(57)【要約】      （修正有）【課題】放出されたファンブレードの衝撃エネルギーを消散させるように構成されたガスタービンエンジンファン組立体用の格納容器を提供する。【解決手段】格納容器１４５は、半径方向内方のブレード根元部と半径方向外方のブレード先端との間で半径方向外方に延びる複数のファンブレード１３４を有するハブ１４２を含むファン組立体１０４を含む。格納容器は、ファン組立体に外接すると共に第１の半径方向内側及び外側表面を有する半径方向外側シェルと、第２の半径方向内側表面を有する内側構造と、周方向に且つ第２の半径方向内側表面から内側構造の中に延びるトレンチと、を含む。トレンチは、ファン組立体と略軸方向に整合する。格納容器は、放出ファンブレードからの衝撃エネルギー量を消散させ、繊維複合材料を含むシートを含むトレンチフィラー層もトレンチの中に含み、シートは互いに結合されて、中空ユニットの反復パターンをなす。【選択図】図１
2017150481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファン組立体（１０４）用の格納容器（１４５）であって、前記ファン組立体（１０４）は、半径方向内方のブレード根元部（２０２）と半径方向外方のブレード先端（１２７）との間で半径方向外方に延びる複数のファンブレード（１３４）を有するハブ（１４２）を含み、前記格納容器（１４５）は、
前記ファン組立体（１０４）に外接すると共に第１の半径方向内側表面（２０６）と半径方向外側表面（２０８）とを含む半径方向外側シェル（２０４）と、
前記第１の半径方向内側表面（２０６）に沿って延びる第２の半径方向内側表面（２１２）を含む内側構造（２１０）と、
前記第２の半径方向内側表面（２１２）に沿って周方向に且つ前記第２の半径方向内側表面（２１２）から前記内側構造（２１０）の中に延びると共に前記ファン組立体（１０４）と略軸方向に整合するトレンチ（３０６）と、
前記トレンチ（３０６）の中のトレンチフィラー層（３０８）であって、放出されたファンブレードからの衝撃エネルギーの量を消散させるように構成されると共に複数のシート（４０２）を含み、前記複数のシート（４０２）の各シートが、前記複数のシートの各シートの中に製造された複数の繊維（５０２）を有する繊維複合材料（４００、６００）を含み、前記複数のシートが互いに結合されて、中空ユニット（４０４、６０８）の反復パターンをなす、トレンチフィラー層（３０８）と、
を含む、格納容器（１４５）。
【請求項２】
前記トレンチ（３０６）は、完全に前記内側構造（２１０）に入って前記第１の半径方向内側表面（２０６）まで延びる、請求項１記載の格納容器（１４５）。
【請求項３】
前記トレンチフィラー層（３０８）は、複数の弓形のセグメント（３１０）を更に含み、前記複数のセグメント（３１０）の各セグメントは、所定の弓形距離だけ前記トレンチ（３０６）の一部分の周りを周方向に延びる、請求項１記載の格納容器（１４５）。
【請求項４】
前記ブレード先端（１２７）は、部分的に前記トレンチ（３０６）の中に延びる、請求項１記載の格納容器（１４５）。
【請求項５】
前記繊維複合材料（４００、６００）は、プリプレグ及び熱可塑性樹脂の少なくとも一方を含み、
中空ユニット（４０４、６０８）の前記反復パターンは、
相互につながった六角形の反復パターンと、
略矩形ユニットの反復パターンと、の少なくとも一方を含む、請求項１記載の格納容器（１４５）。
【請求項６】
前記複数の繊維（５０２）は、前記各シートに対して、次の配向、すなわち、
長手方向、
横断方向、
前記複数のシートの前記各シート（４０２）の中で前記複数の繊維の互いの繊維に対して略同等の配向角度で斜め方向、及び
前記複数のシートの前記各シート（４０２）の中で前記複数の繊維の互いの繊維に対してランダムに分布した配向角度で斜め方向、
のうちの少なくとも１つで配置される、請求項１記載の格納容器（１４５）。
【請求項７】
前記複数の繊維（５０２）は、
直径、
長さ、
構成物の材料、
配向、及び
密度、のうちの少なくとも１つを含む略等しい物理的特性を有する繊維を含む、請求項１記載の格納容器（１４５）。
【請求項８】
前記複数の繊維（５０２）は、異なった物理的特性を有する繊維を含み、前記物理的特性は、
直径、
長さ、
構成物の材料、
配向、及び
密度、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載の格納容器（１４５）。
【請求項９】
半径方向内方のブレード根元部（２０２）と半径方向外方のブレード先端（１２７）との間で半径方向外方に延びる複数のファンブレード（１３４）を含むハブ（１４２）を含むファン組立体（１０４）と、
格納容器（１４５）と、
を含むガスタービンエンジン（１００）であって、前記格納容器（１４５）は、
前記ファン組立体（１０４）に外接すると共に第１の半径方向内側表面（２０６）と半径方向外側表面（２０８）とを含む半径方向外側シェル（２０４）と、
前記第１の半径方向内側表面（２０６）に沿って延びる第２の半径方向内側表面（２１２）を含む内側構造（２１０）と、
前記第２の半径方向内側表面（２１２）に沿って周方向に且つ前記第２の半径方向内側表面（２１２）から前記内側構造（２１０）の中に延びると共に前記ファン組立体（１０４）と略軸方向に整合するトレンチ（３０６）と、
前記トレンチ（３０６）の中のトレンチフィラー層（３０８）であって、放出されたファンブレードからの衝撃エネルギーの量を消散させるように構成されると共に複数のシート（４０２）を含み、前記複数のシート（４０２）の各シートが、前記複数のシートの各シートの中に製造された複数の繊維（５０２）を有する繊維複合材料（４００、６００）を含み、前記複数のシートが互いに結合されて、中空ユニット（４０４、６０８）の反復パターンをなす、トレンチフィラー層（３０８）と、
を含む、ガスタービンエンジン（１００）。
【請求項１０】
前記トレンチ（３０６）は、完全に前記内側構造（２１０）に入って前記第１の半径方向内側表面（２０６）まで延びる、請求項９記載のガスタービンエンジン（１００）。
【請求項１１】
前記トレンチフィラー層（３０８）は、複数の弓形のセグメント（３１０）を更に含み、前記複数のセグメント（３１０）の各セグメントは、所定の弓形距離だけ前記トレンチ（３０６）の一部分の周りを周方向に延びる、請求項９記載のガスタービンエンジン（１００）。
【請求項１２】
前記ブレード先端（１２７）は、部分的に前記トレンチ（３０６）の中に延びる、請求項９記載のガスタービンエンジン（１００）。
【請求項１３】
前記繊維複合材料（４００、６００）は、プリプレグ及び熱可塑性樹脂の少なくとも一方を含み、
中空ユニット（４０４、６０８）の前記反復パターンは、
相互につながった六角形の反復パターンと、
略矩形のユニットの反復パターンと、の少なくとも一方を含む、請求項９記載のガスタービンエンジン（１００）。
【請求項１４】
前記複数の繊維（５０２）は、前記各シートに対して、次の配向、すなわち、
長手方向、
横断方向、
前記複数のシートの前記各シート（４０２）の中で前記複数の繊維の互いの繊維に対して略同等の配向角度で斜め方向、及び
前記複数のシートの前記各シート（４０２）の中で前記複数の繊維の互いの繊維に対してランダムに分布した配向角度で斜め方向、のうちの少なくとも１つで配置される、請求項９記載のガスタービンエンジン（１００）。
【請求項１５】
前記複数の繊維（５０２）は、
直径、
長さ、
構成物の材料、
配向、及び
密度、のうちの少なくとも１つを含む略等しい物理的特性を有する繊維を含む、請求項９記載のガスタービンエンジン（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、一般に回転機械の放出する可能性のある構成要素を格納するためのデバイス及び方法に関し、より詳細には、放出されたファンブレードからの衝撃エネルギーを消散させるように構成されたガスタービンエンジンファン組立体用の格納容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンなどの公知の回転機械の少なくとも幾つかは、シャフトに実装され、構造的な支持と機械を通る空気流のガイドとを行うシュラウドとケーシングで囲まれた回転構成要素を含む。回転構成要素には、例えば、ファン、圧縮機、及びタービンのブレードが含まれ、これらは、回転する際にそれぞれの構成要素の先端がシュラウドやケーシングの非常に近くを通過する。なんらかの事象時、例えばガスタービンエンジンの中に鳥が吸い込まれた時に、ブレードがシュラウドやケーシングに接触することがある。また、少なくとも幾つかのそういった事象時に、ブレードがガスタービンエンジンから放出され、すなわち、「ファンブレードアウト」（ＦＢＯ：ｆａｎ  ｂｌａｄｅ  ｏｕｔ）し、発射物としてオペレータや傍観者に危険をもたらすことがある。そういった事象はまた、典型的に、ブレードのシュラウドやケーシングに、また、ガスタービンエンジンの他の構成要素に損傷を与える。損傷に起因して、ガスタービンエンジンがより劣った能力で動作することもあり、修理が必要となる。
【０００３】
そういった損傷を緩和し、場合によっては迅速な修理の必要性を回避することを容易にするために、シュラウド又はケーシングによっては、ファンブレードなどの回転構成要素のうちの少なくとも幾つかに外接するアブレイダブル材料を具備するものがある。アブレイダブル材料は、ファン組立体の流れ経路の一部分を形成するのに役立つ。しかしながら、ブレードが放出されてファンケーシングのアブレイダブル材料に接触する事象の間、アブレイダブル材料は少なくとも部分的に降伏して、放出されたブレードの発射物エネルギーを消散させると共にガスタービンエンジンへの損傷を最小化する。アブレイダブル材料は、交換や修理が比較的容易であるように設計され、したがって、事象、例えばＦＢＯの後のケーシングを修理するための合計メンテナンス時間が最小化される。しかしながら、少なくとも幾つかの公知のアブレイダブル材料は紙で構成され、したがって、せん断剛性を含む物理的特性の観点から、調整することが容易ではない。そういった公知のアブレイダブル材料は、ガスタービンエンジンなどの回転機械内の放出された構成要素の衝突時に効果的にエネルギーを消散させるために、せん断剛性の増加を達成するための重量とスペースの増加を必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／０１９０９８１号公報
【発明の概要】
【０００５】
一態様では、ファン組立体用の格納容器が提供される。ファン組立体は、半径方向内方のブレード根元部と半径方向外方のブレード先端との間で半径方向外方に延びる複数のファンブレードを有するハブを含む。格納容器は、ファン組立体に外接すると共に第１の半径方向内側表面と半径方向外側表面とを含む半径方向外側シェルを含む。格納容器は、第１の半径方向内側表面に沿って延びる第２の半径方向内側表面を含む内側構造も含む。格納容器は、第２の半径方向内側表面に沿って周方向に且つ第２の半径方向内側表面から内側構造の中に延びるトレンチを更に含み、トレンチは、ファン組立体と略軸方向に整合する。格納容器は、トレンチの中のトレンチフィラー層も含み、トレンチフィラー層は、放出されたファンブレードからの衝撃エネルギーの量を消散させるように構成されると共に複数のシートを含む。複数のシートの各シートは、複数のシートの各シートの中に製造された複数の繊維を有する繊維複合材料を含み、複数のシートは互いに結合されて、中空ユニットの反復パターンをなす。
【０００６】
他の態様では、ガスタービンエンジンが提供される。ガスタービンエンジンは、半径方向内方のブレード根元部と半径方向外方のブレード先端との間で半径方向外方に延びる複数のファンブレードを有するハブを含むファン組立体を含む。ガスタービンエンジンは、格納容器も含む。格納容器は、ファン組立体に外接すると共に第１の半径方向内側表面と半径方向外側表面とを含む半径方向外側シェルを含む。格納容器は、第１の半径方向内側表面に沿って延びる第２の半径方向内側表面を含む内側構造も含む。格納容器は、第２の半径方向内側表面に沿って周方向に且つ第２の半径方向内側表面から内側構造の中に延びるトレンチを更に含み、トレンチは、ファン組立体と略軸方向に整合する。格納容器は、トレンチの中のトレンチフィラー層も含み、トレンチフィラー層は、放出されたファンブレードからの衝撃エネルギーの量を消散させるように構成されると共に複数のシートを含む。複数のシートの各シートは、複数のシートの各シートの中に製造された複数の繊維を有する繊維複合材料を含み、複数のシートは互いに結合されて、中空ユニットの反復パターンをなす。
【０００７】
更に他の態様では、回転機械のロータから放出する可能性のある構成要素を格納する方法が提供される。回転機械は、放出する可能性のある構成要素の周りを周方向に延びる格納容器を含む。格納容器は、格納容器の半径方向内側表面に沿って周方向に延びるトレンチフィラー層を有するトレンチを含む。本方法は、格納容器に衝突した時の、放出する可能性のある構成要素の持つエネルギー量を決定することを含む。本方法は、トレンチフィラー層内でのエネルギー量の消散を円滑にするために、トレンチフィラー層の少なくとも１つの物理的特性を決定することも含む。本方法は、複数のシートを介して少なくとも１つの物理的特性を有するトレンチフィラー層を形成することを更に含み、複数のシートの各シートは、複数のシートの各シートの中に製造された複数の繊維を有する繊維複合材料を含み、複数のシートは互いに結合されて、中空ユニットの反復パターンをなす。本方法は、放出する可能性のある構成要素にごく近いトレンチの中にトレンチフィラー層を位置決めすることも含む。
【０００８】
本開示のこれらや他の特徴、態様、及び利点については、図面全体にわたって同じ符号が同じ部品を指す添付の図面を参照して、以下の詳細な説明を解釈するとき、良好に理解されることになろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１−５は、本明細書で説明する装置、システム、及び方法の実施形態例を示す図である。
【図１】ガスタービンエンジンの実施形態例の概略断面図である。
【図２】図１に示すガスタービンエンジンに使用され得るファン組立体の後部を見た軸方向図である。
【図３】図２に示すファン組立体に使用され得る格納容器の一部分の側面図である。
【図４】図３に示すトレンチフィラー層に使用され得る繊維複合材料の実施形態例の断面図である。
【図５】図４に示す繊維複合材料に使用され得るシートの規則的な反復パターンの断面図である。
【図６】図３に示すトレンチフィラー層に使用され得る繊維複合材料の代替的な実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
様々な実施形態の特有の特徴は、いくつかの図面に示され、他の図面には示されないこともあるが、それは単に便宜のためである。任意の図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照及び／又は権利請求することができる。
【００１１】
別段の指示がない限り、本明細書で提供する図面は、本開示の実施形態の特徴を示すことを意味している。これらの特徴は、本開示の１つ又は複数の実施形態を含む幅広い多様なシステムに適用可能であると考える。そういうことで、図面は、本明細書に開示した実施形態の実施に必要とされる当業者に公知の従来の特徴をすべて含むことを意味していない。
【００１２】
以下の明細書及び特許請求の範囲では、幾つかの用語に言及するが、それらは次のような意味を有するものと定義する。
【００１３】
単数形「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」は、文脈上別に規定することが明らかな場合を除いて、複数形の指示を含む。
【００１４】
「任意選択の（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」又は「任意選択で（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、その後に説明する事象若しくは事件が起こる場合も起こらない場合もあり、更に、その記載がその事象の起きる場合と起きない場合とを含むことを意味する。
【００１５】
近似を表す用語は、本明細書及び特許請求の範囲の全体にわたって使用するとき、差し支えない変化があり得る任意の数量表示を修正するために適用することができ、それが関連する基本機能の変更を招くことはない。したがって、「約（ａｂｏｕｔ）」、「略（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、及び、「実質上（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」などの１つ又は複数の用語によって修正される数値は、その指示した数値に厳格に限定されるべきではない。少なくとも幾つかの場合では、近似を表す用語は、その値を測定するための機器の精度に対応することがある。ここで本明細書及び特許請求の範囲の全体にわたって、範囲の限定は、組合せ及び／又は交換を行うことができ、また、そういった範囲は、文脈上や用語上別に規定することが明らかな場合を除き、同一視されると共にその中に含まれる部分範囲のすべてを含む。
【００１６】
以下の詳細な説明は、本開示の実施形態を、限定としてではなく、例として示している。企図されることは、本開示が、回転機械の放出する可能性のある構成要素を格納するためのシステム及び方法について一般的な用途を有し、回転機械が、放出された構成要素からの衝撃エネルギーを消散させるように構成されたトレンチフィラー層を有する格納容器を使用する、ということである。
【００１７】
本明細書で説明する格納容器トレンチフィラー層装置及び方法の実施形態は、ガスタービンエンジンなどの回転機械の放出された構成要素からオペレータと傍観者への危険を緩和させる。本明細書で説明する格納容器トレンチフィラー層装置及び方法は、放出された構成要素によって生じるガスタービンエンジンなどの回転機械に対する損傷と、その修理の広範さも緩和する。更に、本明細書で説明する格納容器トレンチフィラー層装置及び方法は、ガスタービンエンジンなどの回転機械の動作性能への、放出された構成要素の悪影響を緩和する。更にまた、本明細書で説明する格納容器トレンチフィラー層装置及び方法は、ガスタービンエンジンなどの回転機械内の放出された構成要素の衝突時に効果的なエネルギー消散を提供する。その上、本明細書で説明する格納容器トレンチフィラー層装置及び方法は、トレンチフィラー層の重量及びスペースを増加させることなく、ガスタービンエンジンなどの回転機械の特定の動作要件に合ったせん断剛性などの物理的特性を調整することを可能にする。
【００１８】
図１は、ガスタービンエンジン１００の実施形態例の概略断面図である。実施形態例では、ガスタービンエンジン１００は、高バイパスターボファンジェットエンジンとして具体化されている。図１に示すように、ガスタービンエンジン１００は、軸方向Ａ（参考のために設けた長手方向軸１０２に平行に延びる）と、半径方向Ｒと、を画定する。一般に、ガスタービンエンジン１００は、ファン組立体１０４と、ファン組立体１０４の下流に配設されたコアタービンエンジン１０６と、を含む。
【００１９】
実施形態例では、コアタービンエンジン１０６は、環状入口１１０を画定する略管状の外側ケーシング１０８を含む。外側ケーシング１０８は、直列の流れの関係で、ブースタすなわち低圧（ＬＰ）圧縮機１１２及び高圧（ＨＰ）圧縮機１１４を含む圧縮機セクションと、燃焼セクション１１６と、高圧（ＨＰ）タービン１１８及び低圧（ＬＰ）タービン１２０を含むタービンセクションと、ジェット排気ノズルセクション１２２と、を収容している。高圧（ＨＰ）シャフト又はスプール１２４は、ＨＰタービン１１８をＨＰ圧縮機１１４に駆動可能に連結する。低圧（ＬＰ）シャフト又はスプール１２６は、ＬＰタービン１２０をＬＰ圧縮機１１２に駆動可能に連結する。圧縮機セクション、燃焼セクション１１６、タービンセクション、及びノズルセクション１２２は一緒に、コア空気流経路１３０を画定する。
【００２０】
実施形態例では、ファン組立体１０４は、離間した関係でディスク１３６に結合された複数のファンブレード１３４を有する可変ピッチファン１３２を含む。ファンブレード１３４は、ディスク１３６から半径方向外方に延びて、ブレード先端１３７で終端する。各ファンブレード１３４は、ファンブレード１３４のピッチを変えるように構成された適切なピッチ変化機構（ＰＣＭ）１３８にファンブレード１３４が動作可能に結合されているおかげで、ピッチ軸Ｐの周りをディスク１３６に対して回転可能である。他の実施形態では、ＰＣＭ１３８は、ファンブレード１３４のピッチを一斉に集合的に変動させるように構成される。ファンブレード１３４、ディスク１３６、及びＰＣＭ１３８は、パワーギヤボックス１４０を横切るＬＰシャフト１２６によって長手方向軸１０２の周りを共に回転可能である。パワーギヤボックス１４０は、ＬＰシャフト１２６に対するファン１３２の回転速度をより効率的な回転ファン速度に調整するための複数のギヤを含む。
【００２１】
ディスク１３６は、複数のファンブレード１３４を通る空気流を促進させるために空気力学的に輪郭形成された回転型のフロントハブ１４２によって被われる。加えて、ファン組立体１０４は、ファン１３２及び／又はコアタービンエンジン１０６の少なくとも一部分を周方向に囲んでいる環状のファンケーシング又は外側ナセル１４４を含む。環状の格納容器１４５は、外側ナセル１４４の半径方向内方部分に結合される。例示的な実施形態では、ナセル１４４は、複数の周方向に離間した出口案内ベーン１４６によってコアタービンエンジン１０６に対して支持されるように構成される。その上、ナセル１４４の下流セクション１４８は、コアタービンエンジン１０６の外側部分の上方全体に、バイパス空気流通路１５０をその間に画定するように、延びることがある。
【００２２】
ガスタービンエンジン１００の動作中、多量の空気１５２が、ナセル１４４及び／又はファン組立体１０４の関連する入口１５３を通ってガスタービンエンジン１００の中に入る。多量の空気１５２は、ファンブレード１３４を通過し、多量の空気１５２のうちの第１の部分１５４は、バイパス空気流通路１５０の中に導かれ又は送られ、多量の空気１５２のうちの第２の部分１５６は、コア空気流経路１３０の中に、より具体的には、ＬＰ圧縮機１１２の中に、導かれ又は送られる。第１の部分１５４と第２の部分１５６の比は、普通、バイパス比と呼ばれる。第２の部分１５６の圧力は、その後、高圧（ＨＰ）圧縮機１１４を通って燃焼セクション１１６の中に送られるのに伴って上昇し、燃焼セクション１１６で燃料と混合されて燃焼して、燃焼ガス１５８を提供する。
【００２３】
燃焼ガス１５８は、ＨＰタービン１１８を通して送られ、ＨＰタービン１１８では燃焼ガス１５８から熱及び／又は運動エネルギーの一部分が、外側ケーシング１０８に結合されているＨＰタービンステータベーン１６０と、ＨＰシャフト又はスプール１２４に結合されているＨＰタービンロータブレード１６２とのシーケンシャルステージを介して抽出され、かくして、ＨＰシャフト又はスプール１２４を回転させ、次にＨＰ圧縮機１１４の回転を駆動する。燃焼ガス１５８は、次にＬＰタービン１２０を通して送られ、ＬＰタービン１２０では熱及び運動エネルギーの第２の部分が、燃焼ガス１５８から、外側ケーシング１０８に結合されているＬＰタービンステータベーン１６４と、ＬＰシャフト又はスプール１２６に結合されているＬＰタービンロータブレード１６６とのシーケンシャルステージを介して抽出され、ＬＰシャフト又はスプール１２６及びＬＰ圧縮機１１２の回転並びに／或いはファン１３２の回転を駆動する。
【００２４】
燃焼ガス１５８は、それに続いて、コアタービンエンジン１０６のジェット排気ノズルセクション１２２を通して送られ、推進力のある推力が提供される。同時に、第１の部分１５４が、バイパス空気流通路１５０を通して送られた後に、ガスタービンエンジン１００のファンノズル排気セクション１６８から排出されるのに伴って、第１の部分１５４の圧力は実質上上昇し、ここでも推進力のある推力が提供される。ＨＰタービン１１８、ＬＰタービン１２０、及びジェット排気ノズルセクション１２２は、コアタービンエンジン１０６を通して燃焼ガス１５８を送るための高温ガス経路１７０を少なくとも部分的に画定する。
【００２５】
ガスタービンエンジン１００は、単なる一例として図１に示されており、他の例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン１００は、例えば、ターボプロップエンジンを含めて任意の他の適切な構成を有することが可能である。
【００２６】
図２は、ガスタービンエンジン１００（図１に示す）に使用され得るファン組立体１０４の後部を見た軸方向図である。実施形態例では、ファン組立体１０４は、ファンディスク１３６（図２には図示せず）の周りを周方向に離間した複数のブレード１３４を含む。複数のブレード１３４の各ブレード１３４は、半径方向内方のブレード根元部２０２と半径方向外方のブレード先端１３７との間でハブ１４２から半径方向外方に延びる。分かり易くするために、ブレード１３４は２つだけ示しているが、ファン組立体１０４は、典型的にはより多くのブレード、例えば、約１６〜３０個又はそれ以上のブレード１３４を含む。ファン組立体１０４は、格納容器１４５を含む。格納容器１４５は、ファン組立体１０４に外接している半径方向外側シェル２０４を含む。外側シェル２０４は、第１の半径方向内側表面２０６と半径方向外側表面２０８を含む。格納容器１４５は、内側構造２１０を同じく含む。内側構造２１０は、第１の半径方向内側表面２０６に沿って延びている第２の半径方向内側表面２１２を含む。
【００２７】
内側構造２１０は、内側構造２１０の周囲付近に部分的にだけ延びる複数の弓形の内側セグメント２１４を含む。複数の内側セグメント２１４の各内側セグメント２１４は、セグメント境界２１６で、隣接する内側セグメント２１４と接する。他の図示しない実施形態では、内側構造２１０は、複数の弓形の内側セグメント２１４ではなくて、一体型の環状構造である。ブレード先端１３７は、第２の半径方向内側表面２１２のごく近くを通過する。格納容器１４５は、格納容器１４５の内側表面３１４の周りを周方向に延びるアブレイダブル層２１８を同じく含む。アブレイダブル層２１８は、ブレード先端１３７と接触するように降伏させて構成されたマトリックス、紙材料、脆弱ウェブ、又は他の材料内の中空空間から形成されたシンタクチック材料を含むことができる。更に他の図示しない実施形態では、格納容器１４５は、アブレイダブル層２１８を含んでいない。
【００２８】
ファン組立体１０４の動作中、ブレード１３４は、図１を参照して上で示して説明したように、空気がガスタービンエンジン１００の後部部分の中に入って加速するのを円滑にする。格納容器１４５は、ファン組立体１０４のための支持を提供すると共に、ファンブレードアウト（ＦＢＯ）事象時を限定でなく含む、ガスタービンエンジン１００の外側へブレード１３４が放出されるという望ましくない発射物の飛翔を防止する。動作中にブレード１３４がハブ１４２から放出された場合、ブレード１３４は先ず内側構造２１０に衝突する。放出されたブレード１３４が最初に内側構造２１０に衝突することは、衝撃エネルギーの消散と、外側シェル２０４に対する放出されたブレード１３４の接触の防止とを円滑にする。放出されたブレード１３４が、外側シェル２０４の第１の半径方向内側表面２０６と接触する場合、その接触は、放出されたブレードが最初に内側構造２１０に衝突するせいで、衝撃エネルギーがより小さくなる。放出されたブレード１３４の衝撃エネルギーが内側構造２１０によって消散される結果、外側シェル２０４の損傷の可能性が最小化され、オペレータと傍観者に対する危険が著しく緩和される。
【００２９】
図３は、ファン組立体１０４（図２に示す）に使用され得る格納容器１４５の一部分の側面図である。実施形態例では、格納容器１４５は、第１の半径方向内側表面２０６を備えた外側シェル２０４を含む。格納容器１４５は、図１を参照して上で示して説明したように、内側構造２１０を同じく含む。内側構造２１０は、格納容器１４５内に少なくとも１つの特定の機能を有する少なくとも１つの材料を含む。内側構造２１０は、音響減衰材料を限定でなく含む、半径方向内側の第１の層３０２を含む。内側構造２１０は、支持材料を限定でなく含む、半径方向外方の第２の層３０４を同じく含む。第２の層３０４は、接着ボンドによることを限定でなく含めて、外側シェル２０４の第１の半径方向内側表面２０６に結合される。同様に、第１の層３０２は、接着ボンドによることを限定でなく含めて、第２の層３０４に結合される。
【００３０】
実施形態例では、格納容器１４５は、トレンチ３０６も含む。トレンチ３０６は、第２の半径方向内側表面２１２から内側構造２１０の中に、第２の半径方向内側表面２１２の周りを周方向に延びる。実施形態例では、トレンチ３０６は、内側構造２１０全体を通って外側シェル２０４の第１の半径方向の内側表面２０６までずっと延びる。他の図示しない実施形態では、トレンチ３０６は、内側構造２１０を通ってずっと延びるのではなく、むしろ、第２の半径方向内側表面２１２から内側構造２１０の中に部分的に延びる。トレンチ３０６は、ファン組立体１０４と、また、そのブレード先端１３７と、略軸方向に整合される。
【００３１】
実施形態例では、格納容器１４５は、トレンチフィラー層３０８を更に含む。トレンチフィラー層３０８は、繊維複合材料を限定でなく含む材料で構成される。トレンチフィラー層３０８は、トレンチ３０６内に位置決めされる。トレンチフィラー層３０８は、トレンチ３０６の周りを周方向に延びる。トレンチフィラー層３０８は、内側構造２１０の周囲付近に部分的にだけ延びる複数の弓形のセグメント３１０を含む。複数のセグメント３１０の各セグメント３１０は、セグメント境界２１６（図２に示す）で、隣接するセグメント３１０と接する。他の図示しない実施形態では、トレンチフィラー層３０８は、複数のセグメント３１０ではなく、一体型の環状構造である。実施形態例では、トレンチフィラー層３０８は、接着ボンドを経由することを限定でなく含めて、外側シェル２０４の第１の半径方向の内側表面２０６に結合される。トレンチ３０６が、内側構造２１０を通ってずっと延びるのではなく、むしろ、第２の半径方向内側表面２１２から内側構造２１０の中に部分的に延びる、それらの他の実施形態では、トレンチフィラー層３０８は、接着ボンドを経由することを限定でなく含めて、内側構造２１０に結合される。
【００３２】
実施形態例では、格納容器１４５は、図１を参照して上で示して説明したように、格納容器１４５の内側表面３１４の周りを周方向に延びるアブレイダブル層２１８も含む。アブレイダブル層２１８も、トレンチ３０６内に位置決めされる。アブレイダブル層２１８は、トレンチフィラー層３０８の半径方向内向き側のトレンチ３０６の周りを周方向に延びる。アブレイダブル層２１８は、接着ボンドを経由することを限定でなく含めて、トレンチフィラー層３０８の半径方向内向き側に結合される。他の図示しない実施形態では、アブレイダブル層２１８は、格納容器１４５の中に存在しない。実施形態例では、ブレード先端１３７は、トレンチ３０６の中に部分的に延びているが、トレンチフィラー層３０８とアブレイダブル層２１８（存在する場合）のどちらにも接触しない。図３には、トレンチフィラー層３０８の半径方向断面Ａ−Ａも示されており、これは図４に示して下で参照して説明する。
【００３３】
実施形態例の動作中、格納容器１４５は、ファン組立体１０４のための支持を提供すると共に、ＦＢＯ事象時を限定でなく含む、ガスタービンエンジン１００の外側へブレード１３４が放出されるという望ましくない発射物の飛翔を防止する。ブレード１３４が動作中にハブ１４２から放出される場合、ブレード１３４は、トレンチフィラー層３０８又はアブレイダブル層２１８（存在する場合）を限定でなく含む、内側構造２１０に先ず衝突する。放出されたブレード１３４が最初にトレンチフィラー層３０８に衝突することは、図１を参照して上で説明したように、衝撃エネルギーの消散と、外側シェル２０４に対する放出されたブレード１３４の接触の防止とを円滑にする。更にまた、ガスタービンエンジン１００以外の回転機械は、図２及び図３を参照して上で説明した動作特性の多くを共有する。限定ではないが動作中に回転機械のロータから放出する可能性のある構成要素を含む、回転機械の放出する可能性のある構成要素は、図２及び図３を参照して示して説明した実施形態例を用いて格納することができる。それらの他の図示しない実施形態では、放出する可能性のある構成要素は、ブレード１３４以外の回転機械の構成要素を含むが、実施形態例の用途は実質上類似している。
【００３４】
図４は、トレンチフィラー層３０８（図３に示す）に使用され得る繊維複合材料４００の実施形態例の断面図である。図４は、図３の半径方向断面Ａ−Ａを示す。実施形態例では、繊維複合材料４００は、複数のシート４０２を含む。繊維複合材料４００の複数のシート４０２の各シート４０２は、同じ繊維複合材料４００を有する。実施形態例では、各シート４０２は、図示しない少なくとも１つのプライを含む。シート４０２の各プライは、図示しない少なくとも１つのラミナを含む。シート４０２のプライとラミナは、エポキシと硬化剤を有した樹脂系すなわちプリプレグを限定でなく含む、樹脂系を予備含浸した材料を限定でなく含む繊維複合材料４００で構成される。他の図示しない実施形態では、シート４０２のプライとラミナは、プリプレグと同様に高分子樹脂以外の熱可塑性担体を有する材料を限定でなく含む、熱可塑性樹脂を含む繊維複合材料４００で構成される。
【００３５】
実施形態例では、繊維複合材料４００のシート４０２は、シート４０２の規則的な反復パターンを限定でなく含む、規則的なパターンで折り畳まれる。シート４０２の単一の規則的な反復パターンは、少なくとも１つのシート４０２を含む。そのように折り畳まれているシート４０２は、接着ボンドや樹脂硬化を経由することを限定でなく含めて、複数のシート４０２の隣接しているシート４０２に結合される。複数のシート４０２を追加的に折り畳んで結合することを限定でなく含めて、繊維複合材料４００の他の製造ステップのときに、複数のシート４０２を更に結合することにより、中空のセル状の構造４０４が作り出される。中空のセル状の構造４０４は、複数のセル壁４０６によって画定される。実施形態例では、中空のセル状の構造４０４は、相互につながった六角形の反復ハニカムパターンを含む。実施形態例では、六角形の中空のセル状の構造４０４の単一のセルは、６つのセル壁４０５を含む。他の図示しない実施形態では、中空のセル状の構造は、四角形や三角形を限定でなく含む、反復パターンを含む。図４には、繊維複合材料４００の軸方向断面Ｂ−Ｂも示され、これは図５に示して下で参照して説明する。
【００３６】
実施形態例の動作中、繊維複合材料４００は、そのせん断剛性を限定でなく含む、トレンチフィラー層３０８の少なくとも１つの物理的特性を調整することを可能にする。トレンチフィラー層３０８のせん断剛性は、繊維複合材料４００の少なくとも１つの設計パラメータを変えることによって制御することができる。単なる一例として、繊維複合材料４００の反復ハニカムパターンの複数の相互につながった六角形の各六角形の軸方向幅ベースラインＷから始めて、Ｗを量ｘだけ減少させること、すなわち、Ｗ−ｘは、トレンチフィラー層３０８のせん断剛性をせん断剛性ベースラインｋの上側に増加させる。Ｗをｘだけ増加させること、すなわち、Ｗ＋ｘは、トレンチフィラー層３０８のせん断剛性をｋの下側に減少させる。
【００３７】
同じく、実施形態例の動作中、同じく、単なる一例として、繊維複合材料４００の複数のシート４０２の各シート４０２のプライＰとラミナＬの数量ベースラインから始めて、Ｐを量ｙだけ減少させること、すなわちＰ−ｙ、及び／又は、Ｌを量ｚだけ減少させること、すなわちＬ−ｚは、トレンチフィラー層３０８のせん断剛性をｋの下側に減少させる。Ｐをｙだけ増加させること、すなわちＰ＋ｙ、及び／又は、Ｌをｚだけ増加させること、すなわちＬ＋ｚは、トレンチフィラー層３０８のせん断剛性をｋの上側に増加させる。同様に、中空のセル状の構造４０４のセル壁４０６毎のシート４０２の規則的な反復パターンのシート４０２の数をシート４０２の数のベースラインＳの上側にシート４０２の数ａだけ増加させること、すなわち、Ｓ＋ａは、トレンチフィラー層３０８のせん断剛性をｋの上側に増加させる。中空のセル状の構造４０４のセル壁４０６毎のシート４０２の規則的な反復パターンのシート４０２の数をＳの下側にシート４０２の数ｂだけ減少させること、すなわち、Ｓ−ｂは、トレンチフィラー層３０８のせん断剛性をｋの下側に減少させる。
【００３８】
更に、実施形態例の動作中、同じく、単なる一例として、トレンチフィラー層３０８の半径方向厚さを厚さベースラインＴの上側に量ｃだけ増加させること、すなわち、Ｔ＋ｃは、トレンチフィラー層３０８のせん断剛性をｋの上側に増加させる。トレンチフィラー層３０８の半径方向厚さをＴの下側に量ｄだけ減少させること、すなわち、Ｔ−ｄは、トレンチフィラー層３０８のせん断剛性をｋの下側に減少させる。上で説明した設計パラメータを限定でなく含む、繊維複合材料４００の設計パラメータを変えることにより、トレンチフィラー層３０８の物理的特性は、格納容器１４５の性能要件に合わせて調整することができる。ガスタービンエンジンや他の回転機械の性能要件を限定でなく含む性能要件に応じて、トレンチフィラー層３０８は、性能要件を充足する設計パラメータで製造される。単なる一例として、実施形態例では、トレンチフィラー層３０８の厚さは、ガスタービンエンジン１００のブレード１３４の半径方向寸法の変化に適応するように変えられる。
【００３９】
図５は、繊維複合材料４００（図４に示す）に使用され得るシート４０２の規則的な反復パターンの断面図である。図５は、図４の軸方向断面Ｂ−Ｂを示す。実施形態例では、シート４０２は、複数のセル壁４０６を含む規則的な反復パターンに折り畳まれる。シート４０２は、複数の繊維５０２を含む。繊維５０２は、幾つかのやり方でシート４０２の中に配向される。シート４０２の中の繊維５０２の配向は、ランダムに分布した角度での斜め方向の配向を限定でなく含む、長手方向、横断方向、及び斜め方向の配向を限定でなく含む。
【００４０】
実施形態例では、シート４０２Ａは、長手方向に配向された繊維５０２を含む。シート４０２Ｂは、横断方向に配向された繊維５０２を含む。シート４０２Ｃは、ランダムに分布した角度で斜め方向に配向された繊維５０２を含む。シート４０２Ａ〜４０２Ｃの各シートでは、繊維５０２の構成物の材料は、炭素繊維やガラス繊維を限定でなく含む。シート４０２の中に繊維５０２が存在することにより、シート４０２が補強される。格納容器１４５（図５には示されない）の中の用途の特定の設計要件に応じて、繊維５０２は、様々な長さと断面直径を含む。繊維５０２の長さは、公称長さからシート４０２の長さに近い長さまでの範囲にある。繊維５０２の直径は、公称直径からシート４０２の厚さに近い直径までの範囲にある。実施形態例では、シート４０２の中の繊維５０２は、様々な長さ及び／又は直径を有する。他の図示しない実施形態では、シート４０２の中の繊維５０２は、実質上等しい長さと直径を有する。
【００４１】
実施形態例の動作中、シート４０２の繊維５０２は、そのせん断剛性を限定でなく含む、トレンチフィラー層３０８の少なくとも１つの物理的特性を調整することを更に可能にする。トレンチフィラー層３０８のせん断剛性は、繊維複合材料４００の製造時を限定でなく含めて、繊維５０２の構成物の寸法と材料を変えることによって制御することができる。単なる一例として、より長い繊維５０２は、短い繊維４０２よりも、より大きなせん断剛性をシート４０２に分与する。同じく、繊維５０２の密度、すなわちシート４０２の単位面積当たり及び／又は単位体積当たりの繊維５０２の数は、トレンチフィラー層３０８の製造時に変えることができ、更に、せん断剛性などのトレンチフィラー層３０８の物理的特性を調整することを可能にする。
【００４２】
加えて、実施形態例の動作では、トレンチフィラー層３０８の面内の熱膨張率（ＣＴＥ）は、製造時に同じく選択することができる。そういった特性又は特徴は、繊維５０２の長さ、互いに対する繊維５０２の配置、及び／又は、繊維５０２が軸方向、周方向、若しくは斜め方向に配向されるかどうかを意味する格納容器１４５の配向に対する繊維５０２の配置、に基づいて選択される。各配向に配置された幾つかの繊維５０２もまた、トレンチフィラー層３０８の面内の機械的及び物理的な特性と面内のＣＴＥを少なくとも部分的に決定する。
【００４３】
図６は、トレンチフィラー層３０８（図３に示す）に使用され得る繊維複合材料６００の代替的な実施形態の断面図である。図６は、図３の半径方向断面Ａ−Ａの代替的な実施形態を示す。代替的な実施形態では、繊維複合材料６００は、複数のシート４０２を含む。繊維複合材料６００の複数のシート４０２の各シート４０２は、図４を参照して上で示して説明したように、繊維複合材料４００と同じ材料であることを限定でなく含む、同じ繊維複合材料６００を有する。
【００４４】
代替的な実施形態では、繊維複合材料６００のシート４０２は、シート４０２の規則的な反復パターンを限定でなく含む、規則的なパターンで折り畳まれて曲げられる。シート４０２の単一の規則的な反復パターンは、少なくとも１つのシート４０２を含む。そのように折り畳まれて曲げられたシート４０２は、接着ボンドを経由することを限定でなく含めて、接着点６０２において、複数のシート４０２の隣接しているシート４０２に結合される。
【００４５】
複数のシート４０２を追加的に折り畳んで曲げて結合することを限定でなく含む、繊維複合材料６００の他の製造ステップのときに、複数のシート４０２を更に結合することにより、中空のセル状の構造６０４が作り出される。中空のセル状の構造６０４は、複数のセル壁６０６によって画定される。実施形態例では、中空のセル状の構造６０４は、その平行な側面上に略円錐状のノッチ６１０を有する略矩形ユニット６０８の反復ハニカムパターンを含む。中空のセル状の構造６０４の単一の矩形ユニット６０８は、４つのセル壁６０６を含む。代替的な実施形態では、各矩形ユニット６０８は、２つの平行な湾曲側面６１２と、２つの平行なノッチ付き側面６１４と、を含む。
【００４６】
実施形態例の動作中、繊維複合材料６００は、そのせん断剛性を限定でなく含む、トレンチフィラー層３０８の少なくとも１つの物理的特性を調整することを可能にする。トレンチフィラー層３０８のせん断剛性は、繊維複合材料４００に関連して図４に示して上で説明したようなことを含めて、繊維複合材料６００の少なくとも１つの設計パラメータを変えることによって制御することができる。図４を参照して上で説明した設計パラメータに加えて、単なる一例として、平行な湾曲側面６１２によって画定される弧の半径を変えることにより、トレンチフィラー層３０８のせん断剛性が変わる。平行な湾曲側面６１２の弧半径が増加するにつれて、ノッチ６１０は狭くなり、トレンチフィラー層３０８のせん断剛性は増加する。平行な湾曲側面６１２の弧半径が減少するにつれて、ノッチ６１０は広くなり、トレンチフィラー層３０８のせん断剛性は減少する。同様に、繊維複合材料６００の矩形ユニット６０８の寸法を変えることにより、トレンチフィラー層３０８のせん断剛性が変わる。代替的な実施形態では、より小さい矩形ユニット６０８は、より大きい矩形ユニット６０８よりもより高いせん断剛性を有するトレンチフィラー層３０８をもたらす。
【００４７】
本明細書で説明する格納容器トレンチフィラー層装置及び方法の上記実施形態は、ガスタービンエンジンなどの回転機械の放出された構成要素からオペレータと傍観者への危険を緩和させる。上で説明した格納容器トレンチフィラー層装置及び方法は、その放出された構成要素によって生じるガスタービンエンジンなどの回転機械に対する損傷と、その修理の広範さと、を同じく緩和する。更に、上で説明した格納容器トレンチフィラー層装置及び方法は、ガスタービンエンジンなどの回転機械の動作性能への、放出された構成要素の悪影響を緩和する。更にまた、上で説明した格納容器トレンチフィラー層装置及び方法は、ガスタービンエンジンなどの回転機械内の放出された構成要素の衝突時に効果的なエネルギー消散を提供する。更に、上で説明した格納容器トレンチフィラー層装置及び方法は、トレンチフィラー層の重量及びスペースを増加させることなく、ガスタービンエンジンなどの回転機械の特定の動作要件に合ったせん断剛性などの物理的特性を調整することを可能にする。
【００４８】
例示的な格納容器トレンチフィラー層装置、システム、及び方法については、詳細に上述している。示した装置は、本明細書で説明する特定の実施形態に限定されず、むしろ、個々の構成要素は、本明細書で説明する他の構成要素から独立して別々に利用することができる。各システム構成要素は、他のシステム構成要素と組み合わせて使用することも同じくできる。
【００４９】
ここに記載した説明は、例を用いて、最良の形態を含めて本開示を説明していると共に、任意のデバイスやシステムを作製及び使用することと任意の組み入れた方法を実行することとを含めて任意の当業者が本開示を実施できるようにもしている。特許性を有する本開示の範囲は、特許請求の範囲によって画定され、当業者の想到する他の例を含むことができる。そういった他の例は、特許請求の範囲の文字通りの文言と異ならない構造要素を有する場合に、或いは、特許請求の範囲の文字通りの文言に対する実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合に、特許請求の範囲の範囲内にあることを意図している。
【符号の説明】
【００５０】
１００  ガスタービンエンジン
１０２  軸
１０４  ファン組立体
１０６  コアタービンエンジン
１０８  外側ケーシング
１１０  環状入口
１１２  低圧（ＬＰ）圧縮機
１１４  高圧（ＨＰ）圧縮機
１１６  燃焼セクション
１１８  ＨＰタービン
１２０  ＬＰ  タービン
１２２  ノズルセクション
１２４  ＨＰシャフト又はスプール
１２６  ＬＰシャフト又はスプール
１２７  ブレード先端
１３０  コア空気流経路
１３２  ファン
１３４  ファンブレード
１３６  ディスク
１３７  ブレード先端
１３８  ピッチ変化機構（ＰＣＭ）
１４０  パワーギヤボックス
１４２  ハブ
１４４  外側ナセル
１４５  格納容器
１４６  出口案内ベーン
１４８  下流セクション
１５０  バイパス空気流通路
１５２  多量の空気
１５３  入口
１５４  第１の部分
１５６  第２の部分
１５８  燃焼ガス
１６０  ＨＰタービンステータベーン
１６２  ＨＰタービンロータブレード
１６４  ＬＰタービンステータベーン
１６６  ＬＰタービンロータブレード
１６８  ファンノズル排気セクション
１７０  高温ガス経路
２０２  ブレード根元部
２０４  外側シェル
２０６  第１の半径方向内側表面
２０８  半径方向外側表面
２１０  内側構造
２１２  第２の半径方向内側表面
２１４  内側セグメント
２１６  セグメント境界
２１８  アブレイダブル層
３０２  第１の層
３０４  第２の層
３０６  トレンチ
３０８  トレンチフィラー層
３１０  セグメント
３１４  内側表面
４００  繊維複合材料
４０２  シート
４０４  中空のセル状の構造
４０６  セル壁
５０２  繊維
６００  繊維複合材料
６０２  接着点
６０４  中空のセル状の構造
６０６  セル壁
６０８  矩形ユニット
６１０  円錐状のノッチ
６１２  湾曲側面
６１４  ノッチ付き側面
【図１】
2017150481.tif 000003
【図２】
2017150481.tif 000004
【図３】
2017150481.tif 000005
【図４】
2017150481.tif 000006
【図５】
2017150481.tif 000007
【図６】
2017150481.tif 000008
【外国語明細書】
2017150481000001.pdf