(57)【要約】【課題】ファン動翼径及びケーシング内径を大きくすることなくファン１段動翼の吸込み空気流量を増大させることができ、これによりバイパス比を高め、低燃費化と低騒音化を達成するとともにエンジン重量を削減することができるターボファンエンジンを提供する。【解決手段】空気を取り入れるファン１段動翼１０のハブ側のリーディングエッジ部がチップ側及びミッドスパンよりもエンジン前方まで延びている。またファン１段動翼１０のハブ側は、チップ側及びミッドスパンよりも長い翼弦長を有しかつ一体形状に形成されている。また、ハブ側リーディングエッジ部の付け根の半径は、ボス比０〜０．４の範囲で設定されている。【選択図】図１
2008014182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を取り入れるファン１段動翼のハブ側のリーディングエッジ部がチップ側及びミッドスパンよりもエンジン前方まで延びている、ことを特徴とするターボファンエンジン。
【請求項２】
前記ファン１段動翼のハブ側は、チップ側及びミッドスパンよりも長い翼弦長を有しかつ一体形状に形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のターボファンエンジン。
【請求項３】
前記ハブ側リーディングエッジ部の付け根の半径は、ボス比０〜０．４の範囲で設定されている、ことを特徴とする請求項１に記載のターボファンエンジン。
【請求項４】
前記リーディングエッジ部は、ハブ側から外径側にいくにつれエンジン後流側に向かって形成されて翼弦長は短くなり、トレーリングエッジ部の５〜５０％スパンの半径位置で通常のファン翼の形状に滑らかに繋がる、ことを特徴とする請求項１に記載のターボファンエンジン。
【請求項５】
ハブ側のリーディングエッジ部は、直線に近い基本形状、又は半径外径方向側に向けて凸形状または凹形状に形成される、ことを特徴とする請求項１に記載のターボファンエンジン。
【請求項６】
前記ファン１段動翼は、２ないしは複数の翼を化学的処理または構造的処理で一体形状に形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のターボファンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボファンエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機のターボジェットエンジンにおいて、空気を取り入れるファンの下流にバイパス流れを付加したものを「ターボファンエンジン」と呼ぶ。バイパス比は、コアエンジン（ターボジェットエンジンの圧縮機、燃焼器およびタービン）に流入する空気流（コア流れ）に対するコアエンジンをバイパスするバイパス流れの流量比（バイパス流れ／コア流れ）であり、これが大きいほど排気ジェットの流速を下げ、騒音低減と燃料消費率の低減に効果がある。
【０００３】
しかし上述したターボファンエンジンでは、バイパス比を大きくするとファン１段動翼（最前列のファン）とこれを囲むケーシング内径が大きくなり、エンジンの重量が増してしまう問題点があった。
【０００４】
この問題を解決するために、本発明の発明者等は、特許文献１のターボファンエンジンを創案し出願した。
【０００５】
特許文献１のターボファンエンジンは、図６に示すように、空気を取り入れるためのファン１段動翼７２と、該ファン１段動翼を回転駆動するスピンナー７４とを備え、該スピンナーは、その軸心から半径方向外方に螺旋状に延びスピンナー前面から空気を吸込みファン１段動翼に供給する渦巻翼７６を有するものである。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２７８５４号公報、「ターボファンエンジン」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、従来のターボファンエンジンでは、バイパス比を大きくするとファン１段動翼（最前列のファン）とこれを囲むケーシング内径が大きくなり、エンジンの重量が増してしまう問題点があった。
【０００８】
すなわちターボファンエンジンのスピンナーに埋め込まれた構造のファン１段動翼は、埋め込み構造のため、ある程度のハブ／チップ比（入口ハブ径／入口チップ径）が必要となり、スピンナーの面積分だけファン入口面積は狭くなる。
【０００９】
そのため低燃費、低騒音を達成するためバイパス比を増やそうとすると、ファン動翼径及びケーシング内径はさらに広げなくてはならず、エンジンの重量が増えることになる。
【００１０】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明は、特許文献１のターボファンエンジンを更に改善したものであり、ファン動翼径及びケーシング内径を大きくすることなくファン１段動翼の吸込み空気流量を増大させることができ、これによりバイパス比を高め、低燃費化と低騒音化を達成するとともにエンジン重量を削減することができるターボファンエンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、空気を取り入れるファン１段動翼のハブ側のリーディングエッジ部がチップ側及びミッドスパンよりもエンジン前方まで延びている、ことを特徴とするターボファンエンジンが提供される。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記ファン１段動翼のハブ側は、チップ側及びミッドスパンよりも長い翼弦長を有しかつ一体形状に形成されている。
【００１３】
また、前記ハブ側リーディングエッジ部の付け根の半径は、ボス比０〜０．４の範囲で設定されている。
【００１４】
また、前記リーディングエッジ部は、ハブ側から外径側にいくにつれエンジン後流側に向かって形成されて翼弦長は短くなり、トレーリングエッジ部の５〜５０％スパンの半径位置で通常のファン翼の形状に滑らかに繋がる。
【００１５】
また、ハブ側のリーディングエッジ部は、直線に近い基本形状、又は半径外径方向側に向けて凸形状または凹形状に形成される。
【００１６】
また、前記ファン１段動翼は、２ないしは複数の翼を化学的処理または構造的処理で一体形状に形成されている。
【発明の効果】
【００１７】
上記本発明の構成によれば、ファン１段動翼のハブ側がエンジン前方まで延びているので、エンジン前方のハブ側に流入する流量を増すことができる。従って、従来のファンに対し、同じ全体流量を流すのに小さいファン動翼径で実現できる。
またハブ側の速度三角形が従来のファンと異なり、転向角が小さくてもハブ側の圧力比を高くとれる。なお、転向角とは、入口と出口の相対流れ角の差である。
さらに、ハブ側の翼断面積が増加することにより、強度が増し、鳥等を吸込み当たった場合の健全性を確保できる。
【００１８】
従って、バイパス比が大きいターボファンエンジンにおいて、ファン１段動翼径とそれを囲むケーシング径を大きくすることなくファン１段動翼の空気流量を増大することができ、これによりバイパス比を高め、低燃費化と低騒音化を達成するとともに重量を削減することができる。
また、ハブ側の圧力比を従来ファン動翼よりも高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２０】
図１は、本発明のターボファンエンジンの構成図である。この図において（Ａ）は従来例、（Ｂ）は本発明である。各図において、１はエンジン回転軸、２はケーシング内径、３は流入空気の流れである。
【００２１】
図１（Ａ）に示すように、従来のファン１段動翼２２は、リーディングエッジ部（Ｌ／Ｅ）及びトレーリングエッジ部（Ｔ／Ｅ）は、直線または直線に近い湾曲面であった。
【００２２】
これに対し、図１（Ｂ）に示すように、本発明のターボファンエンジンは、空気を取り入れるファン１段動翼１０のハブ側のリーディングエッジ部１２がチップ側のリーディングエッジ部１４及びミッドスパンのリーディングエッジ部１３よりもエンジン前方まで延びている。
【００２３】
図２は、従来のファン１段動翼と本発明のファン１段動翼の説明図であり、（Ａ）は、従来のファン１段動翼２２の模式的斜視図、（Ｂ）は本発明のファン１段動翼１０の模式的斜視図、（Ｃ）は従来のファン１段動翼の３断面（ハブ、ミッド、チップ）の速度三角形、翼断面形状、（Ｄ）は本発明のファン１段動翼の３断面（ハブ、ミッド、チップ）の速度三角形、翼断面形状である。図中のＡＢＳ１，ＡＢＳ２は流入空気と流出空気の絶対速度、ＲＥＬ１，ＲＥＬ２は流入空気と流出空気の相対速度を示している。
【００２４】
図２（Ｃ）および（Ｄ）からわかるように、ハブ側の速度三角形には相違が見られ、本発明のファン１段動翼の転向角θ’が従来のファン１段動翼の転向角θより明らかに小さくなっており、図２（Ｄ）の断面Ｈ−Ｈのように、本発明のハブ側の翼型は従来型の翼型よりもコード長は長く、転向角は小さい翼型になる。これは、従来のファン１段動翼では流入部と流出部のハブ側径の差が小さいため、流体に仕事をするためには大きな転向角が必要になるが、本発明のファン１段動翼１０のハブ側のリーディングエッジ部１２がチップ側のリーディングエッジ部１４及びミッドスパンのリーディングエッジ部１３よりもエンジン前方まで延びている形状のため流入部と流出部のハブ側径の差が大きく、流体に同じ仕事をするのに小さい転向角ですむためである。
従って、本発明では従来型よりも翼にかかる負荷は低く、このような翼型を実現することは容易であることがわかる。
【００２５】
図３は、本発明のターボファンエンジンの説明図である。この図において、（Ａ）はボス比の説明図、（Ｂ）は、ボス比と圧力比の関係図である。
ボス比とは、ハブ側リーディングエッジ部の付け根の半径Ｒｈのチップ側リーディングエッジ部の半径Ｒｔに対する比（Ｒｈ／Ｒｔ）を意味する。
また、圧力比とはファン１段動翼１０の前後の圧力比である。
【００２６】
本発明では、ハブ側リーディングエッジ部１２の付け根の半径は、ボス比０〜０．４の範囲で設定するのがよい。図３（Ａ）において、ａは従来のハブ側リーディングエッジ部の例であり、ｂ，ｃ，ｄは本発明の位置である。
図３（Ｂ）において、ａ，ｂ，ｃ，ｄは、図３（Ａ）の各位置に対応する。
図３（Ｂ）から、ボス比０〜０．４の範囲でボス比０．５以上よりも圧力比が高くとれ、ボス比０〜０．４の範囲で設定することにより、圧力比を高めることができる。
【００２７】
図４は、本発明の更に詳しい構成図である。
図４（Ａ）に示すように、リーディングエッジ部１２，１３，１４は、ハブ側から外径側にいくにつれエンジン後流側に向かって形成されて翼弦長は短くなり、トレーリングエッジ部（Ｔ／Ｅ）の５〜５０％スパンの半径位置Ｂで通常のファン翼の形状に滑らかに繋がる形状となっている。
この構成により、ハブ側で従来より小さい転向角で高い圧力比を得ることができ、チップ側及びミッドスパンで、通常のファン翼と同等の性能を得ることができる。
【００２８】
また、図４（Ｂ）に示すように、ハブ側のリーディングエッジ部１２は、直線に近い基本形状１５、又は半径外径方向側に向けて凸形状１６または凹形状１７に形成するのがよい。
凸形状１６は、ハブ側の圧力比を広い範囲（０〜５０％スパン）で高くすることが可能である。
凹形状１７は、ハブ側の圧力比を０〜３０％スパンで高くすることが可能で、かつ重量増を抑えることが可能である。
また、チップ側のリーディングエッジ部１４は、外径通路に垂直１８、前方に傾斜１９、後方に傾斜２０のいずれでもよい。
【００２９】
さらに、図４（Ｃ）に示すように、ファン１段動翼１０は、完全な一体品でなくてもよく、２ないしは複数の翼を図に２１で示すような、エンジン中心軸に対し、垂直から水平の範囲で、望ましくは直線的に、化学的処理または構造的処理で一体形状に形成してもよい。
ここで、化学的処理とは、拡散接合、溶接、接着等であり、構造的処理とは、嵌め合い、ボルト止め等である。
【実施例１】
【００３０】
図５は、本発明のターボファンエンジンの実施例を示す図である。この図において、（Ａ）は等圧力比ライン、（Ｂ）はスパン方向の圧力比分布、（Ｃ）は従来例との比較である。これらは、いずれもコンピュータによるシミュレーション結果（ＣＦＤ計算結果）である。
図５（Ａ）において、ａ〜ｊは、本発明のファン１段動翼のリーディングエッジ部からトレーリングエッジ部までの等圧力比ラインを示している。この図から、ファン１段動翼１０のハブ側においても効率よく圧力上昇していることがわかる。
図５（Ｂ）において、ａ〜ｊは、図５（Ａ）に対応している。この図から、ファン１段動翼１０のハブ側の圧力比は、チップ側及びミッドスパンよりも高いことがわかる。
図５（Ｃ）に示すように、ＣＦＤ計算結果例として、同じファン径の従来ファン動翼に対し、断面積あたりの流量を約１０％、ハブ側の圧力比を約１０〜２０％高くとれる結果が得られている。
【００３１】
上述したように、本発明の構成によれば、ファン１段動翼１０のハブ側がエンジン前方まで延びているので、エンジン前方のハブ側に流入する流量を増すことができる。従って、従来のファンに対し、同じ全体流量を流すのに小さいファン動翼径で実現できる。
またハブ側の速度三角形が従来のファンと異なり、転向角が小さくてもハブ側の圧力比を高くとれる。
さらに、ハブ側の翼断面積が増加することにより、強度が増し、鳥等を吸込み当たった場合の健全性を確保できる。
【００３２】
従って、バイパス比が大きいターボファンエンジンにおいて、ファン１段動翼径とそれを囲むケーシング径を大きくすることなくファン１段動翼の空気流量を増大することができ、これによりバイパス比を高め、低燃費化と低騒音化を達成するとともに重量を削減することができる。
また、ハブ側の圧力比を従来ファン動翼よりも小さい転向角で高くすることができる。
【００３３】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のターボファンエンジンの構成図である。
【図２】本発明のファン１段動翼の説明図である。
【図３】本発明のターボファンエンジンの説明図である。
【図４】本発明の更に詳しい構成図である。
【図５】本発明のターボファンエンジンの実施例を示す図である。
【図６】特許文献１のターボファンエンジンの構成図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  エンジン回転軸、２  ケーシング内径、３  流入空気の流れ、
１０  ファン１段動翼、１２  ハブ側リーディングエッジ部、
１３  ミッドスパンのリーディングエッジ部、
１４  チップ側リーディングエッジ部、
１５  基本形状、１６  凸形状、１７  凹形状、
１８  垂直、１９  前方傾斜、２０  後方傾斜
【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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