(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータディスク（１６）にダブテール溝（９４）により連結された隣接するファンブレード（１８）間に用いられ、該ファンブレード間に導かれる空気（３４）流路の半径方向内側境界を画定するプラットホーム（３４）において、
前記隣接するファンブレード（１８）の輪郭と合致する輪郭を有する構造本体部分（４０）と、前記構造本体部分（４０）に連結された流路表面部分（４２）とを備え、
前記構造本体部分（４０）は、第１側壁（５０）と、第２側壁（５２）と、これらの第１および第２側壁（５０，５２）間に延在する半径方向内側表面（５４）と、開口端とを有し、該第１側壁（５０）、該第２側壁（５２）、該半径方向内側表面（５４）及び前記流路表面部分（４２）によって中空体を構成し、
前記流路表面部分（４２）が、前記構造本体部分（４０）を越えて円周方向に突出する１対の破砕性ウィング（６０）を画定し、該破砕性ウイングは、隣接する前記ファンブレードの前記ダブテール溝内にあるルート部分（９６）が該ダブテール溝内で回転すると破砕する
ことを特徴とする、プラットホーム。
【請求項２】
前記構造本体部分（４０）および前記流路表面部分（４２）が一体の部材（３５）を形成する、請求項１に記載のプラットホーム（３４）。
【請求項３】
前記一体部材（３５）が複合材料から形成された、請求項２に記載のプラットホーム（３４）。
【請求項４】
前記複合材料がエポキシ樹脂中にグラファイト繊維を含有する、請求項３に記載のプラットホーム（３４）。
【請求項５】
前記第１および第２側壁（５０，５２）それぞれに１個以上の軽量化穴を形成した、請求項１に記載のプラットホーム（３４）。
【請求項６】
前記第１側壁（５０）は、該第１側壁と隣接する前記ファンブレードの加圧側の凹状曲面に追従するよう凸状曲面を有し、
前記第２側壁（５２）は、該第２側壁に隣接する前記ファンブレードの吸引側の凸状曲面に追従するように凹状曲面を有する、請求項１に記載のプラットホーム（３４）。
【請求項７】
さらに、前記半径方向内側表面（５４）に取り付けられた前方位置決めバンパ（５６）と前記半径方向内側表面（５４）に取り付けられた後方位置決めバンパ（５８）とを備える、請求項１に記載のプラットホーム（３４）。
【請求項８】
前記ウィング（６０）の幅対厚さの比が前記ウィング（６０）の少なくとも一部において４０以上である、請求項１に記載のプラットホーム（３４）。
【請求項９】
さらに、前記ウィング（６０）それぞれの円周方向外側縁部に取り付けられ、該ウイングと前記ファンブレードとの間をシールするシール部材（６２）を備える、請求項１に記載のプラットホーム（３４）。
【請求項１０】
さらに、前記流路表面部分（４２）の上に配置されたガラス布相（４３）を備える、請求項１に記載のプラットホーム（３４）。
【請求項１１】
前記一体部材（３５）にポリウレタン塗料の皮膜を１層以上設けた、請求項２に記載のプラットホーム（３４）。
【請求項１２】
さらに、前記プラットホーム（３４）の前端（４４）から軸線方向外方へ延在する前方取り付けフランジ（６４）と、前記プラットホーム（３４）の後端（４６）から軸線方向外方へ延在する後方取り付けフランジ（６６）とを備える、請求項１に記載のプラットホーム（３４）。
【請求項１３】
前記プラットホームは複合材料製の一体部材（３５）からなり、
前記構造本体部分（４０）と前記流路表面部分（４２）は一体的に形成されて、該流路表面部分（４２）をＴ字の横棒部分とするほぼＴ形状をなす、請求項１に記載のプラットホーム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
この発明は、一般にガスタービンエンジン、特にかかるエンジンにおいて隣接するファンブレード間に配置された個別の空気流プラットホームに関する。
【０００２】
【発明の背景】
飛行中の航空機にパワーを供給するのに用いられるターボファン・ガスタービンエンジンは、代表的には、ファンアセンブリ、低圧圧縮機またはブースタ、高圧圧縮機、燃焼器、高圧タービンおよび低圧タービンを直流関係で配列した構成である。燃焼器が発生した燃焼ガスを、高圧タービンに送り、ここで燃焼ガスを膨張させて高圧タービンを駆動し、ついで低圧タービンに送り、ここで燃焼ガスをさらに膨張させて低圧タービンを駆動する。高圧タービンは第１ロータシャフトを介して高圧圧縮機に駆動連結され、また低圧タービンは第２ロータシャフトを介してファンアセンブリおよびブースタ両方に駆動連結されている。
【０００３】
ファンアセンブリは、多数の円周方向に離間されたファンブレードがロータディスクから半径方向外方に延在する構成である。ファンブレードは通常、エアーホイル部分と一体のダブテールルート部分とを有する。ダブテール部分をロータディスクに形成された相補形状のダブテール溝にすべらせて挿入し、これによりブレードをロータディスクに取り付ける。ファンブレードは、チタンのような金属あるいは複合材料で形成するのが代表的である。
【０００４】
周知のファンアセンブリは平常運転条件できわめて有効であるが、ときにより異物損傷、すなわち鳥やひょうなどの異物の侵入の結果起こる損傷を受ける。大きな異物がファンブレードに衝突すると、ファンブレードまたはその一部が破損してロータディスクからはずれるおそれがある。はずれたファンブレードは隣接するファンブレードを損傷し、ファンアセンブリのバランスを大きく崩す。さらに、ファンケーシング内にとどまらないと、はずれたファンブレードはエンジンからパワーを得ている航空機に大きな被害を及ぼす。吸込み事故時に失われるブレード材料の量を少なくするために、ブレードに加えられる極端な力に応じてダブテール溝内でブレードルート部分が限定範囲内で回転できるように、ファンアセンブリを設計することが知られている。この回転により、ブレードの基部での破損が防止されるケースは多い。
【０００５】
エンジン運転中、大気空気流を回転するブレード間に導き、それにより加圧して飛行中の航空機を推進するスラストを生成する。ブレード間に流れる空気流の半径方向内側流路境界は、ロータディスク近くで隣接するファンブレード間に配置されたファンプラットホームにより与えられる。プラットホームを一体形成したファンブレードを製造することが知られている。しかし、このことは、ファンブレードのダブテール部分が、ファンブレード・エアーホイルおよびプラットホーム両方からの遠心荷重を支えなければならないことを意味し、このため、ダブテール部分を適当に大きくしなければならず、この結果、許容応力限度内の遠心荷重のすべてを吸収するのに適当な大きなロータディスクが必要となる。さらに、このような一体に形成されたプラットホームが損傷すると、ブレード全体の交換が必要になることが多い。また、複合材料ファンブレードの場合、プラットホームをブレードと一体に形成するのは、製造上実用的でない。
【０００６】
したがって、個別のプラットホームを隣接するファンブレード間でロータディスクにそれぞれ別々に連結した、ファンアセンブリが開発されている。これらの個別のプラットホームは、運転中の遠心荷重と鳥の衝突による荷重のような衝撃荷重との両方を吸収する適当な強度をもたなければならない。このような形状として、アルミニウム鍛造品を機械加工した構造本体に複合材流路表面を結合したハイブリッド構造が挙げられる。構造本体部分は機械加工が容易なので、まっすぐな壁のボックス形状に形成される。隣接するファンブレードの輪郭は湾曲しているので、まっすぐな壁の構造であると、異物吸込み事故時にファンブレード、ファンプラットホームおよびロータディスク間に硬物体ピンチポイントを生じることになる。このようなピンチポイントは、ブレードへの異物の衝突に応じて回転するファンブレードの回転能力を制限する。
【０００７】
さらに、複合材流路表面は、追加作業により二次結合しなければならず、流路の保持を確実にするために構造的側壁に余分なボルト締め特徴手段を用いる必要がある。そして、アルミニウム構造本体は、複合材結合前に、ショットピーニングおよび下塗りが必要である。この結果得られるプラットホームは比較的重く、その製造費用が高くなる。
【０００８】
したがって、隣接するファンブレードの回転能力を制限することのない、軽量で、製造の容易なファンプラットホームが必要とされている。
【０００９】
【発明の概要】
上述した要求に応える本発明は、ロータディスクに連結された隣接するファンブレード間に用いられ、内側流路境界を画定するプラットホームを提供する。このプラットホームは、構造本体部分とこれと一体に形成された流路表面部分とを含む。構造本体部分は  隣接するファンブレードの輪郭と合致する輪郭を有する。流路表面部分は、構造本体部分を越えて横方向に突出する１対のウィングを画定する。ウィングは破砕性で、吸込み事故時に隣接するファンブレードが回転すると、砕ける。プラットホームは、樹脂トランスファ成形方法を用いて、複合材料から製造する。
【００１０】
本発明の要旨は特許請求の範囲に記載したとおりである。本発明の上記および他の目的および効果は、添付の図面を参照した以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１１】
【好適な実施態様】
以下に、本発明を図面に示す実施例について説明するが、これらの図面中、同一要素には同じ符号を付している。図１は、飛行中の航空機（図示せず）に動力を供給するターボファン・ガスタービンエンジン１０の１例を示す。このエンジン１０は、ファンアセンブリ１２を、通常の低圧タービン（図示せず）により駆動される通常のファンシャフト１４で回転する構成である。ファンアセンブリ１２はロータディスク１６を含み、多数の円周方向に離間したファンまたはロータブレード（動翼）１８（図１では１つだけ図示）がディスクから半径方向外方に延在する。ロータディスク１６は、軸線方向に離間した前方側面２０および後方側面２２と、両側面間に延在する半径方向外側表面２４とを含む。
【００１２】
ファンアセンブリ１２の下流には、軸線方向に離間したベーンおよびブレード列を有する通常のブースタ圧縮機２６が配置されており、そのブレードはブースタスプールまたはシャフト２８に連結されている。ブースタシャフト２８はロータディスクの後方側面２２に複数のボルト３０により適切に固着されている。円錐形スピナ３２がロータディスクの前方側面２０に連結されて、ファンアセンブリ１２に入ってくる空気３８への空気力学的流路を構成している。
【００１３】
本発明によれば、ファンブレード１８間に複数の個別のプラットホーム３４（図１では１つだけ図示）が設けられる。各プラットホーム３４は、隣接する２つのファンブレード１８の間にかつ半径方向にロータディスク１６を越えて配置されている。各プラットホーム３４の半径方向外側表面３６は、隣接する２つのファンブレード１８の間に延在し、一緒になってファンブレード１８間に空気３８を導く内側流路境界を画定する。したがって、プラットホーム３４はスピナ３２とブースタ２６間に画定されるエンジン流路を維持する機能を果たす。
【００１４】
図２〜図４に、一つのファンプラットホーム３４を詳細に示す。プラットホーム３４は、構造本体部分４０と流路表面部分４２を有し、これらが断面ほぼＴ字形状に連結されている（図４参照）一体に形成された単一の部材３５を含む。図２から明らかなように、プラットホーム３４は、ディスク前方側面２０近くに配置された前端４４と、ディスク後方側面２２近くに配置された軸線方向反対側の後端４６とを有する。本体部分４０は、プラットホームの質量の大部分をなし、したがってプラットホーム３４にそこにかかる遠心荷重を支えるのに必要な強度を与える。
【００１５】
適当な強度を維持しながら、プラットホーム３４の全重量を減らすために、一体部材３５を非金属複合材料から形成するのが好ましい。かかる複合材料としては、たとえば、グラファイト繊維をエポキシ樹脂に埋設した材料が適当である。
さらに、構造本体部分４０は第１側壁５０と、第２側壁５２と、両側壁５０，５２間に延在する半径方向内側表面５４とを有する中空本体である。構造本体部分４０は前端４４および後端４６両方で開口している。開口端は、エンジン運転中に遠心排水路を提供することで、雨水や溶けた氷のような流体が中空本体部分４０の内側に溜まるのを防ぐ。さらに重量を減らすために、構造本体部分４０の各側壁５０，５２に多数の減量用穴４８を形成する（図２では第１側壁５０に設けた穴４８を示す）。
【００１６】
図３において、構造本体部分４０は、まっすぐな壁形状ではなくて、前端４４から後端４６まで延在する湾曲した輪郭を有する。この輪郭を選択するのは、プラットホーム３４が配置される２つの隣接するファンブレード１８の輪郭にほぼ合致させるためである。すなわち、本体部分４０の第１側壁５０は、その隣接するブレードの加圧側の凹状曲面にぴったり追従する凸状曲面を有し、また本体部分４０の第２側壁５２は、それに隣接するブレードの吸引側の凸状曲面にぴったり追従する凹状曲面を有する。
【００１７】
構造本体部分４０には、前方位置決めバンパ５６が前端４４に隣接する位置で半径方向内面５４に取り付けられ、また後方位置決めバンパ５８が後端４６に隣接する位置で半径方向内面５４に取り付けられている。これらの前方および後方位置決めバンパ５６，５８は、ゴムのような適当な弾性材料から形成し、以下に詳述するように、プラットホーム３４をロータディスク１６に対して半径方向に位置決めする機能を果たす。位置決めバンパ５６，５８は、本体部分４０の半径方向内面５４に適当な手段で、たとえば接着剤で二次結合されている。
【００１８】
流路表面部分４２は、構造本体部分４０の半径方向最外方範囲に一体的に形成され、内側流路境界を規定するプラットホーム３４の半径方向外側表面３６を画定する。図４から明らかなように、流路表面部分４２は構造本体部分４０の各側壁５０，５２を越えて横方向（円周方向）に延在し、１対の薄いウィング６０を画定する。ウィング６０はブレードからブレードまで延在し、隣接するブレード１８間の空間を完全に埋め、こうしてスピナ３２およびブースタ２６間に内側流路境界を維持する。本体部分４０の側壁５０，５２と同様に、ウィング６０の横方向外側縁部には、対応する隣接ファンブレード１８の輪郭に合致する湾曲した輪郭を与える。さらに、各ウィング６０の横方向外側縁部に弾性シール部材６２を設けて、エンジン運転中のファンブレードの空気漏れをシールする。縁部シール６２は、好ましくは接着剤フィルムで、ウィング６０に二次結合され、シリコーンなどの適当な材料から形成する。
【００１９】
流路表面部分４２は、ファンオーバースピード条件、低サイクル疲労および吸込み条件を満たすのに必要な強度を与えるが、一方ウィング６０は十分に薄くして、吸込み事故時に起こりうるファンブレード１８とプラットホーム３４間に激しい衝撃のクラッシュ荷重が加わる場合に折れるようにする（以下「破砕性」という）。図４に示すように、ウィング６０は厚さｔおよびウィングオーバーハングまたは幅Ｌを有する。ウィング６０は湾曲した輪郭であるので、ウィング幅対厚さの比（Ｌ／ｔ）はウィング６０に沿って変化する。好ましくは、プラットホーム３４の凹側にあるウィング６０の後方部分の幅対厚さの比を４０以上として十分な破砕性を与える。ウィング６０のほかの部分では幅対厚さの比は２０〜４０の範囲にある。
【００２０】
さらに、侵食保護のため、薄いガラス布層４３を流路表面部分４２の半径方向最外側表面に配置する。ガラス布層４３は良好な耐侵食性をもち、異物の衝撃が加わった場合には犠牲機能も果たす。特に、異物の衝撃の結果としてプラットホームの複合材料に異物が貫通しなければ（すなわちガラス布層が損傷を受けるだけであれば）、プラットホーム修理は簡単な仕事である。複合材料への貫通があると、修理がずっと困難になるか、プラットホームを交換しなければならない。
一体部材３５に高光沢ポリウレタンの塗膜を１層以上設けて、侵食保護を増強する。
【００２１】
図２にもどると、プラットホーム３４が、前端４４から軸線方向外方に延在する前方取り付け用フランジ６４と、後端４６から軸線方向外方に延在する後方取り付け用フランジ６６とを有することが分かる。これらの前方および後方取り付け用フランジ６４および６６はそれぞれ、半径方向外方に向いた前方および後方当接面６８および７０および軸線方向に向いた前方および後方当接面７２および７４を画定する形状とされている。各当接面６８，７０には、アラミド繊維とポリテトラフルオロエチレン繊維を組合せ、適当な布に織ったものなどの耐摩耗性材料製の耐摩耗ストリップが接着されている。
【００２２】
プラットホーム３４は前方支持リング７６と後方支持リング７８により保持される。前方保持リング７６は、断面ほぼＣ形状の環状部材であり、半径方向内側セグメント８０と、半径方向外側セグメント８２と、これら２つのセグメント８０，８２を連結する中間部分８４とを含む。内側セグメント８０はその末端で、たとえば複数のボルトにより、ロータディスク１６の前側２０に固着される。半径方向外側セグメント８２は前方取り付けフランジ６４に重なり、前方半径方向当接面６８に係合し、これによりプラットホーム３４の前端４４が、エンジン運転中のロータディスク１６の回転時にかかる遠心力により半径方向外向きに移動するのを阻止する。さらに、外側セグメント８２の末端が軸線方向に向かう前方当接面７２に当接し、プラットホーム３４の軸線方向前方への移動を阻止する。
前方支持リング７６の中間部分８４はスピナ３２の後端に当接する。所望に応じて、前方支持リング７６をこれ以外は通常通りのスピナ３２の一体部分としてもよい。
【００２３】
後方支持リング７８は、断面ほぼＶ形状の環状部材であり、半径方向内側セグメント８６と半径方向外側セグメント８８とを互いに連結した構成であり、両セグメントの交差部が当接部９０を画定する。内側セグメント８６をその末端でブースタシャフト２８に形成した取り付け用フランジ９２に固着する。当接部９０は後方取り付け用フランジ６６に重なり、後方半径方向当接面７０に係合し、これによりプラットホーム３４の後端４６が、エンジン運転中のロータディスク１６の回転時にかかる遠心力により半径方向外向きに移動するのを阻止する。さらに、当接部９０が軸線方向に向かう後方当接面７４に係合し、プラットホーム３４の軸線方向後方への移動を阻止する。
【００２４】
プラットホーム３４の装着時には、前方および後方位置決めバンパ５６および５８がプラットホーム３４をロータディスク１６に関して半径方向に位置決めし、プラットホーム３４とロータディスク１６の半径方向外側面２４との間に所望のクリアランスを与える。前方位置決めバンパ５６は前方支持リング７６の内側セグメント８０に接触し、後方位置決めバンパ５８はブースタシャフト２８に接触する。前方および後方位置決めバンパ５６および５８は、プラットホーム３４がロータディスク１６、ブースタシャフト２８または前方および後方支持リング７６，７８に対してがたつくのを防止する。
【００２５】
つぎに図５および図６を参照すると、ロータディスク１６には、ディスク外面２４から半径方向内方に延在する複数の円周方向に離間された軸線方向ダブテール溝９４が設けられている。ダブテール溝９４の間のディスク部分はダブテールポストとも称される。各ファンブレード１８は、相補的な軸線方向挿入ダブテールの形状である一体のルート部分９６を有する。ダブテール形状ルート部分９６を対応するダブテール溝９４内に配置してファンブレード１８をロータディスク１６に取り付ける。当業界で周知のように、ダブテール溝９４およびルート部分９６は、ブレード１８に働く極端な力に応答してルート部分９６がダブテール溝９４内で限られた範囲だけ回転するのを許すように設計されている。このようにブレードを回転可能にすることにより、ブレードが異物損傷を受ける感受性がいちじるしく低くなる。
【００２６】
前述したように、本体部分４０は隣接するファンブレード１８の輪郭に追従する湾曲した輪郭を有する。このような輪郭の本体部分４０は、吸込み発生時にプラットホーム３４、ファンブレード１８およびロータディスク１６間の硬物体ピンチポイントをなくすことにより、まっすぐな壁形状を有する従来のファンプラットホームで可能なブレード回転に比べて、増大されたブレード回転を可能にする。湾曲された輪郭の形状によりプラットホーム３４の装着も容易になる。平常運転条件下のファンアセンブリ１２を示す図５から分かるように、構造本体部分４０はロータディスク１６および隣接するブレード１８と適当なクリアランスを与える寸法および形状とされているので、プラットホーム３４とブレード１８またはロータディスク１６との間の結合によりブレード回転能力が過度に妨害されない。したがって、図６に示すように、ファンブレード１８のひとつ（図の一番左のブレード）に異物が当たると、そのブレード１８は衝撃に応答してダブテール溝９４内で回転する。ブレード１８が回転するにつれて、破砕性ウィング６０が砕け、ブレード１８がその回転能力（たとえば約１８°）いっぱいに回転するのを許す。ウィング６０は吸込み事故時に破砕されるが、プラットホームの質量の大部分をなす構造本体部分４０は比較的そのままである。したがって、プラットホームの質量のごくわずかしか失われないので、内側流路境界を画定する機能のほとんどが維持される。
【００２７】
プラットホーム３４は、樹脂トランスファ成形（ＲＴＭ＝ｒｅｓｉｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｍｏｌｄｉｎｇ）方法により製造するのが好ましい。この方法では、グラファイトなどの適当な材料の繊維をマンドレル上に所望の配向で配列し、最終部品の所望形状に近づける。つぎに、この予備成形品を、一体部材３５の形状に一致するキャビティを有する金型に配置する。薄いガラス布マットを金型に加え、一体部材３５の流路表面部分４２となる予定の予備成形品の表面に並べる。つぎの工程で、エポキシ樹脂などの樹脂を金型内に、繊維に含浸させるのに適度な圧力で注入する。つぎに樹脂含浸予備成形品を硬化する。ガラス布マットも同時に硬化してガラス布層４３を形成する。硬化後、マンドレルを除去し、一体部材３５に高光沢ポリウレタン塗料の皮膜を１層以上設ける。
【００２８】
一体部材３５を完成したら、前方および後方位置決めバンパ５６，５８を本体部分４０の半径方向内面５４に結合する。シール部材６２を各ウィング６０の横方向外側縁部に結合する。耐摩耗ストリップを、前方および後方取り付けフランジ６４，６６の半径方向外向きの前方および後方当接面６８，７０に結合する。
したがって、これは本発明の軽量ファンプラットホームを製造する比較的簡単かつ安価な方法である。
【００２９】
以上、隣接するファンブレードの回転能力を制限しない個別の複合ファンプラットホームおよび同プラットホームの製造方法を説明した。本発明の特定の実施例を記載したが、当業者にとっては、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、これらの実施例に種々の変更を加えうることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の個別のファンプラットホームを有する例示のターボファン・ガスタービンエンジンの部分的断面図である。
【図２】本発明のファンプラットホームの一つの拡大断面図である。
【図３】図２のファンプラットホームの底面図である。
【図４】図２のファンプラットホームの軸線方向断面図である。
【図５】平常運転状態にある２つの隣接するファンブレード間に配置されたファンプラットホームの端面図である。
【図６】吸込み事故後の２つの隣接するファンブレード間に配置されたファンプラットホームの端面図である。
【符号の説明】
１６  ロータディスク
１８  ファンブレード
３４  プラットホーム
３５  一体部材
４０  構造本体部分
４２  流路表面部分
４４  前端
４６  後端
５０  第１側壁
５２  第２側壁
５４  半径方向内側表面
５６  前方位置決めバンパ
５８  後方位置決めバンパ
６０  ウィング
６２  シール部材
６４  前方取り付けフランジ
６６  後方取り付けフランジ
【図１】
0004572411.tif 000002
【図２】
0004572411.tif 000003
【図３】
0004572411.tif 000004
【図４】
0004572411.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004572411.tif 000007