(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング（３１）から半径方向内方に離間したフレームハブ（３２）と、
フレームハブ（３２）から半径方向外方にケーシング（３１）に向かって延在する金属ストラット（４０）と、
低熱膨張率材料で形成されたフェアリング（６０）であって、ケーシング（３１）とフレームハブ（３２）との間に延在しかつ金属ストラット（４０）を覆って配置される、フェアリング（６０）と、
フェアリング（６０）をフレームハブ表面（３８）に連結する屈曲ブラケット（９０）と
を備えるフェアリングアセンブリ（３０）であって、
フェアリング（６０）が、フェアリング（６０）とフレームハブ（３２）及びケーシング（３１）の一方との間の相対熱成長を補償する屈曲ブラケット（９０）によって半径方向に偏倚させられており、フェアリング（６０）がセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）で形成されている、フェアリングアセンブリ（３０）。
【請求項２】
フェアリング（６０）が内側バンド（６２）及び外側バンド（６４）を備えており、外側バンド（６４）及び内側バンド（６２）にフランジ（７６，７９）を備える、請求項１に記載のフェアリングアセンブリ（３０）。
【請求項３】
フランジ（７６，７９）が単一締結具取付部（７７）を有する、請求項２に記載のフェアリングアセンブリ（３０）。
【請求項４】
１以上の複数締結具取付部（８４）をさらに備える、請求項３に記載のフェアリングアセンブリ（３０）。
【請求項５】
複数締結具取付部（８４）が、複数締結具取付部を貫通して延在する締結具よりも高い熱膨張率の材料で形成されたスペーサ（８２）を含む、請求項４に記載のフェアリングアセンブリ（３０）。
【請求項６】
スペーサ（８２）が、複数締結具取付部（８４）の輪郭部に一致する形状を有する、請求項５に記載のフェアリングアセンブリ（３０）。
【請求項７】
フェアリング（６０）に連結されるクリップアセンブリ（１８２）をさらに備える、請求項１に記載のフェアリングアセンブリ（３０）。
【請求項８】
クリップアセンブリ（１８２）が、フェアリング（６０）をそれに隣接するフェアリング（６０）に連結する、請求項７に記載のフェアリングアセンブリ（３０）。
【請求項９】
クリップアセンブリ（１８２）がＵ字形又はＹ字形である、請求項８に記載のフェアリングアセンブリ（３０）。
【請求項１０】
フェアリング（６０）が、内側バンド（６２）、外側バンド（６４）、及び内側バンド（６２）と外側バンド（６４）との間に延在する中空翼形（６６）を備える、請求項１に記載のフェアリングアセンブリ（３０）。
【請求項１１】
フレームハブ（３２）とケーシング（３１）との間に円周方向に配置された複数のフェアリング（６０）をさらに備えており、隣り合うフェアリング（６０）が締結アセンブリ（１８１）によって連結される、請求項１０に記載のフェアリングアセンブリ（３０）。
【請求項１２】
締結アセンブリ（１８１）がフェアリング（６０）に対して接線方向に延在し、締結アセンブリ（１８１）がボルト及び１以上のスペーサ（８５）を含む、請求項１１に記載のフェアリングアセンブリ（３０）。
【請求項１３】
１以上のスペーサ（８５）が、ボルトよりも高い熱膨張率を有する材料で形成される、請求項１２に記載のフェアリングアセンブリ（３０）。
【請求項１４】
フェアリング（６０）が、内側バンド（６２）から延在する１以上のフランジ（７９）及び／又は外側バンド（６４）から延在する１以上のフランジ（７６）を含む、請求項１１に記載のフェアリングアセンブリ（３０）。
【請求項１５】
外側バンド（６４）に連結される屈曲ブラケット（９０）をさらに備えており、屈曲ブラケット（９０）が、フェアリング（６０）とフレームハブ（３２）との間に屈曲連結部を画成する、請求項１４に記載のフェアリングアセンブリ（３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の諸実施形態は、一般に、ガスタービンエンジンに使用するフェアリングアセンブリ（fairing assembly）に関する。より詳細には、本発明の諸実施形態は、金属ブラケットに限定されるものではないが、金属ブラケットを含むフェアリングアセンブリに関し、金属ブラケットは、低熱膨張率フェアリング材料とアセンブリを貫通して延在する高熱膨張率材料ストラットとの間の相対成長を補償する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、直列流れ関係で高圧圧縮機、燃焼器、及び高圧タービン（「ＨＰＴ」）を有するターボ機械コアを含む。ターボ機械コアは、１次ガス流を生成するために公知の方法で動作することができる。高圧タービンは、燃焼器から出るガスを回転ブレード又は動翼の中へ向ける固定ベーン又はノズルの環状アレイ（「列」）を含む。集合的に１列のノズル及び１列のブレードが「段」を構成する。一般に２つ以上の段が直列流れ関係で使用される。これらの構成要素は、極めて高い温度環境で動作するので、十分な耐用年数を確保するために空気流によって冷却されなければならない。
【０００３】
ＨＰＴノズルは、ノズルを貫通する１次流路を画成する環状の内側バンドと外側バンドとの間に延在する翼形ベーンのアレイとして構成されることが多い。
【０００４】
ガスタービンエンジン内の動作温度のために、高温性能を有し、さらに低熱膨張率を有する材料を利用することが望ましい。例えば、このような過酷な温度及び圧力条件で効果的に動作するために、複合材料、特に、例えばセラミックマトリックス複合材（「ＣＭＣ」）材料が提案されている。これらの低熱膨張率材料は、金属部品よりも高い温度性能を有する。エンジン内の動作温度が高いほどエンジンの効率が高くなり、これらの材料は通常使用されている材料よりも軽量となり得るしかしながら、このようなセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）は、ＣＭＣの設計及び応用時に考慮されなければならない機械的特性を有する。ＣＭＣ材料は、金属材料と比べて引張延性又は破壊歪みが比較的低い。また、ＣＭＣ材料は、ＣＭＣタイプの材料用の拘束支持体又はハンガとして使用される金属合金とは大きく異なる熱膨張率を有する。
【０００５】
フェアリングアセンブリは、ガスタービンエンジン内の高圧タービンと低圧タービンとの間に配置される。フェアリングは、これらの高圧タービンと低圧タービンとの間に流路を形成し、一般に金属鋳物で製作される。しかしながら、少なくとも一部分が低熱膨張率材料で形成されたフェアリングアセンブリを利用することが望ましく、低熱膨張率材料は、軽量であり、熱膨張率が低く、かつ温度性能が高いために望ましい。
【０００６】
タービン中央フレームフェアリングは、一般に、ニッケル基鋳造金属合金で製作されており、セラミック材料を使用すると、ガスタービンエンジンの効率及び性能を改善する所望の軽量化を実現するであろう。
【０００７】
しかしながら、異種材料に関連する問題は、隣り合う連結部品の間の相対成長の問題をもたらす。燃料消費量を減らすとともに、ガスタービンエンジンの動作温度性能を潜在的に高めるために、フェアリングアセンブリで知られるこれら及びその他の欠点を克服することが望ましいであろう。
【０００８】
本明細書のこの背景技術の項に含まれる情報は、本明細書で引用される参考文献並びにこの参考文献の説明又は論議があればこれを含め、技術的に参照するためだけに含められ、本発明の範囲がそれによって制約される主題と見なされるべきでない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１１４９９８７号明細書
【発明の概要】
【００１０】
フレームハブとエンジンケーシングとの間に配置されるフェアリングアセンブリが提供される。フェアリングアセンブリは、エンジンの効率及び性能を改善するために、軽量低アルファ材料と組合せて金属構造体を使用することができる。異種材料間の相対成長が可撓性ブラケットによって補償され、可撓性ブラケットは、低温エンジン状態で組立構成要素のうちの１つに偏倚力を与えるとともに、エンジンの高温動作状態での成長を可能にする。
【００１１】
いくつかの実施形態では、フェアリングアセンブリは、ケーシングから半径方向内方に離間されたフレームハブと、フレームハブから半径方向外方にケーシングに向かって延在する金属ストラットと、低熱膨張率材料で形成されたフェアリングであって、ケーシングとハブとの間に延在しかつ金属ストラットを覆って配置される、フェアリングとを備え、フェアリングは、フェアリングとフレームハブ及びケーシングの一方との間の相対熱成長を補償する屈曲ブラケットによって半径方向に偏倚させられる。
【００１２】
随意に、フェアリングアセンブリは、外側バンド及び内側バンドのどちらか又は両方にフランジをさらに備えることができる。フランジは、単一締結具取付部又は１以上の複数締結具取付部を有することができる。複数締結具取付部は、複数締結具取付部を貫通して延在する締結具よりも高い熱膨張率の材料で形成されたスペーサを含むことができる。スペーサは、複数締結具取付部の輪郭部に一致する形状を有することができる。或いは、フェアリングアセンブリは、フェアリングに連結されるクリップアセンブリをさらに備えることができる。クリップアセンブリはフェアリングを隣接するフェアリングに連結する。クリップアセンブリは、Ｕ字形又はＹ字形とすることができる。
【００１３】
フェアリングは、内側バンド、外側バンド、及び内側バンドと外側バンドとの間に延在する中空翼形を備えることができる。フェアリングアセンブリは、フレームハブとケーシングとの間に円周方向に配置された複数のフェアリングをさらに備えることができる。隣り合うフェアリングは締結アセンブリによって連結することができる。締結アセンブリはフェアリングに対して接線方向に延在することができる。締結アセンブリはボルト及び１以上のスペーサを含むことができる。１以上のスペーサは、ボルトよりも高い熱膨張率を有する材料で形成することができる。１以上のスペーサは、フェアリングが膨張するときに緊密連結部を維持するように膨張する。フェアリングは、内側バンドから延在する１以上のフランジを含むことができ、外側バンドから延在する１以上のフランジを含むことができる。フェアリングアセンブリは、外側バンドに連結される屈曲ブラケットをさらに備えることができる。屈曲ブラケットは内側バンド上に配置することができる。屈曲ブラケットは、フェアリングとフレームハブとの間に可撓性連結部を画成する。屈曲ブラケットは締結具開口部を有し、締結具アセンブリの一部は、フェアリングに連結するために締結具開口部を貫通して延在する。屈曲ブラケットは、屈曲ブラケットをフレームハブに連結するための締結具開口部をさらに備えることができる。屈曲ブラケットは、接線方向に延在する１つの開口及び半径方向に延在する１つの開口を有することができる。
【００１４】
「発明の概要」は、「発明を実施するための形態」において以下で詳細に説明される簡略化した形の抜粋した概念を紹介するために提供される。発明の概要は、特許請求された主題の重要な特徴又は本質的特徴を識別するためのものではなく、特許請求された主題の範囲を限定するために使用されるためのものでもない。上記に概説した特徴のすべてが単に例示的なものとして理解されるべきであり、構造及び方法のさらに多くの特徴及び目的は本明細書の開示から収集することができる。本発明の特徴、詳細、有用性、及び利点のより広範な提示は、本発明の様々な実施形態の以下の書面による説明で提供され、添付図面に例示され、添付の特許請求の範囲で定義される。したがって、発明の概要の無制限の解釈は、本明細書全体、それに含まれる請求項及び図面をそれ以上読むことなく理解されるべきである。
【００１５】
これらの実施形態の上述及び他の特徴及び利点、並びにそれらを実現する態様は、添付図面に関連してなされる下記説明を参照することでさらに明らかになり、これらの実施形態はよりより良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】例示的なガスタービンエンジンの側断面図である。
【図２】フェアリングアセンブリを含む部分的アセンブリの斜視図である。
【図３】図２のフェアリングアセンブリの分解組立図である。
【図４】屈曲ブラケットが圧縮されたフェアリングアセンブリの側面図である。
【図５】フェアリングアセンブリの上側図である。
【図６】フェアリングアセンブリの下側斜視図である。
【図７】別のフランジ配置を有するフェアリングの斜視図である。
【図８】スペーサ及び締結具アセンブリの代替実施形態の図である。
【図９】図８の代替実施形態の図である。
【図１０】フェアリングの半径方向外端に連結され得る別の屈曲ブラケットを開示した代替実施形態の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図示された実施形態は、以下の説明に記載されている又は図面に例示されている構造の詳細及び構成要素の配置への応用に限定されないことが理解されるべきである。図示の諸実施形態は、他の実施形態でも可能であり、様々な方法で実施又は実行することができる。各例は説明として提供され、開示される実施形態を限定するものではない。実際、種々の修正及び変形が本開示の範囲又は精神から逸脱することなく本実施形態でなされ得ることが、当業者には明らかであろう。例として、一実施形態の一環として例示又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用してさらに他の実施形態をもたらすことができる。したがって、本開示は、かかる修正及び変形を添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内に入るものとして包含することが意図されている。
【００１８】
タービン中央フレームフェアリングアセンブリの諸実施形態が図１〜図１０に描かれている。フェアリングアセンブリは低い熱膨張率（低アルファ）の材料で形成されたフェアリングを含み、フェアリングは、高い熱膨張率（高アルファ）を有する金属ストラットを覆って配置される。フェアリングアセンブリは屈曲ブラケットを備え、屈曲ブラケットは、フェアリングアセンブリを一位置で偏倚させ、フェアリングとストラットとの間に相対成長があるときに曲がって、２つの材料の間の熱膨張率の差を調整する。さらに、いくつかの実施形態はスペーサアセンブリを備え、スペーサアセンブリは、隣り合うフェアリングのフランジの間の締付け力を維持する。上記構造は、内側バンド連結部及び外側バンド連結部のどちらか又は両方における所望の締付け力を維持するように締結具より大きい速度で成長する高アルファスペーサを備える。
【００１９】
低アルファや高アルファなどにおける「アルファ（ａｌｐｈａ）」という用語は、当業者によって理解されるように熱膨張率に関して用いられ、低アルファを有する材料は低熱膨張率を有すると理解され、高アルファを有する材料は高熱膨張率を有すると理解される。
【００２０】
さらに、本明細書に用いられる表現及び用語は、説明のためのものであり、限定するものと見なされるべきでないことを理解すべきである。本明細書での「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」又は「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、及びそれらの変形形態の使用は、その後に列挙される品目及びそれらの均等物並びに追加の品目を包含することを意味する。特に限定されない限り、「連結される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、及び「取り付けられる（ｍｏｕｎｔｅｄ）」という用語、並びにそれらの変形形態は、広義に用いられ、直接的な連結、結合及び取付け、並びに間接的な連結、結合、及び取付けを包含する。加えて、「連結される」、「結合される」、及び「取り付けられる」という用語、並びにそれらの変形形態は、物理的又は機械的連結又は結合に限定されるものではない。
【００２１】
本明細書に用いられているように、「軸線方向」という用語は、エンジンの縦軸線に沿った寸法を意味する。「軸線方向」とともに用いられる「前方」という用語は、エンジン入口に向かう方向に移動すること、又はある構成要素が別の構成要素と比べてエンジン入口に相対的に近接していることを意味する。「軸線方向」とともに用いられる「後方」という用語は、エンジンノズルに向かう方向に移動すること、又はある構成要素が別の構成要素と比べてエンジンノズルに相対的に近接していることを意味する。
【００２２】
本明細書に用いられているように、「半径方向」という用語は、エンジンの中心縦軸線とエンジンの外周との間に延在する寸法を意味する。本明細書における「近位」という用語は、その用語自体が或いは用語「半径方向」と共に用いられて、エンジンの外周に向かう方向に移動すること、又はある構成要素が別の構成要素と比べてエンジンの外周に相対的に近接していることを意味する。本明細書における「遠位」という用語は、その用語自体が或いは用語「半径方向の」又は「半径方向に」と共に用いられて、エンジンの外周に向かう方向に移動すること、又はある構成要素が別の構成要素と比べてエンジンの外周に相対的に近接していることを意味する。
【００２３】
本明細書に用いられているように、「横方向」という用語は、軸線方向寸法と半径方向寸法の両方向に対して垂直の方向の寸法を意味する。
【００２４】
すべての方向参照（例えば、半径方向の、軸線方向の、近位の、遠位の、上部の、下部の、上方への、下方への、左の、右の、横方向の、前の、後ろの、上部の、下部の、上方、下方、垂直の、水平の、時計回りの、反時計回りの）は、本発明の読者の理解を助けるために識別目的で用いられるに過ぎず、特に位置、向き、又は本発明の使用に関して限定するものではない。連結の言及（例えば、付着される、結合される、連結される、及び接合される）は、広義に解釈されるべきであり、特に指示がない限り、一群の要素間の中間部材及び要素間の相対移動を含むことができる。したがって、連結の言及は、必ずしも２つの要素が互いに直接連結され固定された関係にあることを意味するものではない。例示的な図面は、例示だけのためであり、図面内に反映される寸法、位置、順序、及び相対サイズは異なることがある。
【００２５】
最初に図１を参照すると、ガスタービンエンジン１０の概略側断面図が示されている。タービンの機能は、高圧高温燃焼ガスからエネルギーを取り出し、このエネルギーを、仕事をするための機械エネルギーに変換することである。タービン１０は、空気がコア又は推進器１３に入るエンジン入口端部１２を有し、コア又は推進器１３は、一般に、すべてがエンジン軸線２６に沿って配置される圧縮機１４、燃焼器１６、及び多段高圧タービン２０によって画成される。集合的に、推進器１３は、動作中に推力又は動力を与える。ガスタービン１０は、航空機、発電、産業、船舶などに使用することができる。
【００２６】
動作中、空気がエンジン１０の空気入口端部１２から入り、１以上の圧縮段を通って移動し、そこで空気圧が増大し燃焼器１６に向けられる。圧縮空気は、燃料と混合され燃焼されて高温燃焼ガスとなり、高温燃焼ガスは燃焼器１６から高圧タービン２０に向かって出て行く。高圧タービン２０において、高温燃焼ガスからエネルギーが取り出されてタービンブレードの回転を引き起こし、この回転がシャフト２４の回転を引き起こす。シャフト２４は、エンジンの前面に向かって通過していて、タービン設計に応じて、１以上の圧縮機段１４、ターボファン１８又は入口ファンブレードの回転を継続する。ターボファン１８は、シャフト２８によって低圧タービン２１に連結され、タービンエンジン１０の推力を作り出す。低圧タービン２１は、さらなるエネルギーを取り出し追加の圧縮機段に動力を供給するために利用することもできる。
【００２７】
本明細書に記述される実施形態に関して、フェアリングアセンブリ３０は、高圧タービン２０と低圧タービン２１との間に示されている。フェアリングアセンブリ３０は、高圧タービンと低圧タービンとの間に流路を備える。類似の構造が、以下に限定されるものではないが、高圧圧縮機及び低圧圧縮機を含むエンジンの他の領域に利用することができる。
【００２８】
ここで図２を参照すると、フェアリングアセンブリ３０が斜視図で描かれている。当該実施形態のフェアリングアセンブリ３０は、高圧タービン２０と低圧タービン２１との間に配置される。フェアリングアセンブリ３０は、エンジン軸線２６の周りに円周方向に延在するフレームハブ３２を含む。当該実施形態では、フレームハブ３２は部分的に示され、円周方向に延在している。フレームハブ３２は、１以上の種々の直径のところに表面を含むことができ、フレームハブ３２を高圧タービン２０及び低圧タービン２１の少なくとも一方の構造に連結するための複数の締結開口３６を有するフランジ３４を備える。フランジ３４から軸線方向にハブ表面３８が延在し、ハブ表面３８から他の構造が連結される又は延在することができる。フレームハブ３２は、荷重をハブ３２から様々なストラット４０を介してエンジンケーシング３１へ伝達することができる（図６）。表面３８は、フレーム３２の前方端部から後方端部まで水平軸線方向に延在して示されている。しかしながら、表面３８は直線でもよく、又は湾曲していてもよく、エンジン軸線２６（図１）から測定される半径が変化するように角度をつけられる又は先細になっていてもよい。
【００２９】
表面３８から金属ストラット４０が延在し、金属ストラット４０は、表面３８と一体に形成されてもよく、表面３８に溶接されてもよく、ろう付けされてもよく、又はその他の方法で接合されてもよく、或いは代替的に表面３８に固定されてもよい。ストラット４０は、ガスタービンエンジン１０のこれらの構成要素を支持するために、荷重をハブ３２からエンジンケーシングへ伝達する金属構造体を備える。より具体的には、ハブ３２は、ロータ（図示せず）を支持するとともに、静的及び動的エンジン荷重をストラット４０からエンジンケーシング３１へ伝達する（図６）。ストラット４０は、フェアリング６０の低アルファ材料よりも高いアルファ材料で形成することができる。ストラット４０は、非限定的な例として、ニッケル基合金で形成することができる。図２の右手側に示されているように、ストラット４０は、ハブ３２の交互の円周方向箇所と比較して、フェアリング６０を取り除いて描かれている。金属ストラット４０は複数のラグ４２を含み、複数のラグ４２は、エンジンケーシング３１に連結するために、金属ストラット４０の上端部から延出する（図６）。ラグ４２は、ストラット４０から直接延在していてもよく、或いは金属ストラット４０の端部に配置されるブラケット４８に連結されてもよい。このブラケット４８は取外し可能な構造を備え、取外し可能な構造は、フェアリング６０がストラット４０の上に当てられた後で金属ストラット４０上に配置される。ブラケット４８は、ストラット４０の上部周縁の周りに延在するように形状を定められる。ラグ４２は、エンジンケーシング又は他の構造に連結するためにブラケット４８から延在する。
【００３０】
ストラット４０は第１の側面４４及び第２の側面４６を含み、第１の側面４４及び第２の側面４６は、半径方向内方端部５０とラグ４２及びブラケット４８が配置されている外方端部との間に延在する。側面４４、４６は前縁５２で交わり、軸線方向に後縁５４にまで延在する。側面４４、４６は、翼形を形成するように形状が湾曲していてもよい。金属ストラット４０は、固体、中空又は部分的中空とすることができ、冷却空気が金属ストラット４０の内部を通って移動するための１以上の経路を含むことができる。金属ストラット４０は、フェアリング６０を貫通して上方に移動するようにサイズを定められる。フェアリング６０は、熱的に成長し膨張しているとき又は熱的に収縮しているときに、ストラット４０に対して半径方向及び軸線方向に移動することができる。熱膨張による成長は任意の方向でよい。
【００３１】
フェアリング６０は金属ストラット４０を覆って配置され、フェアリング６０は、ストラット４０を高温ガスから保護し、さらに高圧タービン２０と低圧タービン２１との間に流路を提供する。フェアリング６０は、金属ストラット４０によって支持され、フェアリング６０の材料が低熱膨張率、したがって金属ストラット４０とは異なる熱膨張速度を有するように金属ストラット４０とは異なる材料で形成することができる。いくつかの例によれば、第２の材料は、所望の熱的特性を有しているが、金属ストラット４０と同じ荷重担持性能を有していなくてもよいセラミック複合材、セラミックマトリックス複合材、又はその他の軽量材料とすることができる。
【００３２】
フェアリング６０は、以下に限定されるものではないが、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）を含む様々な低延性及び低熱膨張率の材料から構成することができる。一般に、ＣＭＣ材料はセラミック繊維、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含み、ＣＭＣ材料の形態は、窒化ホウ素（ＢＮ）などのコンプライアント材料で被覆される。セラミック繊維はセラミックタイプのマトリックスに覆われ、セラミック繊維の一形態は炭化ケイ素（ＳｉＣ）である。一般に、フェアリング６０は、他の低延性高温対応材料から構成することもできる。ＣＭＣ材料は、一般に、低引張延性材料を定義するために本明細書で使用される約１％以下の室温引張延性を有する。一般に、ＣＭＣ材料の室温引張延性は約０．４％〜約０．７％の範囲内である。
【００３３】
ＣＭＣ材料は、繊維の長手方向に平行な方向（「繊維方向」）の材料引張強さが垂直方向の引張強さよりも強い特性を有する。この垂直方向は、マトリックス、層間、２次、又は３次の繊維方向を含むことができる。種々の物理的特性が繊維方向とマトリックス方向とで異なっていてもよい。
【００３４】
フェアリング６０は、内側バンド６２、外側バンド６４、及びベーン６６を備え、ベーン６６は、一般に、ベーン６６を貫通する金属ストラット４０の位置決めを可能にするために中空である。内側バンド６２は、線形表面を有することができ、或いは、内側バンド６２の表面が純粋に軸線方向に又はエンジン軸線２６に対して半径方向成分と軸線方向成分の両成分で角度をつけて延在することができるように曲面を有することができる。当該実施形態では、アセンブリ３０は、高圧タービン２０と低圧タービン２１との間に配置される。低圧タービン２１はエンジンの中心線２６から高圧タービン２０よりも遠い半径方向距離にわたって延在するので、内側バンド６２は、部品に沿って軸線方向に移動したときに、内側バンド６２の前方端部から後方端部までの半径方向寸法が増大する。内側バンド６２は、部品の前方端部と後方端部との間に延在する２つの外縁部７８、８０を備える。これらの縁部７８、８０は、前方端部での内側バンド６２の円周長さが部品の後方端部での円周距離未満になるように、軸線方向寸法に対してある角度をなすことができる。これは、上方又は下方から見たときにバンド６２、６４に円錐台形形状をもたらす。しかしながら、縁部７８、８０はエンジン軸線２６と平行でもよい。外縁部７８、８０に沿って外縁部７８、８０から従属して複数のフランジ７９が配置される。フランジ７９は、多数のフェアリングによって画成される円周方向に延在する完全な構造体となるように、隣り合うフェアリング６０の連結を可能にする。フランジ７９は、フェアリング６０をフレームハブ表面３８に連結する屈曲ブラケット９０の連結用の場所を提供する。
【００３５】
内側バンド６２の反対側には、外縁部７０、７２を備える外側バンド６４が配置される。内側バンド６２の前方端部は第１の円周長さを有することができ、外側バンド６４の後方端部は、外側バンド６４が内側バンド６２と同様に上方から見たときに円錐台形形状を有するように、さらに長い第２の円周長さを有することができる。しかしながら、他の形状が利用されてもよいので、この記述は単なる例である。外側バンド６４は、純粋に軸線方向に延在していてもよく、又は内側バンド６２と同様にエンジンの中心線２６からの半径方向距離が変化してもよい。したがって、外側バンド６４は直線的に延在する表面を有していてもよく、又は前方端部と後方端部との間を曲線移動してもよい。
【００３６】
外側バンド６４は、外縁部７０、７２に沿って配置されるフランジ７６を含む。これにより、内側バンド６２での設計と同様に外側バンド６４の領域で隣り合うフェアリング６０の間の連結が可能になる。連結部は、メンテナンス手順中に又はバンドが損傷を受け交換する必要がある場合に取り外すために互いにボルト締めすることができる。フランジ７６は、接線方向にボルト締め連結することを可能にする。
【００３７】
外側バンド６４と内側バンド６２との間にベーン６６が延在している。ベーン６６は、前縁５２と後縁５４との間にほぼ翼形のような形をしている。中空ベーン６６は、中空ベーン６６を貫通する金属ストラット４０の位置決めを可能にする。ベーン６６、内側バンド６２、及び外側バンド６４は、非限定的な例として、セラミックマトリックス複合材などの低熱膨張率材料で形成される。動作中、金属ストラット４０の成長速度はフェアリング６０とは異なる。結果として、２つの部品は、その部品間で相対移動することになる。このアセンブリ３０では、フェアリング６０は金属ストラット４０とは異なる速度でアセンブリ３０を傷つけずに成長することができる。
【００３８】
この相対成長の差を調整し補償するために、屈曲ブラケット９０は、エンジン１０が冷却される又は冷えているときにフェアリング６０に偏倚力を加える。さらに、屈曲ブラケット９０により、エンジンがずっと高い動作温度であるとき、フェアリング６０は動作中に金属ストラット４０に対して半径方向に成長することができる。
【００３９】
ここで図３を参照すると、フェアリングアセンブリ３０の分解組立図が描かれている。図３の左手端から始めると、複数のフェアリング６０が金属ストラット４０から取り除かれて示されている。内側バンド６２はそれぞれ複数のフランジ７９を有し、フランジ７９は、隣接するフェアリング６０の隣接するフランジ７９に連結される。内側バンド６２、ベーン６６、及び外側バンド６４は、ベーン６６の中空内部６７がフレームハブ３２から延在する金属ストラット４０を受容することができるように形成される。図示の実施形態では、ラグ４２を含むブラケット４３が、金属ストラット４０上に外端で既に配置されている。しかしながら、実際上、フェアリング６０は、フェアリング６０が適切に配置されてから続いて追加されるラグ４２を含めて、ストラット４０及びブラケット４３を覆って配置されなければならない。この構成により、荷重がハブ３２からストラット４０を介してエンジンケーシングへ伝達されることが可能になる。この構成は、低アルファ材料で形成され、金属ストラット４０よりも強度が低いフェアリング６０にかかる重量及び動的エンジン荷重を制限する。
【００４０】
先に短く論じたように、屈曲ブラケット９０は、フェアリング６０をフレームハブ３２に連結するために利用される。具体的には、ブラケット９０は、隣接する下部フランジ７９に沿ってフェアリング６０に連結され、開口３９によって連結するためのフレームハブ表面３８まで下方へ延在する。屈曲ブラケット９０は、エンジンが冷えているときにフェアリング６０に偏倚力を与える。さらに、屈曲ブラケット９０は、フェアリング６０がエンジン動作中に半径方向に成長するときに曲がってこの種の成長を調整する。したがって、フェアリング６０は、ストラット４０が動作中に熱成長するときに、金属ストラット４０の長手方向に沿って半径方向にある程度「浮動する」ことができる。
【００４１】
屈曲ブラケット９０は、フェアリング６０のフランジ７９に連結される１以上の前方端フランジ９２を含む。前方端フランジ９２は、隣り合うフェアリング６０を互いに保持するために２つの隣り合うフランジ７９をクランプオンする２つのフランジを有することができる。フランジ９２からは、フェアリング６０に偏倚力を与えるばね部分９６、９７が延在している。ブラケット９０のフランジ９２の第２の端部には１以上のハブフランジ９４がある。ハブフランジ９４は、ブラケット９０及びフレームハブ表面３８の締結又はボルト連結を開口３９として可能にする締結開口を含む。当該実施形態は２つのフランジ９４を含む、すなわち、ばね部分９６、９７の各端部に１つのフランジ９４を含む。締結具が、フレームハブフランジ９４及び開口３９を半径方向に挿通する。ブラケット９０の第１の端部にあるフランジ９２により、締結具９９が内側バンド６２に対して接線方向にフランジ７９を挿通することが可能になる。ブラケット９０は、ばね部分９６、９７がフランジ９２の接合箇所から分離したフレームハブフランジ９４まで延在するようにほぼｖ字形状である。ばね部分９６、９７は、図示の実施形態でほぼ直線状である。しかしながら、この形状は、曲線をなすか又はその他の方法で何らかの輪郭部を有していてもよい。ばね部分９６、９７の厚みは、前方から後方へ移動する方向に変化していてもよいが、代替的に、厚みが異なっていてもよく、或いは一定の厚みの材料でもよい。さらに、ブラケットとしてｖ字形状が描かれているが、ブラケット９０がフェアリング６０に偏倚力を加えるとともに、フェアリング６０と金属ストラット４０との間の相対熱成長を可能にする限り、他の様々な形状を利用することができる。例えば、各ブラケット９０は、２つではなく１つのばね部分を含むことができる。
【００４２】
ここで図４を参照すると、フェアリングアセンブリ３０は側面図で描かれている。フェアリング６０の上端部にはエンジンケーシング３１があり、エンジンケーシング３１に金属ストラット４０が連結されている。この連結により、荷重をフレームハブ３２から高強度材料であるストラット４０を介してエンジンケーシング３１上にまで伝達することが可能になる。エンジンケーシング３１の真下には中空内部を有するフェアリング６０があるので、金属ストラット４０はフェアリング６０を挿通することができる。下方又は内側のバンド６２にはフランジ７９が示されており、第１のブラケットフランジ９２はフランジ７９に連結される。屈曲ブラケット９０は、フレームハブ３２、具体的には表面３８にまで延在する。フレームハブ表面３８の中に開口３９がある。締結具９９が、複数の構造体を連結するために第２のブラケットフランジ９４及び開口３９を貫通して延在する。同様に、締結具アセンブリが、第１のフランジ９２及びフェアリング６０の内側バンド６２を貫通して延在する。
【００４３】
図４は、屈曲ブラケット９０、具体的にはばね部分９６の変化を示す。構造体は、エンジン１０が低温状態にある第１の位置を実線で示されており、フェアリング６０は半径方向の長さが短くなっており、フレームハブ３２はフェアリング６０から遠ざかっている。第２の位置では、より高い動作温度で、高アルファ材料で形成されるフレームハブ３２は、フェアリング６０の材料よりも大きい速度で膨張する。結果として、フレームハブ３２は半径方向に少なくとも若干膨張し、ブラケット９０の屈曲を引き起こす。しかしながら、成長速度の差にもかかわらず、屈曲ブラケット９０は、フェアリング６０とフレームハブ３２との間の連結を維持するとともに、金属ストラット４０に対するフェアリング６０の相対成長を可能にする。
【００４４】
図５を参照すると、隣り合うフェアリング６０の上側斜視図が示されており、各フェアリングの外縁部７０、７２に沿って連結部が描かれている。フェアリング６０は、外側バンド６４、内側バンド６２、及び外側バンド６４と内側バンド６２との間に延在するベーン６６を含む。各ベーン６６は中空であり、金属ストラット４０がベーン６６を挿通することができるように中空内部６７を有する。
【００４５】
外側バンド６４の外縁部７０、７２には、実質的に軸線方向に延在するフランジ７６がある。フランジ７６は、エンジン軸線２６の周りに延在する周辺構造を画成するように隣り合う外側バンド６４の連結を可能にする。フランジ７６は複数の隆起取付部７７を含む。取付部７７は、単一ボルト連結部がフェアリング６０の隣り合う縁部を互いに締付けることを可能にする。例えば外側バンド６４の上方の非流路の空気が隣り合う外側バンド６４の間を通ること、及び外側バンド６４と内側バンド６２との間の流路領域に入ることを妨げるために、これらの領域内に緊密連結部を設けることが望ましい。さらに、締結アセンブリ８１はそれぞれ、ある熱膨張率を有するスペーサ８２を含む。スペーサ８２のこの高熱膨張率材料は、エンジンが動作温度に加熱されたときにフランジ７６にかかる締付け力を維持するように、ボルト又は締結具の中心線に対して軸線方向に成長する。さらに、スペーサ８２の材料は、エンジンが低温状態にあるときに締結具アセンブリ８１のために十分な締付け力を維持する。
【００４６】
フェアリング６０の前方端部には、複数ボルト取付部８４が設けられる。取付部８４は、漏れを低減するようにあらゆる運転条件下で３６０度の連結を可能にする。さらに、複数ボルト取付部８４は、有限要素解析により示される箇所に配置される。有限要素解析は、失速状態で、複数ボルト取付部８４が配置されている箇所でフェアリングにかかる荷重が増大することを示す。したがって、複数ボルト取付部８４は、そのような荷重を補償するために、これらの箇所で利用される。重量を減らすために単一ボルト取付部をどこでも利用することができる。前方取付部８４はスペーサ８５を含み、スペーサ８５は、スペーサ８２よりも大きい表面積を有するように寸法を定められる。スペーサ８５はまた、締結具アセンブリ８１の熱膨張率よりも大きい高熱膨張率の材料で形成される。スペーサ８５は、ほぼ多角形の形状であるが、デュアルマウントフランジ８４の形状に一致するように湾曲したコーナを有する。これは、クランプ締めされる表面積を取付部７７及びスペーサ８２に比べて増大させることにより、ＣＭＣにおいてクランプ締めするより大きな表面積を提供するとともに、ＣＭＣにかかる圧力を低減する。さらに、複数締結具アセンブリ８１もやはり、内側バンド６２と外側バンド６４との間の、フェアリングアセンブリの非流路側から流路側への漏れの抑制を向上させる。
【００４７】
図６を参照すると、フランジ７９は、隣り合う内側バンド６２の間に延在して描かれている。内フランジ７９は、複数の単一締結具取付部７７及び複数締結具取付部８４を含む。締結具取付部８４に隣接してスペーサ８５があり、スペーサ８５は、フランジ７９の複数締結具取付部８４の輪郭部に一致するように形成される。前述したように、所望の機能は、内側バンド６２と外側バンド６４との間の、フェアリング６０の非流路側から流路側への空気漏れを妨げることである。フランジ７９は、１以上の単一締結具取付部７７も含む。締結具アセンブリ８１はスペーサ８２を含み、スペーサ８２は円筒形であり、取付部７７に対するクランプ締めを改善するために表面積を増大させた形状を全く有していない。
【００４８】
アセンブリの前方端部には、複数締結具取付部８４も配置される。取付部８４の前方端部は２つのスペーサ８５を含み、スペーサ８５は、前述したように高熱膨張率材料で形成される。スペーサ８５の後方に、ブラケット９０を内側バンド６２に取り付けるための位置決めが行われる。したがって、屈曲ブラケット９０、具体的にはブラケットフランジ９２は、内側バンド６２の前方端部にあるフランジ７９に締付け力を与えるために、締結具アセンブリ８１と係合する。
【００４９】
ここで図７を参照すると、代替実施形態が描かれており、フランジ１７９、１７６のすべてが単一ボルト型アセンブリである。外側バンド６４上の上部フランジは複数の単一ボルト取付部１７７を含む。さらに、内側バンド６２の下部フランジ１７９も複数の単一締結具取付部１７７を含む。単一締結取付部７７、１７７は、単独で又は前述した実施形態の複数締結具取付部８４と組合せて利用され得ることが理解されるべきである。
【００５０】
ここで図８を参照すると、別のフランジ配置の後方から前方を見た端面図が描かれている。この実施形態では、内側バンド６２及び外側バンド６４はリップ型フランジ１７６を有する。フランジ１７６は半径方向に延在し、把持空間を作るために円周方向に折り返される。クリップ１８２が締結具アセンブリ１８１によって連結される。クリップ１８２は、ほぼＵ字形状の単一材料片で形成されてもよく、或いは代替的に、図示のように、図示の態様で又は別の配置で相互に締結される複数片で形成されてもよい。当該実施形態１８２は第１の脚１８３及び第２の脚１８５を含み、第１の脚１８３及び第２の脚１８５は、内側バンド６２及び外側バンド６４をクランプ締めするためにフランジ１７６と係合する。クリップ１８２は高熱膨張率材料で形成することができ、高熱膨張率材料は、エンジンが熱くなったときに締付け力を維持し、さらに、締結具アセンブリ１８１よりも高いアルファを有する。したがって、クリップ１８２は、締結具アセンブリ１８１がボルト又は締結具の軸線方向に膨張するよりも大きく膨張する。クリップの概念は、クリップのフランジの高さが低くなりかつクリップを比較的容易に設置できるときに利用することができる。図示の実施形態は、端面図又は断面図においてＵ字形である。しかしながら、図９を参照すると、代替実施形態が描かれており、２つの構造体２８１、２８２がクリップを形成するために利用される。構造体２８１、２８２は図示のように上方に延在し、構造体が図示のようにほぼＹ字形の構成を有するように、締結のために接合部の中心に向かって内方に曲がることができる。
【００５１】
ここで図１０を参照すると、別の屈曲ブラケット配置が描かれており、ブラケット１９０が、エンジンケーシングに対して偏倚し、金属エンジンケーシングと熱膨張率の低いフェアリングとの間の異なる熱成長速度を若干補償するために、フェアリングの上端部に取り付けることができる。ブラケット１９０は、先の実施形態と同様に半径方向に偏倚力を与えるが、別の箇所に配置される。さらに、ブラケット１９０はフェアリングの下端部もしくは上端部又は両端部に使用され得ることが、当業者によって理解されるべきである。
【００５２】
本発明のいくつかの実施形態に関する前述の説明は例示のために提示されている。この説明は、網羅的とする、或いは本発明を開示される正確なステップ及び／又は形に限定するためのものではなく、明らかに、上記教示に照らして多くの修正形態及び変形形態が可能である。本発明の範囲及びすべての均等物が本明細書に添付される特許請求の範囲によって定義されることが意図されている。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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