(57)【要約】      （修正有）【課題】異物衝突のときに、エーロフォイル表面歪みに対して抵抗力があるファンブレードを提供する。【解決手段】本体部分１０５は、ルート部分１０６から半径方向外側に延在するように構成されており、チップ部分１１８は、ルート部分１０６および本体部分１０５から半径方向外側に延在するように構成されている。エーロフォイル１０２は、チップ部分１１８においてコンプライアントチップ１２０を含む。コンプライアントチップ１２０は、翼弦方向およびスパン方向にチップ部分１１８の少なくとも一部分に沿って延在している。コンプライアントチップ１２０は、チップ部分１１８に沿って波動伝播を提供するように構成されており、異物衝突のときに、チップ部分１１８および後縁１１６の近辺の臨界歪みが低減されるようになっている。【選択図】図３
2013137021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルート部分（１０６）、本体部分（１０５）、およびチップ部分（１１８）であって、前記本体部分（１０５）は、前記ルート部分（１０６）から半径方向外側に延在するように構成されており、前記チップ部分（１１８）は、前記ルート部分（１０６）および前記本体部分（１０５）から半径方向外側に延在するように構成されている、ルート部分（１０６）、本体部分（１０５）、およびチップ部分（１１８）と、
前縁（１１４）において、および、前記前縁（１１４）から翼弦方向および下流方向に離隔した後縁（１１６）において、一緒に連結された吸い込み側面（１１１、１３４）および圧力側面（１１３、１３２）と、
翼弦方向およびスパン方向に前記チップ部分（１１８）の少なくとも一部分に沿って延在するコンプライアントチップ（１２０）とを含む、エーロフォイル（１０２）であって、
前記コンプライアントチップ（１２０）は、前記チップ部分（１１８）に沿って波動伝播を提供するように構成されており、異物衝突のときに、前記チップ部分（１１８）および前記後縁（１１６）の近辺の臨界歪みが低減されるようになっている、エーロフォイル（１０２）。
【請求項２】
前記コンプライアントチップ（１２０）は、コンプライアント材料（１２２）から構成されている、請求項１記載のエーロフォイル。
【請求項３】
前記コンプライアント材料（１２２）は、ポリウレタン、ポリ尿素、フルオロエラストマー（ＦＰＭ）、ニトリルゴム、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）ゴム、およびエポキシのうちの少なくとも１つである、請求項２記載のエーロフォイル。
【請求項４】
前記後縁（１１６）は、ハイブリッド材料（１１７）から構成されている、請求項１記載のエーロフォイル。
【請求項５】
前記本体部分（１０５）は、複合材料（１４０）から構成されている、請求項１記載のエーロフォイル。
【請求項６】
前記コンプライアントチップ（１２０）は、コンプライアント材料（１２２）から構成されており、異物衝突に応答して前記コンプライアントチップ（１２０）を通って移動する波動速度が、前記エーロフォイル（１０２）の前記本体部分（１０５）を通って移動する波動速度の少なくとも２倍に変化させられるようになっている、請求項５記載のエーロフォイル。
【請求項７】
前記エーロフォイル（１０２）は、ファンブレード、ロータブレード、ダクト内にあるファンブレード、ダクトのないファンブレード、または風力タービンブレードのうちの１つである、請求項１記載のエーロフォイル。
【請求項８】
ディスク（４２、５２）と、
前記ディスク（４２、５２）に連結された複数のファンブレード（４０、５０）とを含むファン組立体であって、
前記複数のファンブレードのそれぞれのブレードが、
ルート部分（１０６）、本体部分（１０５）、およびチップ部分（１１８）であって、前記本体部分（１０５）は、前記ルート部分（１０６）から半径方向外側に延在するように構成されており、前記チップ部分（１１８）は、前記ルート部分（１０６）および前記本体部分（１０５）から半径方向外側に延在するように構成されている、ルート部分（１０６）、本体部分（１０５）、およびチップ部分（１１８）と、
前縁（１１４）において、および、前記前縁（１１４）から翼弦方向および下流方向に離隔した後縁（１１６）において、一緒に連結された吸い込み側面（１１１）および圧力側面（１１３）と、
翼弦方向およびスパン方向に前記チップ部分（１１８）の少なくとも一部分に沿って延在するコンプライアントチップ（１２０）とを含み、
前記コンプライアントチップ（１２０）は、前記チップ部分（１１８）に沿って波動伝播を提供するように構成されており、異物衝突のときに、前記チップ部分（１１８）および前記後縁（１１６）の近辺の臨界歪みが低減されるようになっている、ファン組立体。
【請求項９】
前記それぞれのファンブレード（４０、５０）が、異物衝突に関連して後縁（１１６）における歪みの低減を促進するように構成されている、請求項８記載のファン組立体。
【請求項１０】
主流路を通過する燃焼ガスを発生させるのに効果的なコアエンジン（７０）と、
前記コアエンジン（７０）の後方にある動力タービン（８４）であって、駆動シャフト（５６、８２）を回転させるのに効果的な第１および第２の反対方向に回転可能な互いにかみ合うタービンブレード列を含む、動力タービン（８４）と、
前記駆動シャフト（８２）に接続されたファンブレード列（８０、８６）を含む、前記コアエンジン（７０）の前方のファンセクション（７８）であって、前記ファンブレード列（８０、８６）は、複数のエーロフォイル（１０２）を含む、ファンセクション（７８）とを含むファンエンジン（６０）であって、
それぞれのエーロフォイル（１０２）が、
ルート部分（１０６）、本体部分（１０５）、およびチップ部分（１１８）であって、前記本体部分（１０５）は、前記ルート部分（１０６）から半径方向外側に延在するように構成されており、前記チップ部分（１１８）は、前記ルート部分（１０６）および前記本体部分（１０５）から半径方向外側に延在するように構成されている、ルート部分（１０６）、本体部分（１０５）、およびチップ部分（１１８）と、
前縁（１１４）において、および、前記前縁（１１４）から翼弦方向および下流方向に離隔した後縁（１１６）において、一緒に連結された吸い込み側面（１１１）および圧力側面（１１３）と、
翼弦方向およびスパン方向に前記チップ部分（１１８）の少なくとも一部分に沿って延在するコンプライアントチップ（１２０）とを含み、
前記コンプライアントチップ（１２０）は、前記チップ部分（１１８）に沿って波動伝播を提供するように構成されており、異物衝突のときに、前記チップ部分（１１８）および前記後縁（１１６）の近辺の臨界歪みが低減されるようになっている、ファンエンジン（６０）。
【請求項１１】
前記エーロフォイル（１０２）が、異物衝突に関連して後縁（１１６）における歪みの低減を促進するように構成されている、請求項１０記載のファンエンジン。
【請求項１２】
前記コンプライアントチップ（１２０）は、コンプライアント材料（１２２）から構成されており、前記コンプライアントチップ（１２０）を通って移動する波動速度が、前記エーロフォイル（１０２）の前記本体部分（１０５）を通って移動する波動速度の少なくとも２倍に変化させられるようになっている、請求項１０記載のファンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書の中で提示されている実施形態は、概して空気力学的表面に関し、より具体的には、エーロフォイルなどのような、異物衝突のときに経験される高度の表面歪みに対して抵抗力がある空気力学的表面の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンには、それに限定されないが、ガスタービンおよび蒸気タービン発電機器、ならびにガスタービン航空機エンジンが含まれる。タービンエンジンは、典型的に、コアエンジンに進入する空気の流れを圧縮するための高圧圧縮機を有するコアエンジンと、その中で燃料および圧縮空気の混合物が燃焼させられて推進用ガス流れを発生させる燃焼器と、推進用ガス流れによって回転させられ、高圧圧縮機を駆動するためにより大きな直径のシャフトによって接続された高圧タービンとを含む。典型的な前部ファンガスタービンエンジンは、前部ファン（高圧圧縮機の前方に設置されている）を駆動するためにより小さな直径の同軸のシャフトによって接続された低圧タービン（高圧タービンの後方に配置されている）が加えられている。低圧圧縮機は、ブースタ圧縮機、または単にブースタと称されることがある。
【０００３】
タービンエンジンのファンならびに高圧および低圧圧縮機は、シャンクまたはダブテイル部分に取り付けられたエーロフォイル部分をそれぞれ含むタービンブレードを有する。従来のガスタービンブレード設計は、完全にチタンなどのような金属から作られたエーロフォイル部分、または、完全に連続繊維強化複合材料（ＣＦＲＣ）から作られたエーロフォイル部分を典型的に有する。全金属ブレードは、重量がより重くなり、結果として、燃料性能がより低くなり、より頑丈なブレード付属品が必要になるが、より軽い全複合材ブレードは、鳥吸い込み事象などのような異物衝突による損傷の影響をより受けやすい。既知のハイブリッドブレードは、腐食および異物衝突のための表面クラッディング（表面クラッディングのブレードチップならびに前縁および後縁部分だけは、金属を含む）によって被覆されたエーロフォイル形状を有する複合材ブレードを含む。ガスタービンファンブレードは、典型的には、ガスタービン航空機エンジンにおいて最大の（したがって、最大重量の）ブレードであり、前部ファンブレードは、バードストライクによって衝突される最初のものである。複合材ブレードは、典型的には、重量が主要な関心事である用途において使用されてきた。しかし、複合材ブレードは、その薄さに起因して、ブレードに高い歪み領域を発達させる可能性があり、それは、異物衝突のときに破壊されやすい可能性がある。ブレードの中の歪みレベルを低下させるために、複合材ブレードの動的応答を変化させることが望ましい。
【発明の概要】
【０００４】
したがって、異物衝突のときに経験される高度のエーロフォイル表面歪みに対して抵抗力がある軽量エーロフォイルを提供する改善されたファンブレードに対する要求がある。
【０００５】
例示の一実施形態によれば、エーロフォイルは、ルート部分、本体部分、およびチップ部分と、吸い込み側面および圧力側面と、コンプライアントチップとを含む。本体部分は、ルート部分から半径方向外側に延在するように構成されており、チップ部分は、ルート部分および本体部分から半径方向外側に延在するように構成されている。吸い込み側面および圧力側面は、前縁において、および、前縁から翼弦方向および下流方向に離隔した後縁において、一緒に連結されている。コンプライアントチップは、翼弦方向およびスパン方向にチップ部分の少なくとも一部分に沿って延在している。コンプライアントチップは、チップ部分に沿って波動伝播を提供するように構成されており、異物衝突のときに、チップ部分および後縁の近辺の臨界歪みが低減されるようになっている。
【０００６】
別の例示の実施形態によれば、ファン組立体が開示されている。ファン組立体は、ディスクと、ディスクに連結された複数のファンブレードとを含む。複数のファンブレードのそれぞれのブレードが、ルート部分、本体部分、およびチップ部分と、吸い込み側面および圧力側面と、コンプライアントチップとを含む。本体部分は、ルート部分から半径方向外側に延在するように構成されており、チップ部分は、ルート部分および本体部分から半径方向外側に延在するように構成されている。吸い込み側面および圧力側面は、前縁において、および、前縁から翼弦方向および下流方向に離隔した後縁において、一緒に連結されている。コンプライアントチップは、翼弦方向およびスパン方向にチップ部分の少なくとも一部分に沿って延在している。コンプライアントチップは、チップ部分に沿って波動伝播を提供するように構成されており、異物衝突のときに、チップ部分および後縁の近辺の臨界歪みが低減されるようになっている。
【０００７】
さらに別の例示の実施形態によれば、ファンエンジンが開示されている。ファンエンジンは、主流路を通過する燃焼ガスを発生させるのに効果的なコアエンジンと、コアエンジンの後方にある動力タービンであって、駆動シャフトを回転させるのに効果的な第１および第２の反対方向に回転可能な互いにかみ合うタービンブレード列を含む、動力タービンと、駆動シャフトに接続されたファンブレード列を含む、コアエンジンの前方のファンセクションであって、ファンブレード列は、複数のエーロフォイルを含む、ファンセクションとを含み、それぞれのエーロフォイルが、ルート部分、本体部分、およびチップ部分と、吸い込み側面および圧力側面と、コンプライアントチップとを含む。本体部分は、ルート部分から半径方向外側に延在するように構成されており、チップ部分は、ルート部分および本体部分から半径方向外側に延在するように構成されている。吸い込み側面および圧力側面は、前縁において、および、前縁から翼弦方向および下流方向に離隔した後縁において、一緒に連結されている。コンプライアントチップは、翼弦方向およびスパン方向にチップ部分の少なくとも一部分に沿って延在している。コンプライアントチップは、チップ部分に沿って波動伝播を提供するように構成されており、異物衝突のときに、チップ部分および後縁の近辺の臨界歪みが低減されるようになっている。
【０００８】
本出願のこれらの特徴および改善ならびに他の特徴および改善は、複数の図面および添付の特許請求の範囲と共に以下の詳細の説明を検討すれば、当業者に明らかになるであろう。
【０００９】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読めば、より良く理解されるであろう。添付の図面において、同様の符号は、全図面にわたり同様の部品を表している。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態にしたがって、コンプライアントチップを有するエーロフォイルを含むターボファンガスタービンエンジンを図示する概略断面図である。
【図２】実施形態にしたがって、コンプライアントチップを有するエーロフォイルを含むダクトのない二重反転ファンエンジンを図示する概略断面図である。
【図３】エーロフォイルの斜視図であり、実施形態にしたがって、コンプライアントチップを示す図である。
【図４】エーロフォイルの側面図であり、実施形態にしたがって、コンプライアントチップを示す図である。
【図５】コンプライアントチップを含む例示のエーロフォイルの概略分解図であり、実施形態にしたがって、圧力側面、吸い込み側面、および上部部分を図示する図である。
【図６】コンプライアントチップを含む例示のエーロフォイルの概略分解図であり、実施形態にしたがって、圧力側面、吸い込み側面、および上部部分を図示する図である。
【図７】コンプライアントチップを含む例示のエーロフォイルの概略分解図であり、実施形態にしたがって、圧力側面、吸い込み側面、および上部部分を図示する図である。
【図８】コンプライアントチップを含む例示のエーロフォイルの分解図であり、実施形態にしたがって、コンプライアントチップが主要なエーロフォイルに接合される態様を図示する図である。
【図９】実施形態による、図８のエーロフォイルの概略部分断面図である。
【図１０】コンプライアントチップを含む例示のエーロフォイルの分解図であり、実施形態にしたがって、コンプライアントチップが主要なエーロフォイルに接合される態様を図示する図である。
【図１１】実施形態による、図１０のエーロフォイルの概略部分断面図である。
【図１２】コンプライアントチップを含む例示のエーロフォイルの分解図であり、実施形態にしたがって、コンプライアントチップが主要なエーロフォイルに接合される態様を図示する図である。
【図１３】実施形態による、図１２のエーロフォイルの概略部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
概して提供されるのは、それに限定されないが、空気力学表面を組み込んだデバイスにおいて使用するための、より詳細には、回転デバイスにおいて使用するためなどのエーロフォイルを製作する例示の装置および方法である。本明細書の中で説明されている実施形態は、限定するものではなく、むしろ単なる例示である。本明細書の中で開示されているエーロフォイルを製作する例示の装置および方法は、それに限定されないが、ファンブレード、ロータブレード、ダクト内にあるファンブレード、ダクトのないファンブレード、タービンエンジン、および風力タービンなどのような、任意のタイプのエーロフォイルまたは空気力学的表面に適用されることが可能であるということが理解されるべきである。より具体的には、本明細書の中で開示されているエーロフォイルを製作する例示の装置および方法は、激突する異物を受ける任意のエーロフォイルまたは空気力学的表面に適用されることが可能である。
【００１２】
本明細書の中で説明されている実施形態は、ターボファンエンジンに関連して説明され、ターボファンエンジンは、また、本明細書の中でタービンエンジンおよびオープンロータ推進システムとも称され、また、本明細書の中でダクトのない二重反転前部ファン高バイパス比エンジン、またはＵＤＦとも称されるが、適切な修正により、装置および方法は、激突する異物を受けるエーロフォイルを含む任意のデバイスに適することが可能であり、それにとって、異物衝突のときに経験される高度の表面歪みに対する抵抗が重要であるということが当業者に明らかであるべきである。
【００１３】
ここで、図１を参照すると、例示のターボファンガスタービンエンジン組立体１０の概略図が示されており、ターボファンガスタービンエンジン組立体１０は、長手方向に延在する軸線、または、前部から後部へ（図１の左側から右側へ）エンジン組立体１０を通って延在する中心線１２を有している。図示された例示のエンジンを通る流れは、一般的に、前部から後部へ向かう方向である。中心線と平行な方向であって、エンジンの前部へ向かい、エンジンの後部から離れる方向は、本明細書の中で「上流」方向１４と称され、一方、中心線と平行な反対方向は、本明細書の中で「下流」方向１６と称されることになる。
【００１４】
エンジン組立体１０は、一般的にエンジンを画定する外側シェルまたはナセル１８を有している。また、エンジン組立体１０は、取り入れ口側２０、コアエンジン排気側２２、およびファン排気側２４も含む。取り入れ口側２０は、ナセル１８の前部開口部に設置された取り入れ口２６を含んでおり、エンジンの中への流れは、取り入れ口２６を通って進入する。ファン排気側２４は、ナセル１８の後方端部に設置された排気部またはノズル（図示せず）を含む。流れは、排気部からエンジン組立体１０を出ていく。
【００１５】
コアエンジンは、ナセル１８の内側に配置されており、ファン組立体３０と、ブースタ圧縮機３２と、コアガスタービンエンジン３４と、低圧タービン３６とを含んでおり、低圧タービン３６は、ファン組立体３０およびブースタ圧縮機３２に連結されている。ファン組立体３０は、ファンロータディスク４２から実質的に半径方向外側に延在する複数のファンブレード４０、またはエーロフォイルを含む。以下に説明されるように、異物衝突のときに経験される高度の表面歪みに抵抗するために、ファンブレード４０は、本明細書の中で説明されるようなコンプライアントチップを含むように構成されることが可能である。
【００１６】
コアガスタービンエンジン３４は、高圧圧縮機４４、燃焼器４６、および高圧タービン４８を含む。ブースタ圧縮機３２は、第１の駆動シャフト５４に連結された圧縮機ロータディスク５２から実質的に半径方向外側に延在する複数のブレード５０を含む。高圧圧縮機４４および高圧タービン４８は、第２の駆動シャフト５６によって一緒に連結されている。
【００１７】
作動中、取り入れ口側２０を通ってエンジン組立体１０に進入する空気は、ファン組立体３０によって圧縮される。ファン組立体３０を出ていく空気流は分割され、空気流の一部分が、より詳細には、圧縮空気流５８が、ブースタ圧縮機３２に向かい、空気流の残りの部分５９が、ブースタ圧縮機３２およびコアタービンエンジン３４をバイパスし、固定静翼列を通ってエンジン組立体１０を出ていくようになっている。固定静翼列は、より詳細には、出口ガイドベーン組立体３８であり、ファン排気側２４において、複数のエーロフォイルガイドベーン３９を含む。より具体的には、半径方向に延在するエーロフォイルガイドベーン３９の円周方向列は、ファン組立体３０の近隣で、空気の流れ５９の方向制御を行うために利用される。複数のロータブレード５０が圧縮空気流５８を圧縮し、コアガスタービンエンジン３４に向けて圧縮空気流５８を供給する。空気流５８は、高圧圧縮機４４によってさらに圧縮され、燃焼器４６へ供給される。燃焼器４６からの空気流５８は、回転タービン３６および４８を駆動し、コア排気側２２を通ってエンジン組立体１０を出ていく。
【００１８】
ここで、図２を参照すると、実施形態にしたがって、コンプライアントチップを有するエーロフォイルを含む、ダクトのない二重反転ファンエンジン６０が図示されている。より具体的には、エンジン組立体６０が図示されており、エンジン組立体６０は、前部から後部へ（図２の左側から右側へ）エンジン組立体６０を通って延在する長手方向の中心線軸線６２を有している。図示された例示のエンジンを通る流れは、一般的に、前部から後部へ向かう方向である。中心線軸線６２と平行な方向であって、エンジンの前部へ向かい、エンジンの後部から離れる方向は、本明細書の中で「上流」方向６４と称され、一方、中心線軸線６２と平行な反対方向は、本明細書の中で「下流」方向６６と称されることになる。
【００１９】
エンジン組立体６０は、中心線軸線６２の周りに同軸に配置された外側シェル、または外側ケーシング６８を有している。外側ケーシング６８は、従来、ナセルと称されており、エンジンコンポーネントを何も支持していないという点で非構造的である。したがって、それは、アルミニウムおよび／または複合材料などのような薄板金属から構成されることが可能である。
【００２０】
また、エンジン組立体６０は、コアエンジン７０と称されるガス発生器も含む。そのようなコアエンジンは、圧縮機７２、燃焼器７４、および単段または多段のいずれかの高圧タービン７６を含む。
【００２１】
エンジン６０の前方部分には、前部ファンセクション７８が備えられている。ファンセクション７８は、内側二重反転シャフト８２の前方端に接続された第１のファンブレード列８０を含んでおり、内側二重反転シャフト８２は、動力タービン８４とファンセクション７８との間に延在している。前方ファンセクション７８は、外側駆動シャフト８８の前方端に接続された第２のファンブレード列８６を含んでおり、外側駆動シャフト８８も、動力タービン８４とファンセクション７８との間に接続されている。第１および第２のファンブレード列８０および８６のそれぞれは、円周方向に離隔された複数のエーロフォイル９０、またはファンブレードを含む。ファンブレード列８０および８６は、二重反転し、より高いディスク負荷および推進効率を提供する。二重反転ファンブレード列８６は、二重反転ファンブレード列８０によって付与される円周方向成分の空気の渦を除去することに役立つということが認識されるべきである。以下に説明されるように、異物衝突のときに経験される高度の表面歪みに抵抗し、より強固なファンブレードを提供するために、ブレード列８０および８６のエーロフォイル９０は、本明細書の中で説明されるようなコンプライアントチップを含むように構成されることが可能である。
【００２２】
ここで、図３および図４を見ると、実施形態にしたがって、異物衝突のときに経験される高度の表面歪みに抵抗するように構成された例示のファンブレードが図示されている。とりわけ、図３は、空気力学的表面の実施形態の斜視図であり、より詳細には、本明細書の中で開示されているようなコンプライアントチップを含むエーロフォイルを具体化したファンブレードの実施形態の斜視図である。図４は、図３のエーロフォイルの圧力側の側面図であり、同様の部分は、同じように参照されている。より詳細には、ファンブレード１００が図示されており、ファンブレード１００は、一般的に、図１および図２のファンブレード４０、８０、および８６と同様であり、それぞれ、一般的に図１のエンジン組立体１０と同様のターボファンガスエンジン組立体の中で使用されることが可能であり、または、一般的に図２のエンジン組立体６０と同様のオープンロータエンジン組立体の中で使用されることが可能である。好適な実施形態では、ファンブレード１００は、前方または後方に位置付けられたブレード列の中に存在することが可能である。実施形態では、ファンブレード１００は、エーロフォイル１０２、プラットフォーム１０４、およびルート部分１０６を含む。代替例として、エーロフォイル１０２は、それに限定されないが、ロータブレードおよび／またはタービンブレードで使用されることが可能である。エーロフォイル１０２は、本体部分１０５およびチップ部分１１８をさらに含み、本体部分１０５は、ルート部分１０６から半径方向外側に延在するように構成されており、チップ部分１１８は、ルート部分１０６および本体部分１０５から半径方向外側に延在するように構成されている。
【００２３】
実施形態では、ルート部分１０６は、一体型ダブテイル１０８を含んでおり、一体型ダブテイル１０８は、エーロフォイル１０２が、ファンロータディスクなどのようなディスクに装着されることを可能にする。エーロフォイル１０２は、第１の湾曲側壁部１１０および第２の湾曲側壁部１１２を含む。具体的には、実施形態では、第１の湾曲側壁部１１０は、エーロフォイル１０２の吸い込み側面１１１を画定し、第２の湾曲側壁部１１２は、エーロフォイル１０２の圧力側面１１３を画定している。側壁部１１０および１１２は、前縁１１４において、および、軸線方向に離隔した後縁１１６において、一緒に連結されている。後縁１１６は、前縁１１４から翼弦方向および下流方向に離隔している。エーロフォイル１０２は、前縁１１４から後縁１１６へ延在する圧力側面１１３および吸い込み側面１１１との間で測定される厚さを含み、それによって、エーロフォイルの厚さは、スパン方向に変化する。圧力側面１１３および吸い込み側面１１１、より詳細には、それぞれ第１の湾曲側壁部１１０および第２の湾曲側壁部１１２は、ルート部分１０６からチップ部分１１８へ、それぞれ長手方向または半径方向外側に延在している。代替例として、エーロフォイル１０２は、任意の従来の形状を有することが可能であり、ダブテイル１０８またはプラットフォーム部分１０４を備えているか、または備えていない。例えば、エーロフォイル１０２は、ブリスクタイプ構成でロータディスクと一体に形成されることが可能であり、ブリスクタイプ構成は、ダブテイル１０８およびプラットフォーム部分１０４を含まない。
【００２４】
実施形態では、エーロフォイル１０２は、チップ部分１１８においてコンプライアントチップ１２０を含む。コンプライアントチップ１２０は、チップ部分１１８の少なくとも一部分に沿って、「ｘ」で示される翼弦方向、および「ｙ」で示されるスパン方向に延在している。コンプライアントチップ１２０は、チップ部分１１８に沿って波動伝播を提供するように構成されており、異物衝突のときに、チップ部分１１８および後縁１１６の近辺の臨界歪みが低減されるようになっている。
【００２５】
実施形態では、コンプライアントチップ１２０は、エーロフォイル１０２の一部分によって画定されており、それは、それに限定されないが、ポリウレタン、ポリ尿素、フルオロエラストマー（ＦＰＭ）、ニトリルゴム、エチレンプロピレンジエンモノマー（Ｍ−クラス）ゴム（ＥＰＤＭ）ゴム、エポキシ、または、それらの組み合わせなどのようなコンプライアント材料１２２（隠線で示されている）から構成されている。実施形態では、材料は、追加的な強度または剛性のために、いくらかの繊維強化材（例えば、ガラス繊維）を含有することが可能である。コンプライアント材料１２２は、エーロフォイル１０２の本体部分１０５を形成する基部材料１２４と比較して低い剛性を有している。そのうえ、コンプライアント材料１２２は、高められた歪み能力を有し、それによって、より強固なエーロフォイル１０２を提供する。
【００２６】
例示の実施形態では、コンプライアントチップ１２０は、衝突条件下にあるときのエーロフォイル１０２の動力学、より詳細にはファンブレード１００の動力学を変化させ、チップ領域１１８および後縁１１６の近くの臨界歪みが低減されるような態様で、チップ領域１１８に沿って波動伝播が発生するようになっている。薄板の屈曲波についての波動速度ＣBは、下記のように与えられる。
【００２７】
【数１】
2013137021.tif 000003
ここで、ω：周波数
ｈ：板厚
Ｅ、ρ、ν：それぞれ、媒体（板）の弾性率、密度、ポアソン比
所望の効果を実現するために、コンプライアントチップ１２０は、波動速度がブレード１００の基部材料１２４の中の波動速度の少なくとも２倍変化するように選ばれたコンプライアント材料１２２から構成されている。実施形態では、コンプライアントチップ１２０は、基部ブレード材料１２４よりも少なくとも２倍小さい波動速度を有する材料１２２から構成されている。さらに別の実施形態では、コンプライアントチップ１２０は、基部ブレード材料１２４よりも少なくとも２倍大きい波動速度を有する材料１２２から構成されている。そのうえ、コンプライアントチップ１２０は、基部ブレード材料１２４と比較して、高い破断点歪み（ｓｔｒａｉｎ−ｔｏ−ｆａｉｌｕｒｅ）の材料から構成されている。実施形態では、コンプライアント材料１２２は、基部ブレード材料１２４よりもおおよそ８〜１０倍柔軟な剛性パラメータを含む。本明細書の中で開示されているような新規なコンプライアントチップ１２０は、エーロフォイル１０２が異物衝突のときに経験される高度の表面歪みに抵抗することを可能にする。コンプライアントチップ１２０を形成するためにコンプライアント材料１２２を含むことによって、衝突事象下のファンブレード１００の動的応答が変化する。これによって、衝突シナリオのときに、後縁１１６の任意のホイッピング作用（ｗｈｉｐｐｉｎｇ  ａｃｔｉｏｎ）が、より詳細には後縁角部１１９において、最小化されることが可能であるということが、分析によって示された。そして、これによって、後縁１１６に沿って発達する歪み集中が低減されることが可能である。後縁１１６における歪みを低減することによって、ファンブレード１００は、より強固になり、衝突事象のときに破壊される傾向が低くなる。
【００２８】
図４に最も良く図示されているように、エーロフォイル１０２は、後縁１１６においてハイブリッド後縁材料１１７（点線で示されている）をさらに含むことが可能である。より具体的には、エーロフォイル１０２は、より高い歪み能力を有する後縁１１６を形成するために、それに限定されないが、Ｓ−ガラスなどのような材料を含むことが可能である。そのうえ、エーロフォイル１０２は、金属の前縁１１５をさらに含むことが可能である。
【００２９】
ここで図５〜図１０を参照すると、ブレードの様々な構成が図示されおり、ブレードは、コンプライアントチップ部分を含み、図３および図４のブレード１００と同様であり、図１のエンジン組立体１０または図２のエンジン組立体６０などのようなエンジン組立体の中で使用するためのものである。図５〜図７は、コンプライアントチップを含む例示のエーロフォイルを概略分解図で図示しており、実施形態による圧力側面、吸い込み側面、および上部部分を図示している。図８〜図１３は、エーロフォイル吸い込み側面の側面図、および、エーロフォイルの本体部分に対するコンプライアントチップの取り付け構成を示す概略部分断面の端面図を図示している。図５〜図１０および開示されている実施形態を通して、同様の要素は同様の番号を有するということが理解されるべきである。
【００３０】
図５に図示されているのは、ファンブレードなどのような、コンプライアントチップを含むブレード１３０である。より具体的には、ブレード圧力側面１３２と、ブレード吸い込み側面１３４と、ブレード上部側面１３６とを含むブレード１３０が図示されている。ブレード１３０は、コンプライアントチップ１３８を含むように構成されており、コンプライアントチップ１３８は、金属チップキャップなどのようなチップキャップ１４２の中に配置されたコンプライアント材料１４０から構成されており、ブレード１３０の一部分として形成されている。コンプライアント材料１４０は、ブレード上部側面１３６の上に露出されている。ブレード１３０は、基部材料１４４からさらに構成されており、基部材料１４４は、当分野においてよく知られているものなどのような複合材料から典型的に構成されている。本明細書の中で使用されているように、用語「複合材料」は、熱硬化性または熱可塑性の樹脂マトリックスの中に高強度繊維を含有する材料を参照している。ブレード１３０は、金属の前縁１４６、ハイブリッドの後縁１４８、圧力側面クラッディング１５０、および複合材の本体部分１５２をさらに含むことが可能である。
【００３１】
図６に図示されているのは、ファンブレードなどのような、コンプライアントチップを含むブレード１６０を図示する別の実施形態である。より具体的には、ブレード１６０が図示されており、ブレード圧力側面１６２と、ブレード吸い込み側面１６４と、ブレード上部側面１６６とが示されている。ブレード１６０は、コンプライアントチップ１３８を含むように構成されており、コンプライアントチップ１３８は、コンプライアント材料１４０から構成されている。コンプライアント材料１４０は、スパン方向にエーロフォイルの長さの少なくとも一部分に沿って、および、翼弦方向にエーロフォイルの翼弦長さの少なくとも一部分に沿って、ブレード上部側面１６６、ブレード圧力側面１６２、およびブレード吸い込み側面１６４の上に露出されている。ブレード１３０は、チップキャップ１４２および基部材料１４４からさらに構成されており、チップキャップ１４２は、典型的に金属材料から構成されており、基部材料１４４は、当分野においてよく知られているものなどのような複合材料から典型的に構成されている。ブレード１３０は、金属の前縁１４６、ハイブリッドの後縁１４８、圧力側面クラッディング１５０、および複合材の本体部分１５２をさらに含むことが可能である。
【００３２】
図７に図示されているのは、ファンブレードなどのような、コンプライアントチップを含むブレード１７０のさらに別の実施形態である。より具体的には、ブレード１７０が図示されており、ブレード圧力側面１７２と、ブレード吸い込み側面１７４と、ブレード上部側面１７６とが示されている。ブレード１７０は、コンプライアントチップ１３８を含むように構成されており、コンプライアントチップ１３８は、コンプライアント材料１４０から構成されている。コンプライアント材料１４０は、スパン方向にエーロフォイルの長さの少なくとも一部分に沿って、および、翼弦方向にエーロフォイルの翼弦長さの少なくとも一部分に沿って、ブレード上部側面１７６およびブレード吸い込み側面１７４の上に露出されている。コンプライアント材料１４０は、典型的に金属材料で構成されたチップキャップ１４２によって、ブレード圧力側面１７２の上が被覆されている。ブレード１３０は、基部材料１４４からさらに構成されており、基部材料１４４は、当分野においてよく知られているものなどのような複合材料から典型的に構成されている。ブレード１３０は、金属の前縁１４６、ハイブリッドの後縁１４８、圧力側面クラッディング１５０、および複合材の本体部分１５２をさらに含むことが可能である。
【００３３】
ここで、図８〜図１３を参照すると、概略分解側面図および概略部分断面の端面図で図示されているのは、実施形態による、コンプライアントチップを有するエーロフォイルの複数の構成である。開示されている実施形態を通じて、同様の要素は同様の番号を有するということが理解されるべきである。
【００３４】
図８および図９に図示されているのは、コンプライアントチップ１８２を含むエーロフォイル１８０である。エーロフォイル１８０は、図６のエーロフォイル１６０と概して同様に構成されており、コンプライアントチップ１８２を形成するコンプライアント材料１８４は、圧力側面１８６、吸い込み側面１８８、およびブレード上部側面１９０の上に露出されている。図示されている実施形態では、コンプライアントチップ１８２、およびエーロフォイル１８０の本体部分１９２の最上部分は、部分断面図の端面図の図９に最も良く図示されているように溝形（ｔｏｎｇｕｅ−ｉｎ−ｇｒｏｏｖｅ）に協働する構成を有して形成されている。より具体的には、コンプライアントチップ１８２は、突出した下側部分１９４を含み、下側部分１９４は、エーロフォイル１８０の本体部分１９２の最上縁部１９８の上に形成された溝部１９６の中に着座するように構成されている。コンプライアントチップ１８２は、ポリウレタン材料から形成されることが可能であり、それは、エーロフォイル１８０の本体に対して位置付けられるとき、エーロフォイル１８０の基部材料を含む複合材料の中に形成された溝部１８７の中へ着座する。そのような構成は、コンプライアントチップ１８２と下にある基部材料との間の接触表面を増加させ、したがって、これらのコンポーネントの間の接着を向上させる。また、それは、製造の視点からも好ましい。図１０および図１１に図示されているのは、コンプライアントチップ２０２を含むエーロフォイル２００である。エーロフォイル２００は、図６のエーロフォイル１６０と概して同様に構成されており、コンプライアントチップ２０２を形成するコンプライアント材料２０４は、圧力側面２０６、吸い込み側面２０８、およびブレード上部側面２１０の上に露出されている。図示されている実施形態では、コンプライアントチップ２０２、およびエーロフォイル２００の本体部分２１２の最上部分は、部分断面図の端面図の図１１に最も良く図示されているように溝形に協働する構成を有して形成されている。より具体的には、エーロフォイル２００の本体部分２１２は、突出した縁部２１４を含み、縁部２１４は、コンプライアントチップ２０２の中に形成された溝部２１６の中に着座するように構成されている。コンプライアントチップ２０２は、ポリウレタン材料から形成されることが可能であり、それは、エーロフォイル２００の本体に対して位置付けられるとき、エーロフォイル２００の基部材料を含む複合材料の中に形成された突出した縁部２１４の上に着座する。上述の構成と同様に、この構成は、コンプライアントチップ２０２と基部材料との間に高められた接着を提供し、製作の視点からも好ましい可能性がある。
【００３５】
図１２および図１３に図示されているのは、コンプライアントチップ２２２を含むエーロフォイル２２０である。エーロフォイル２２０は、図６のエーロフォイル１６０と概して同様に構成されており、コンプライアントチップ２２２を形成するコンプライアント材料２２４は、圧力側面２２６、吸い込み側面２２８、およびブレード上部側面２３０の上に露出されている。図示されている実施形態では、コンプライアントチップ２２２、およびエーロフォイル２００の本体部分２３２の最上部分は、部分断面図の端面図の図１３に最も良く図示されているように溝形に協働する構成を有して形成されており、概して、図１０および図１１に示されている実施形態と同じ態様で構成されている。前述の実施形態とは対照的に、この特定の構成では、エーロフォイル２２０の本体部分２３２の最上部分は、突出した縁部２３４を含んでおり、突出した縁部２３４は、コンプライアントチップ２２２の中に形成された溝部２３６の中に着座するように構成されているが、コンプライアントチップ２２２のものと同様の全体的な縁部構成を有するように形状付けられており、コンプライアント材料だけから構成されたコンプライアントチップ後縁２４０を提供し、したがって、図１０および図１１のコンプライアントチップ２０２よりも動的応答を変更した。前述のように、コンプライアントチップ２３２は、ポリウレタン材料から形成されることが可能であり、それは、エーロフォイル２２０の本体に対して位置付けられるとき、エーロフォイル２２０の基部材料を含む複合材料の中に形成された突出した縁部２３４の上に着座する。この構成は、製作および接着性に関して、前述の２つの構成と同じ利益を提供するが、コンプライアントチップ２２２と本体部分２３２との間でそのように徐々に移行するということによって、移行領域の中の歪みが高められないことを確実にする。このような態様で構成されたコンプライアントチップを含むエーロフォイルは、異物衝突に応答してブレードの歪みおよび後縁の非定常のホイッピング作用を結果的に生じる非定常空気力学に対処している。より具体的には、本明細書の中で説明されるように構成されたコンプライアントチップを含むエーロフォイルは、エーロフォイルの上に激突する異物の非定常なエーロフォイルの応答の低減を促進し、歪みおよび波動伝播が低減されることが促進されるようになっている。後縁における歪み、より詳細には、後縁角部における歪みを低減することによって、ファンブレードは、衝突事象のときに破壊される傾向が低くなる。上流に激突する異物に応答して振動する後縁から生じるエーロフォイルの上の歪みを低減すること、および、それによって、エーロフォイルの上に高度の非定常圧力変動を発生させることは、後縁においてより強固な応答を提供しながらエーロフォイルの全体重量を低減することなどのような、エンジンシステムの性能改善を促進することが可能である。結果として、コンプライアントチップのない標準的なエーロフォイルを使用するエンジンと比較して、エンジンの効率および性能が、改善されるよう促進される。ブレードまたは静翼の重量を増加せることなく、空気力学性能を実質的に減少させることなく、および、全体的なエンジンシステムの上の任意のその他の衝突なしに、エーロフォイルの歪みおよび空気力学的負荷を低減することが実現される（長さ、重量、構造など）。
【００３６】
ファンブレードを含むエーロフォイルの例示の実施形態が、上記に詳細に説明されている。エーロフォイルは、本明細書の中に説明されている特定の実施形態に限定されず、むしろ、ファンブレード、ステータ、機体、または非定常流体流れなどのような、異物衝突を受ける任意のタイプのエーロフォイルに適用されることが可能である。本明細書の中で説明されたエーロフォイルは、他のエンジンと共に他のブレードシステムコンポーネントと組み合わせて使用されることが可能である。
【００３７】
本開示は、典型的な実施形態の中で図示および説明されてきたが、本開示の精神から決して逸脱することなく、様々な修正例および置換例がなされることが可能であるので、示されている詳細に限定されることが意図されてはいない。そのように、本明細書の中で開示された開示のさらなる修正例および均等物は、単なる決まりきった実験を使用して当業者が考え付く可能性があるが、全てのそのような修正例および均等物は、以下に続く特許請求の範囲によって画定されるような開示の精神および範囲の中にあると考えられる。
【符号の説明】
【００３８】
１０  エンジン組立体
１２  長手方向の中心線軸線
１４  上流方向
１６  下流方向
１８  外側シェル／ナセル
２０  取り入れ口側
２２  コアエンジン排気側
２４  ファン排気側
２６  取り入れ口
３０  ファン組立体
３２  ブースタ圧縮機
３４  コアガスタービンエンジン
３６  低圧タービン
３８  出口ガイドベーン組立体
３９  エーロフォイルガイドベーン
４０  複数のファンブレード
４２  ファンロータディスク
４４  高圧圧縮機
４６  燃焼器
４８  高圧タービン
５０  複数のブレード（ブースタ圧縮機）
５２  圧縮機ロータディスク
５４  第１の駆動シャフト
５６  第２の駆動シャフト
５８  圧縮空気流
５９  空気流の残りの部分
６０  エンジン組立体
６２  長手方向の中心線軸線
６４  上流方向
６６  下流方向
６８  外側シェル／ナセル
７０  コアエンジン
７２  圧縮機
７４  燃焼器
７６  高圧タービン
７８  前部ファンセクション
８０  第１のファンブレード列
８２  内側二重反転シャフト
８４  動力タービン
８６  第２のファンブレード列
８８  外側駆動シャフト
９０  複数の円周方向に離隔されたエーロフォイル／ファンブレード
１００  ファンブレード
１０２  エーロフォイル
１０４  プラットフォーム
１０５  本体部分
１０６  ルート部分
１０８  一体型ダブテイル
１１０  第１の湾曲側壁部
１１１  吸い込み側面
１１２  第２の湾曲側壁部
１１３  圧力側面
１１４  前縁
１１５  金属の前縁
１１６  後縁
１１７  ハイブリッド後縁材料
１１８  チップ部分
１１９  後縁角部
１２０  コンプライアントチップ
１２２  コンプライアント材料
１２４  基部材料
１３０  ファンブレード
１３２  ブレード圧力側面
１３４  ブレード吸い込み側面
１３６  ブレード上部側面
１３８  コンプライアントチップ
１４０  コンプライアント材料
１４２  チップキャップ
１４４  基部材料−複合材
１４６  金属の前縁
１４８  ハイブリッドの後縁
１５０  圧力側面クラッディング
１５２  複合材の基部部分
１６０  ブレード
１６２  ブレード圧力側面
１６４  ブレード吸い込み側面
１６６  ブレード上部側面
１７０  ブレード
１７２  ブレード圧力側面
１７４  ブレード吸い込み側面
１７６  ブレード上部側面
１８０  ブレード
１８２  コンプライアントチップ
１８４  コンプライアントチップ材料
１８６  ブレード圧力側面
１８８  ブレード吸い込み側面
１９０  ブレード上部側面
１９２  チップ領域
１９４  突出した下側部分
１９６  溝部
１９８  エーロフォイル１８０の最上縁部
２００  ブレード
２０２  コンプライアントチップ
２０４  コンプライアントチップ材料
２０６  ブレード圧力側面
２０８  ブレード吸い込み側面
２１０  ブレード上部側面
２１２  チップ領域
２１４  突出した下側部分
２１６  溝部
２１８  エーロフォイル１８０の最上縁部
２２０  ブレード
２２２  コンプライアントチップ
２２４  コンプライアントチップ材料
２２６  ブレード圧力側面
２２８  ブレード吸い込み側面
２３０  ブレード上部側面
２３２  コンプライアントチップ
２３２  本体部分
２３４  突出した下側部分
２３６  溝部
２３８  エーロフォイル１８０の最上縁部
２４０  より厚い後縁２４０
【図１】
2013137021.tif 000004
【図２】
2013137021.tif 000005
【図３】
2013137021.tif 000006
【図４】
2013137021.tif 000007
【図５】
2013137021.tif 000008
【図６】
2013137021.tif 000009
【図７】
2013137021.tif 000010
【図８】
2013137021.tif 000011
【図９】
2013137021.tif 000012
【図１０】
2013137021.tif 000013
【図１１】
2013137021.tif 000014
【図１２】
2013137021.tif 000015
【図１３】
2013137021.tif 000016
【外国語明細書】
2013137021000001.pdf