(57)【要約】【課題】ファンブレードの外形状を変えることなく、ガスタービンエンジンのファンブレードを調整する方法を提供する。【解決手段】ブレード２２のシェル１０およびコア１８は、第１および第２の剛性をそれぞれ有する。第１および第２の剛性の関係を変えることにより、ブレード２２全体の剛性が調節される。コア１８を含有するキャビティ１４は、シェル１０に組み込まれ、これにより、同じ外形状で、異なった剛性を有するブレードを形成することができ、かつブレードの外形状に影響を及ぼすことなく、キャビティ１４のサイズ変更が可能となる。コア１８を備えたブレード２２およびコアを備えていないブレード２２が交互に配設されることが好ましい。同一の外形状を有するブレード２２によって、従来の異なった外形状による望ましくない空力特性が改善され、複数のブレードの剛性を変更することによって、振動を制御することができる。【選択図】図２
2007046608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のグループのブレードと、
シェル部およびコア部を有する第２のグループのブレードと、
を取付けたロータを備え、
前記第２のグループのブレードが、前記第１のグループのブレードと異なった剛性を有することを特徴とするガスタービンエンジンのロータ。
【請求項２】
前記コア部が、前記シェル部内に埋め込まれることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジンロータ。
【請求項３】
前記コア部の剛性を調節することにより、前記第２のグループのブレードが調整されることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジンロータ。
【請求項４】
前記シェル部のサイズおよび前記コア部のサイズを調節することにより、前記第２のグループのブレードが調整されることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジンロータ。
【請求項５】
複数のコア部をさらに備え、前記複数のコア部が複数の剛性を有することを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジンロータ。
【請求項６】
前記ブレードコア部が、複合材料からなることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジンロータ。
【請求項７】
前記複合材料が、金属マトリックス複合材料であることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジンロータ。
【請求項８】
前記第２のグループのブレードが、前記第１のグループのブレードの間に交互に配設されることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジンロータ。
【請求項９】
前記ロータおよび前記ブレードが、ガスタービンエンジンのファン部の一部を形成することを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジンロータ。
【請求項１０】
前記第１のグループのブレードが、シェル部およびコア部を備えることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジンロータ。
【請求項１１】
ファン部と、
圧縮機と、
燃焼器と、
タービンと、
を備え、
前記ファンおよび前記タービンの少なくとも一方が、複数のブレードを有するロータを備え、前記複数のブレードが、１つまたは複数のブレード内に第１の剛性を有する材料および第２の剛性を有する材料を備え、前記第２の剛性を変えることにより、前記複数のブレードの前記１つまたは複数のブレードが調整されることを特徴とするガスタービンエンジン。
【請求項１２】
第２の剛性を有する前記材料が、前記複数のブレードの交互に並ぶブレード内に配設されることを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１３】
前記複数のブレードの外形状が、実質的に同一であることを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１４】
第２の剛性を有する前記材料が、金属マトリックス複合材料であることを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１５】
第２の剛性を有する前記材料が、第１の剛性を有する前記材料に組み込まれることを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１６】
第２の剛性を有する前記材料が、複合材料からなることを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１７】
第２の剛性を有する前記材料が、金属マトリックス複合材料からなることを特徴とする請求項１６に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１８】
前記ロータおよび前記ブレードが、前記ファンの一部であることを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１９】
ガスタービンエンジンのファンを調整する方法であって、
（ａ）第１の剛性を有する第１のファンブレードをロータに取付けるステップと、
（ｂ）第２の剛性を有する第２のファンブレードを前記ロータに取付けるステップと、
（ｃ）前記第１のファンブレードおよび前記第２のファンブレードを選択的に取付けて選択された剛性のブレードを備えたガスタービンエンジンファンを形成するように、前記（ａ）および（ｂ）のステップを繰り返すステップと、
を含むガスタービンエンジンファン調整方法。
【請求項２０】
前記第１の剛性を変更するステップをさらに含み、前記第１の剛性を変更することにより、前記第１のファンブレードの振動特性が変わることを特徴とする請求項１９に記載のガスタービンエンジンファン調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンのファンに関し、特に、非一体型の振動（ｎｏｎ−ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）を減少させるようにガスタービンエンジンのファンを調整（ｔｕｎｉｎｇ）することに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンのデザイン、特にロータおよびファンのブレードのデザインにおける１つの目標は、フラッタおよびフロー励振（ｆｌｏｗ−ｓｈｅｄｄｉｎｇ）により生じる非一体型の振動を最小限にすることである。ガスタービンエンジンのファンを調整することにより、ガスタービンエンジンにおける非一体型の振動が減少することが分かっている。
【０００３】
ガスタービンエンジンのファンを調整する周知の方法の１つとしては、ブレードのエッジから材料を取り除くことにより、個々のファンブレードの固有振動数を変動させる方法が挙げられる。この方法は、通常、「クリッピング」と呼ばれている。ブレードのエッジから材料を取り除くことにより、ブレードの固有振動数が変化し、これにより、ファンの非一体型の振動が減少する。この方法では、通常、ブレードの製造後にブレードのエッジが修正される。
【０００４】
ガスタービンエンジンのファンを調整する他の方法では、複数のファンブレードは、同じロータ上において種々の厚さを有する。通常、この方法においては、複数のファンブレードは、異なった外形状を備えており、ロータ上に交互に配設される。したがって、「厚い」ブレードおよび「薄い」ブレードがそれぞれ製造され、利用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の「クリッピング」および「厚い／薄いブレード」の方法では、望ましくない空力的な結果が生じてしまう。ロータ上のファンブレードは、全体的な外形状が同じであることが望ましい。
【０００６】
したがって、ファンブレードの外形状を変えることなく、ガスタービンエンジンのファンを調整することが望ましい。また、前記調整方法が現在のガスタービンエンジンファンの製造工程に組み込まれることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
タービンブレードは、それぞれが所定の剛性を有するブレードシェルおよびブレードコアを備える。ブレードシェルやブレードコアの剛性を調節することにより、ブレードの固有振動数が変化する。ブレードの固有振動数に加えて、前記の調節により、重量などの他の調整可能な特性が修正され得る。
【０００８】
ブレードコアは、通常、ブレードシェル内に埋め込まれる。したがって、タービンブレードの外形状に影響を及ぼすことなく、ブレードコアのサイズを修正することができる。さらに、タービンブレードの外形状を変えることなく、ブレードコアを排除することができる。したがって、複数のファンブレードを備えるタービンロータディスクは、種々のサイズのブレードコアを有するファンブレードを備えていてもよい。また、タービンロータディスクは、ブレードコアを備えていない１つまたは複数のファンブレードを備えていてもよい。
【０００９】
金属マトリックス複合材料（ＭＭＣ：ｍｅｔａｌ  ｍａｔｒｉｘ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）をブレードコアとして用いてもよい。ブレード内のＭＭＣ材料の領域は、現在のタービンブレード製造技術に容易に導入され得る。ガスタービンエンジンのファンを調整するようにＭＭＣ材料のサイズを調節することができる。同様に、ガスタービンエンジンのファンを調整するようにＭＭＣ材料の剛性を調節することができる。好ましくは、ＭＭＣ材料は、タービンロータディスク上に交互に配設されるブレード内に含有される。
【００１０】
したがって、本発明により、ファンブレードの外形状を変えることなくファンブレードを調整する方法が提供される。さらに、本発明の方法は、現在のブレード製造技術に容易に導入され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１を参照すると、ガスタービンエンジン３８の断面図が図示されている。ロータディスク３０により、中心軸４２を中心に複数のブレード２２が回転する。複数のブレード２２が回転することにより、ガスタービンエンジン３８を通流する空気が移動するとともに、ガスタービンエンジン３８に対してフラッタおよびフロー励振（ｆｌｏｗ−ｓｈｅｄｄｉｎｇ）などの非一体型の振動（ｎｏｎ−ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）が生じる場合がある。非一体型の振動は、前記複数のブレード２２の１つまたは複数ブレードの剛性を変更することにより制御され得る。ガスタービンエンジン３８のファン部を開示しているが、タービン部４６などのガスタービンエンジン３８の他の部分に本発明を組み込んでもよい。また、ガスタービンエンジン３８は、圧縮機４４および燃焼器４８を備える。
【００１２】
図２では、異なった剛性の材料で調整されたブレード２２が図示されている。ブレード２２は、キャビティ１４を画定するブレードシェル部１０を備え、該キャビティ１４は、ブレードコア部１８を含有する。ブレードシェル部１０は、第１の剛性を有し、ブレードコア部１８は、第２の剛性を有する。第１の剛性と第２の剛性との間の関係を変えることにより、ブレード２２全体の剛性が調節される。単一のキャビティ１４について述べているが、キャビティ１４がブレードシェル部１０内に第２のキャビティ５０を備えていてもよいことを理解されたい。
【００１３】
図２では、さらに取付構造３４が図示されている。取付構造３４は、ブレード２２をロータディスク３０に固定するように機能する。望ましくは、取付構造３４により、ロータからブレード２２を取り外すことが容易になる。通常、ブレードシェル部１０により、取付構造３４から延びるエアフォイルが画定される。
【００１４】
次に図３および図４を参照すると、ブレード２２内のキャビティ１４が図示されている。図３では、図２の線３−３に沿ったブレード２２の断面図が図示されており、図４では、図２の線４−４に沿ったブレード２２の断面図が図示されている。キャビティ１４は、ブレードシェル部１０によりブレード２２内に画定される。ブレードシェル部１０のサイズを変更することにより、キャビティ１４のサイズが変わり、これにより、種々のサイズのブレードコア部１８に適応することができる。ブレードシェル部１０およびブレードコア部１８のサイズを変更することにより、設計者がブレード２２の全体の剛性および特性を調節することが可能となる。
【００１５】
図示されているように、ブレードコア部１８を含有するキャビティ１４は、通常、ブレードシェル部１０内に組み込まれる。キャビティ１４を組み込むことにより、同じ外形状で、異なった剛性を有するブレード２２を形成することができる。例えば、キャビティ１４がブレードシェル部１０内に組み込まれているため、キャビティ１４を備えるブレード２２は、キャビティ１４を備えていないブレード２２と同様の外形状を維持することが可能となる。さらに、キャビティ１４がブレードシェル部１０内に組み込まれたままであれば、ブレード２２の外形状に影響を及ぼすことなく、キャビティ１４のサイズを変更することができる。したがって、複数のブレード２２がロータディスク３０上に配設されるが、図５に図示されているように、ブレード２２は、ブレードコア部１８を備えていても、備えていなくてもよい。ロータディスクに配設された複数のブレード２２が、ブレードコア部１８を埋め込んだブレード２２、およびブレードコア部１８を備えていないブレード２２から交互に配列されることが好ましい。ブレード２２が同一の外形状を有することにより、望ましくない空力特性を有する従来の異なった外形状が改善される。
【００１６】
ブレード２２は、通常、拡散接合により形成される。つまり、半分に分割された２つのブレード２２（ブレードのハーフ）を極度の温度下および圧力下で接合する。金属マトリックス複合材料（ＭＭＣ）２６は、極度の温度および圧力に耐え得る。ブレード２２のハーフが互いに接合される際に、金属マトリックス複合材料２６は、２つのブレードハーフの間に挟まれる。
【００１７】
ブレード２２は、Ｔｉ−６−４から製造されてもよく、金属マトリックス複合材料２６は、炭化ケイ素繊維の添加物を備えたＴｉ−６−４であってもよい。炭化ケイ素繊維の添加物の量および向きを変更することにより、金属マトリックス複合材料２６の剛性が変わる。本発明では、他の多くの適切な材料を用いてもよい。さらに、剛性は、幾何学形状などを変えることにより変化し得る。２つの異なった剛性を有するブレードを交互に配列することについて開示したが、異なった剛性を有するブレードの他の配列であってもよい。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態が開示されたが、当業者であれば、ある種の変更形態が本発明の範囲内にあることを理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ガスタービンエンジンの断面図。
【図２】ガスタービンエンジンのファンブレードの斜視図。
【図３】図２の線３−３に沿ったファンブレードの断面図。
【図４】図２の線４−４に沿ったファンブレードの断面図。
【図５】本発明の一実施例によるロータおよびブレードの斜視図。
【符号の説明】
【００２０】
１０…ブレードシェル部
１４…キャビティ
１８…ブレードコア部
２２…ブレード
２６…金属マトリックス複合材料
３０…ロータディスク
３４…取付構造
３８…ガスタービンエンジン
４２…中心軸
４４…圧縮機
４８…燃焼器
５０…第２のキャビティ
【図１】
2007046608.tif 000003
【図２】
2007046608.tif 000004
【図３】
2007046608.tif 000005
【図４】
2007046608.tif 000006
【図５】
2007046608.tif 000007