互いに異なっていてもよく、ハブ２３１の周りに均一または不均一に離間してもよい。
【００５７】
以上、オープンロータ用の翼形部およびオープンロータ装置について記載した。本明細書（添付した特許請求の範囲、要約、および図面を含む）で開示した特徴のすべて、および／または開示した任意の方法もしくは処理のステップのすべては、そのような特徴および／またはステップの少なくともいくつかが相互に排他的である組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わせることができる。
【００５８】
本明細書（添付した特許請求の範囲、要約、および図面を含む）に開示した各特徴は、特に明記しない限り、同一、等価、または類似の目的を提供する代替的な特徴に置き換えることができる。したがって、特に明記しない限り、開示した各特徴は、等価または類似の特徴の一般的な系列のうちの一例にすぎない。
【００５９】
本発明は、上述した実施形態の詳細に限定されるものではない。本発明は、本明細書（添付した特許請求の範囲、要約、および図面を含む）に開示した特徴のうちの任意の新規なもの、または任意の新規な組み合わせ、あるいは開示した任意の方法もしくは処理のステップのうちの任意の新規なもの、または任意の新規な組み合わせに及ぶ。
［実施態様１］
オープンロータ（２４、１２４、２２４）用ブレード（３２、１３２、１３３、２３２）の翼形部であって、正圧側面（３８、１３８、１３９、２３８、２３９）および負圧側面（４０、１４０、１４１、２４０、２４１）を含み、前記正圧側面（３８、１３８、１３９、２３８、２３９）および前記負圧側面（４０、１４０、１４１、２４０、２４１）は、前縁（４２、１４２、１４３、２４２、２４３）および後縁（４４、１４４、１４５、２４４、２４５）で交差し、前記翼形部の翼弦は、前記前縁（４２、１４２、１４３、２４２、２４３）と前記後縁（４４、１４４、１４５、２４４、２４５）との間の直線距離として定義され、
前記翼形部は、前記正圧側面（３８、１３８、１３９、２３８、２３９）と前記負圧側面（４０、１４０、１４１、２４０、２４１）との中間に規定された中間線（４８）を有し、
前記中間線（４８）は、所定の遷音速または超音速の相対速度条件の存在下で、前記負圧側面（４０、１４０、１４１、２４０、２４１）の最大および最小の理想マッハ数が前記翼弦の２５％と８０％との間で０．０８帯域内にあるように成形される、翼形部。
［実施態様２］
前記中間線（４８）の最大キャンバー上昇は、前記翼弦の５０％前方に位置する、実施態様１に記載の翼形部。
［実施態様３］
前記翼形部の厚さ（６０）は、前記正圧側面（３８、１３８、１３９、２３８、２３９）と前記負圧側面（４０、１４０、１４１、２４０、２４１）との間で前記中間線（４８）に対して垂直に測定された距離として定義され、前記厚さ（６０）の最大値は、前記翼弦の約２０％から約３０％までの位置で生じる、実施態様１に記載の翼形部。
［実施態様４］
前記翼形部は、前記翼弦の約２％から約４％までの最大厚さを有する、実施態様１に記載の翼形部。
［実施態様５］
前記翼形部は、約マッハ０．７から約マッハ０．８の間の飛行速度で動作するように構成される、実施態様１に記載の翼形部。
［実施態様６］
オープンロータ（２４、１２４、２２４）用ブレード（３２、１３２、１３３、２３２）の翼形部であって、正圧側面（３８、１３８、１３９、２３８、２３９）および負圧側面（４０、１４０、１４１、２４０、２４１）を含み、前記正圧側面（３８、１３８、１３９、２３８、２３９）および前記負圧側面（４０、１４０、１４１、２４０、２４１）は、前縁（４２、１４２、１４３、２４２、２４３）および後縁（４４、１４４、１４５、２４４、２４５）で交差し、前記翼形部の翼弦は、前記前縁（４２、１４２、１４３、２４２、２４３）と前記後縁（４４、１４４、１４５、２４４、２４５）との間の直線距離として定義され、
前記翼形部は、前記正圧側面（３８、１３８、１３９、２３８、２３９）と前記負圧側面（４０、１４０、１４１、２４０、２４１）との中間に規定された中間線（４８）を有し、
前記中間線（４８）は、前記中間線（４８）が所定の総回転を含むように成形され、
前記中間線（４８）は、前記総回転の１５％未満の部分が前記翼弦の４０％から７５％までで発生するように成形され、
前記中間線（４８）は、前記総回転の３５％より大きい部分が前記翼弦の後方２５％で生じるように成形される、翼形部。
［実施態様７］
前記総回転は１０°より大きい、実施態様６に記載の翼形部。
［実施態様８］
前記中間線（４８）は、総回転の１３％未満の部分が前記翼弦の４０％から７５％までで生じるように成形される、実施態様６に記載の翼形部。
［実施態様９］
入口角（６６）は、前記中間線（４８）に対する接線と前記前縁（４２、１４２、１４３、２４２、２４３）における前記オープンロータ（２４、１２４、２２４）の中心線との間の角度として定義され、
出口角（６４）は、前記中間線（４８）に対する接線と前記後縁（４４、１４４、１４５、２４４、２４５）における前記オープンロータ（２４、１２４、２２４）の中心線との間の角度として定義され、
前記総回転は、前記入口角（６６）と前記出口角（６４）との間の差の絶対値として定義される、
実施態様６に記載の翼形部。
［実施態様１０］
前記中間線（４８）の最大キャンバー上昇は、前記翼弦の５０％前方に位置する、実施態様６に記載の翼形部。
［実施態様１１］
前記翼形部の厚さ（６０）は、前記正圧側面（３８、１３８、１３９、２３８、２３９）と前記負圧側面（４０、１４０、１４１、２４０、２４１）との間の前記中間線（４８）に対して垂直に測定された距離として定義され、前記厚さ（６０）の最大値は、前記翼弦の約２０％から約３０％までの間の位置で生じる、実施態様６に記載の翼形部。
［実施態様１２］
前記翼形部は、前記翼弦の約２％から約４％までの最大厚さを有する、実施態様６に記載の翼形部。
［実施態様１３］
前記翼形部は、約マッハ０．７から約マッハ０．８の間の飛行速度で動作するように構成される、実施態様６に記載の翼形部。
［実施態様１４］
オープンロータ（２４、１２４、２２４）用のブレード（３２、１３２、１３３、２３２）であって、根元部（３４、１３４、１３５、２３４、２３５）から先端部（３６、１３６、１３７、２３６、２３７）にまたがって半径方向に延在し、かつ離間した前縁（４２、１４２、１４３、２４２、２４３）と後縁（４４、１４４、１４５、２４４、２４５）との間で翼弦状に軸方向に延在する、離間した正圧側面（３８、１３８、１３９、２３８、２３９）および負圧側面（４０、１４０、１４１、２４０、２４１）を有する翼形部本体を含み、前記翼形部本体は、実施態様６に記載の少なくとも１つの翼形部を含む、ブレード（３２、１３２、１３３、２３２）。
［実施態様１５］
軸方向中心線の周りで回転可能であり、前記ブレード（３２、１３２、１３３、２３２）の第１の翼形部列（１２８、２２８）を担持するディスク（１３０、２３０）をさらに含む、実施態様１４に記載のブレード（３２、１３２、１３３、２３２）。
［実施態様１６］
オープンロータ装置であって、
軸方向中心線の周りで回転可能であり、翼形形状のブレード（３２、１３２、１３３、２３２）の環状アレイを担持する第１のディスク（１３０、２３０）を含む第１の翼形部列（１２８、２２８）であって、前記ブレード（３２、１３２、１３３、２３２）の各々は、根元部（３４、１３４、１３５、２３４、２３５）から先端部（３６、１３６、１３７、２３６、２３７）にまたがって半径方向に延在し、かつ離間した前縁（４２、１４２、１４３、２４２、２４３）と後縁（４４、１４４、１４５、２４４、２４５）との間で翼弦状に軸方向に延在する、離間した正圧側面（３８、１３８、１３９、２３８、２３９）および負圧側面（４０、１４０、１４１、２４０、２４１）を有し、前記第１の翼形部列（１２８、２２８）の前記ブレード（３２、１３２、１３３、２３２）の各々は、少なくとも１つの翼形部を含み、
前記翼形部の中間線（４８）は、前記中間線（４８）が所定の総回転を含むように成形され、
前記中間線（４８）は、前記総回転の３５％より大きい部分が前記翼弦の後方２５％で生じるように成形され、
前記中間線（４８）は、前記総回転の１５％未満の部分が前記翼弦の４０％から７５％までで発生するように成形される、第１の翼形部列（１２８、２２８）と、
前記第１の翼形部列（１２８、２２８）の下流に配置された第２の翼形部列（１２９、２２９）と、
を含む装置。
［実施態様１７］
前記総回転は１０°より大きい、実施態様１６に記載の装置。
［実施態様１８］
前記少なくとも１つの翼形部は、前記ブレード（３２、１３２、１３３、２３２）の前記翼幅の外側半分内に位置する、実施態様１６に記載の装置。
［実施態様１９］
入口角（６６）は、前記中間線（４８）に対する接線と前記前縁（４２、１４２、１４３、２４２、２４３）における前記オープンロータ（２４、１２４、２２４）の中心線との間の角度として定義され、
出口角（６４）は、前記中間線（４８）に対する接線と前記後縁（４４、１４４、１４５、２４４、２４５）における前記オープンロータ（２４、１２４、２２４）の中心線との間の角度として定義され、
前記総回転は、前記入口角（６６）と前記出口角（６４）との間の差の絶対値として定義される、
実施態様１６に記載の装置。
［実施態様２０］
前記中間線（４８）は、総回転の１３％未満の部分が前記翼弦の４０％から７５％までで生じるように成形される、実施態様１６に記載の装置。
［実施態様２１］
前記中間線（４８）の最大キャンバー上昇は、前記翼弦の５０％前方に位置する、実施態様１６に記載の装置。
［実施態様２２］
前記翼形部の厚さ（６０）は、前記正圧側面（３８、１３８、１３９、２３８、２３９）と前記負圧側面（４０、１４０、１４１、２４０、２４１）との間の前記中間線（４８）に対して垂直に測定された距離として定義され、前記厚さ（６０）の最大値は、前記翼弦の約２０％から約３０％までの間の位置で生じる、実施態様１６に記載の装置。
［実施態様２３］
前記翼形部は、前記翼弦の約２％から約４％までの最大厚さを有する、実施態様１６に記載の装置。
［実施態様２４］
前記翼形部は、約マッハ０．７から約マッハ０．８の間の飛行速度で動作するように構成される、実施態様１６に記載の装置。
［実施態様２５］
前記第２の翼形部列（１２９、２２９）は、翼形部形状の出口ガイドベーン（２３３）の環状アレイを含み、前記出口ガイドベーン（２３３）の各々は、根元部（３４、１３４、１３５、２３４、２３５）から先端部（３６、１３６、１３７、２３６、２３７）にまたがって半径方向に延在し、かつ離間した前縁（４２、１４２、１４３、２４２、２４３）と後縁（４４、１４４、１４５、２４４、２４５）との間で翼弦状に軸方向に延在する、離間した正圧側面（３８、１３８、１３９、２３８、２３９）および負圧側面（４０、１４０、１４１、２４０、２４１）を有する、実施態様１６に記載の装置。
［実施態様２６］
前記第２の翼形部列（１２９、２２９）は、前記第１のディスク（１３０、２３０）の後方に配置された第２のディスク（１３１、２３１）を含み、前記第２のディスク（１３１、２３１）は、前記軸方向中心線の周りで回転可能であり、翼形形状のブレード（３２、１３２、１３３、２３２）の列を担持し、前記第２の翼形部列（１２９、２２９）の前記ブレード（３２、１３２、１３３、２３２）の各々は、根元部（３４、１３４、１３５、２３４、２３５）から先端部（３６、１３６、１３７、２３６、２３７）にまたがって半径方向に延在し、かつ離間した前縁（４２、１４２、１４３、２４２、２４３）と後縁（４４、１４４、１４５、２４４、２４５）との間で翼弦状に軸方向に延在する、離間した正圧側面（３８、１３８、１３９、２３８、２３９）および負圧側面（４０、１４０、１４１、２４０、２４１）を含み、前記第２の翼形部列（１２９、２２９）の前記ブレード（３２、１３２、１３３、２３２）は、前記第１の翼形部列（１２８、２２８）の前記ブレード（３２、１３２、１３３、２３２）と反対に回転するように構成される、実施態様１６に記載の装置。
【符号の説明】
【００６０】
１０  航空機
１２  翼部
１４  翼部
１６  推進装置
１８  パイロン
２０  原動機
２２  ナセル
２４  オープンロータ
２６  中心線軸
２８  翼形部列
３０  ハブ
３２  ロータブレード
３４  根元部
３６  先端部
３８  正圧側面
４０  負圧側面
４２  前縁
４４  後縁
４５  翼幅方向スタック線
４６  翼弦線
４８  中間線
５０  ブレード面
５２  角速度
５４  先端速度
５６  ブレード相対速度
５８  中間線角度
６０  厚さ
６２  内接円
６４  ブレード出口角
６６  ブレード入口角
１２４  オープンロータ
１２８  第１の翼形部列、前方の翼形部列
１２９  第２の翼形部列、後方の翼形部列
１３０  ハブ、ディスク
１３１  ハブ、ディスク
１３２  ブレード
１３３  ブレード
１３４  根元部
１３５  根元部
１３６  先端部
１３７  先端部
１３８  正圧側面
１３９  正圧側面
１４０  負圧側面
１４１  負圧側面
１４２  前縁
１４３  前縁
１４４  後縁
１４５  後縁
２２４  オープンロータ
２２８  第１の翼形部列、前方の翼形部列
２２９  第２の翼形部列、後方の翼形部列
２３０  ハブ、ディスク
２３１  静止ハブ
２３２  ブレード
２３３  出口ガイドベーン
２３４  根元部
２３５  根元部
２３６  先端部
２３７  先端部
２３８  正圧側面
２３９  正圧側面
２４０  負圧側面
２４１  負圧側面
２４２  前縁
２４３  前縁
２４４  後縁
２４５  後縁
【図１】
2019034719.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
2019034719.tif 000011
【図１０】
2019034719.tif 000012
【図１１】
2019034719.tif 000013
【外国語明細書】
2019034719000001.pdf