(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボファンエンジンに用いるＦＲＰ翼（２）と第１および第２のプラットホーム（４ａ，４ｂ）とから構成される静翼（６）において、ＦＲＰ翼をその両端に設けられる前記第１および第２のプラットホームへ固定するためのＦＲＰ翼の支持構造であって、
ＦＲＰ翼の一端は、前記ターボファンエンジンのガス流路を形成する前記第１のプラットホームと一体的に形成され、かつ、ＦＲＰ翼の他端は、一定の厚さを有する樹脂層（８）を介して、前記ガス流路を形成する前記第２のプラットホームに設けられた係止孔（１２ｂ）に差し込まれて支持され、
前記ＦＲＰ翼および前記第１のプラットホームはいずれも繊維強化プラスチックで形成されて、前記ＦＲＰ翼および前記第１のプラットホームが一体化されている、ことを特徴とするＦＲＰ翼の支持構造。
【請求項２】
前記ＦＲＰ翼（２）の一端はターボファンエンジンの外周側に位置する前記第１のプラットホーム（４ａ）と一体的に形成され、前記ＦＲＰ翼の他端はターボファンエンジンの内周側に位置する前記第２のプラットホーム（４ｂ）に支持される、ことを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ翼の支持構造。
【請求項３】
ターボファンエンジンに用いるＦＲＰ翼（２）と第１および第２のプラットホーム（４）とから構成される静翼（６）において、ＦＲＰ翼をその両端に設けられる前記第１および第２のプラットホームへ固定するためのＦＲＰ翼の支持構造であって、
ＦＲＰ翼の一端はターボファンエンジンの外周側に位置する前記第１のプラットホーム（４ａ）に設けられた係止孔（１２ｂ）に差し込まれた上で薄い接着層（１４）を介してリジッド固定され、かつ、ＦＲＰ翼の他端は一定の厚さを有する樹脂層（８）を介してターボファンエンジンの内周側に位置する前記第２のプラットホーム（４ｂ）に設けられた係止孔（１２ａ）に差し込まれて支持され、
前記第１および第２のプラットホームは、前記ターボファンエンジンのガス流路を形成し、
前記ＦＲＰ翼２の前記一端に鍔状に広がる鍔部（１６）を形成し、前記ＦＲＰ翼を該鍔部の外周端においてターボファンエンジンの外周側に位置する前記第１のプラットホームに前記接着層を介して固定する、ことを特徴とするＦＲＰ翼の支持構造。
【請求項４】
前記接着層（１４）は、エポキシ、ＰＥＩ、ＰＥＥ、ポリウレタンのいずれかから選択される樹脂である、ことを特徴とする請求項３に記載のＦＲＰ翼の支持構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＦＲＰ翼の支持構造に係るものであり、より詳しくは、ＦＲＰ翼をその台座となるプラットホームに支持してターボファンエンジンに用いる静翼を形成するためのＦＲＰ翼の支持構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンのうちターボファンエンジンは、ファンによって吸い込んだ空気の一部をコア流として圧縮機に導いて燃焼用に利用するとともに、残りの空気を圧縮機／燃焼器の外側をバイパスして後方へと排出することでこれを推力の一部として利用するものである。本来なら燃焼ガスとして排出されるエネルギを回収して利用するため熱効率が向上し、燃料消費量やエンジン騒音を低減させることができる。
【０００３】
ここでファンの出口近傍からのびるバイパスラインにはその入口付近にバイパス流を整流するための静翼（以下「ファン出口静翼」という）が設けられている。
【０００４】
かつてこのファン出口静翼は金属製の部品であり、翼となる部分とプラットホーム（ガス流路を形成し、かつ翼の台座となる部分をいう）とを一体的に形成することにより、または別々に作成した翼とプラットホームとをロウ付けや溶接で接合することによって形成されていた。しかし近年ではエンジンの軽量化を図るべく、耐熱性が要求されない部位にはＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製の部品が用いられることが多くなってきおり、ファン出口静翼、特にその翼部分にＦＲＰが用いられることも多い。
【０００５】
従来、ＦＲＰ製のファン出口静翼の製造は、ＦＲＰ製の翼の両端部に係止孔を設けたプラットホームを各々差し込んだ上で両者を接合して行われていた。ここで、ファンにより吸い込まれた空気の圧力を受けて振動する翼の振動を吸収させるべく、係止孔と翼との間にはある程度の厚みを有するシリコンラバーやポリウレタン樹脂層が形成され、翼は２つのプラットホームに柔軟に支持されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のようにＦＲＰ翼の両端を厚いソフトな樹脂層を介してプラットホームに接合した場合、振動に対するダンピング効果は高くなるものの、樹脂の弾性率が低いために翼の支持剛性が下がる結果、振動に対する耐性が低くなるといった問題があった。また外部負荷、即ち空力荷重に対する翼の変形量が大きくなるという問題もあった。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであって、翼の支持剛性をあげ振動に対する耐性を高め、また空力荷重に対する翼の変形量を小さくしてエンジンの性能を向上させるとともに、振動に対するダンピング効果も有するＦＲＰ翼の支持構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、ターボファンエンジンに用いるＦＲＰ翼（２）と第１および第２のプラットホーム（４ａ，４ｂ）とから構成される静翼（６）において、ＦＲＰ翼をその両端に設けられる前記第１および第２のプラットホームへ固定するためのＦＲＰ翼の支持構造であって、
ＦＲＰ翼の一端は、前記ターボファンエンジンのガス流路を形成する前記第１のプラットホームと一体的に形成され、かつ、ＦＲＰ翼の他端は、一定の厚さを有する樹脂層（８）を介して、前記ガス流路を形成する前記第２のプラットホームに設けられた係止孔（１２ｂ）に差し込まれて支持され、
前記ＦＲＰ翼および前記第１のプラットホームはいずれも繊維強化プラスチックで形成されて、前記ＦＲＰ翼および前記第１のプラットホームが一体化されている、ことを特徴とするＦＲＰ翼の支持構造を提供する。
【０００９】
ＦＲＰ翼の一端をプラットホームと一体的に形成することで、翼の支持剛性を確保し振動に対する耐性を高めるとともに、空力荷重に対する翼の変形量を小さくすることができる。また、ＦＲＰ翼の他端を一定の厚さを有する樹脂層を介してプラットホームに柔軟に支持することで、空力荷重や振動に対するダンピング効果も必要な範囲で保持することができる。
【００１０】
ここで、前記ＦＲＰ翼（２）の一端はターボファンエンジンの外周側に位置するプラットホーム（４ａ）と一体的に形成され、前記ＦＲＰ翼の他端はターボファンエンジンの内周側に位置するプラットホーム（４ｂ）に支持される、ことが好ましい。
【００１１】
ＦＲＰ翼の内周側には圧縮機／燃焼器やバイパス流の影響によりその外周側より大きな振動、荷重、モーメントが作用するため、内周側をプラットホーム（以下「インナープラットホーム」という）へ柔軟に支持することでダンピング効果を十分に保持するとともに、外周側をプラットホーム（以下「アウタープラットホーム」という）と一体的に形成することで翼の支持剛性を確保することができる。
【００１２】
また本発明は、ターボファンエンジンに用いるＦＲＰ翼（２）と第１および第２のプラットホーム（４）とから構成される静翼（６）において、ＦＲＰ翼をその両端に設けられる前記第１および第２のプラットホームへ固定するためのＦＲＰ翼の支持構造であって、
ＦＲＰ翼の一端はターボファンエンジンの外周側に位置する前記第１のプラットホーム（４ａ）に設けられた係止孔（１２ｂ）に差し込まれた上で薄い接着層（１４）を介してリジッド固定され、かつ、ＦＲＰ翼の他端は一定の厚さを有する樹脂層（８）を介してターボファンエンジンの内周側に位置する前記第２のプラットホーム（４ｂ）に設けられた係止孔（１２ａ）に差し込まれて支持され、
前記第１および第２のプラットホームは、前記ターボファンエンジンのガス流路を形成し、
前記ＦＲＰ翼２の前記一端に鍔状に広がる鍔部（１６）を形成し、前記ＦＲＰ翼を該鍔部の外周端においてターボファンエンジンの外周側に位置する前記第１のプラットホームに前記接着層を介して固定する、ことを特徴とするＦＲＰ翼の支持構造をも提供する。
【００１３】
ＦＲＰ翼とアウタープラットホームとを一体的に形成しない場合には、金属又はＦＲＰを用いて、係止孔を設けたアウタープラットホームを作成し、その係止孔に板状のＦＲＰ翼の一端を差し込み、薄い接着層を介してＦＲＰ翼を固定する。ＦＲＰ翼の一端のみを薄い接着層を介して固定することで、ＦＲＰ翼の両端を厚い樹脂層を介してソフトに支持する従来の支持構造と比べ支持剛性をあげることができ、また振動に対する耐性も高めることができる。さらに、薄い接着層による固定であるため空力荷重に対する翼の変形量も小さくすることもできる。なお、ＦＲＰ翼の内周側は従来と同様に樹脂層を介してインナープラットホームへソフトに支持され、必要な範囲のダンピング効果は保持されている。
【００１５】
なお、前記接着層（１４）には、エポキシ、ＰＥＩ、ＰＥＥ、ポリウレタンのいずれかから選択される樹脂を用いることが好ましい。
【００１６】
エポキシ、ＰＥＩ、ＰＥＥ、ポリウレタン樹脂を用いることで、強力にＦＲＰ翼とアウタープラットホームとを接着することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本願発明について説明する。図１にターボファンエンジンの簡単な内部構造を縦断面図により概念的に示す。この図のターボファンエンジン１０のうち、２２は空気取入口、２４はファン、２６は圧縮機、２８は燃焼室、３２ａ，３２ｂはタービン、３４はバイパスライン、３６はコアライン、３８は排気ノズルを表している。
【００１８】
エンジン前方のファン２４によりエンジン内部に吸い込まれた空気は、エンジンの内周側に位置するコアライン３６と外周側に位置するバイパスライン３４に分岐する。コアライン３６を流れる空気は圧縮機２６により圧縮され燃焼室２８において燃料と混合されて燃焼用に利用される。燃焼により生成した燃焼ガスは推力を発生させるとともに燃焼室２８の下流側に位置する圧縮機駆動用のタービン３２を回転させる。一方バイパスライン３４を流れる空気は圧縮機／燃焼室の外側をバイパスして排気ノズル３８から後方へと排出され推力の一部として利用される。ここでファン２４の出口近傍のバイパスライン入口にはバイパス流を整流するために斜線で示した位置にファン出口静翼６が設けられている。
【００１９】
図２に本発明のＦＲＰ翼の支持構造を用いたファン出口静翼の第一実施例を示す。図２は第一実施例によるファン出口静翼の外形を表した斜視図である。この図に示すようにファン出口静翼６はＦＲＰ製の翼部分（ＦＲＰ翼２）とエンジンの外周側に位置することとなるアウタープラットホーム４ａ及び内周側に位置することとなるインナープラットホーム４ｂとから構成されている。ＦＲＰ翼２はその断面が略三日月状で一側が厚く他側が薄く形成された翼形状をしている。アウタープラットホーム４ａ及びインナープラットホーム４ｂは板状をしており、複数枚が組み合わされることによって、円筒状のガス流路（バイパスライン）を形成するように形作られている。
【００２０】
ＦＲＰ翼２はその一端をアウタープラットホーム４ａと一体的に形成され、その他端をインナープラットホーム４ｂの板面に設けられたＦＲＰ翼２の断面形状とほぼ同じ形状で、かつ二回りほど大きな係止孔１２ｂに差し込まれて接合され、ＦＲＰ翼２はアウタープラットホーム４ａ及びインナープラットホーム４ｂの板面から立設する状態で支持されている。ここで係止孔１２ｂへのＦＲＰ翼２の支持は、係止孔１２ａとＦＲＰ翼２との間の空隙にシリコンラバーやポリウレタン樹脂を充填して両者を接合することによって行われている。
【００２１】
エンジンの運転中には、バイパスライン入口に設けられたファン出口静翼６には、ファン２４により吸い込まれた空気の流れによる空力荷重やねじりモーメントおよび圧縮機／燃焼室等からの振動が作用する。この振動は、ＦＲＰ自体のダンピング特性によって多少吸収される。しかしながらその吸収量は十分なものとはいえない。そこで、ＦＲＰ翼の一端をアウタープラットホーム４ａと一体的に形成することで、ＦＲＰ翼の支持剛性を確保し振動に対する耐性も高め、空力荷重に対する翼の変形量を小さくするとともに、ＦＲＰ翼の他端を一定の厚さを有する樹脂層を介してインナープラットホーム４ｂに柔軟に支持することで、振動に対してのダンピング効果を必要な範囲で保持することができる。なお樹脂層はダンピング効果を発揮するための厚みを有すればよく、翼に生じうる振動の大きさや翼高さ、等を考慮してその厚さが決定される。
【００２２】
図３および図４に本発明のＦＲＰ翼の支持構造を用いたファン出口静翼の第二実施例を示す。図３は第二実施例によるファン出口静翼の外形を表した斜視図である。また図４はＦＲＰ翼と各プラットホームとの接合部位の断面を拡大して示したものであり、（ａ）はＦＲＰ翼２とアウタープラットホーム４ａとの接合部位のＸ−Ｘ断面矢視図（図３参照）を、（ｂ）はＦＲＰ翼２とインナープラットホーム４ｂとの接合部位のＹ−Ｙ断面矢視図（図３参照）を表している。
【００２３】
図４（ａ）に示したように、ＦＲＰ翼２とアウタープラットホーム４ａとは第一実施例のように一体的に形成されていない。ＦＲＰ翼２の一端には、アウタープラットホーム４ａの板厚と同じ範囲に鍔状に広がる鍔部１６が形成され、アウタープラットホーム４ａには鍔部１６の断面形状とほぼ同じ形状・大きさの係止孔１２ａが設けられている。アウタープラットホーム４ａもＦＲＰで製作されている。
【００２４】
係止孔１２ａには鍔部１６が差し込まれ、鍔部１６はその外周端において係止孔１２ａに接着層を介して隙間なくリジッド固定されている。なお、接着層１４にはエポキシ樹脂が用いられている。
【００２５】
一方（ｂ）からも分かるように、ＦＲＰ翼２の他端とインナープラットホーム４ｂとは上記第一実施例と同様に一定の厚さを有する樹脂層８を介してソフトに接合されている。ＦＲＰ翼２が柔軟に接合されているため、振動や空力荷重に対してのダンピング効果は必要な範囲で保持されている。
【００２６】
［実験データ］
次に上記第二実施例のＦＲＰ翼の支持構造による効果について、実験データを用いて説明する。図５はＦＲＰ翼のスタッガー角、すなわちＦＲＰ翼の翼断面の端と端を結んだ線とエンジンの軸線とがなす角（図５枠内参照）の変化量を、従来の支持構造のＦＲＰ翼の両端を一定の厚さを有するソフトな樹脂で支持したものと比較して示した解析結果である。スタッガー角の変化量はエンジンの性能に影響を与えるものであり、その変化量は小さいことが望まれる。
【００２７】
この表で、縦軸はＦＲＰ翼のインナープラットホームへの取り付け部位からのスパン（翼高さ方向位置）をアウタープラットホームまでのスパンを１００として％で表したものであり、横軸はＦＲＰ翼の両端を厚いソフトな樹脂層を介してプラットホームに接合した従来の支持構造による各スパンにおけるスタッガー角の変化量を１として、本実施例の支持構造によるスタッガー角の変化量を無次元化して表したものである。
【００２８】
この表からも分かるように本実施例による支持構造では、ハブの近傍においては従来の支持構造とスタッガー角の変化に大きな差はないものの、翼高さ方向位置が大きくなり、アウタープラットホームに近くなるにつれて、その変化が小さくなっている。このことから本実施例による支持構造では、従来の支持構造と比して空力荷重等に対する翼の変形量がアウタープラットホームに向かうにつれて小さくなっていることが分かる。
【００２９】
また図６は第二実施例による支持構造によってアウタープラットホームへ支持したＦＲＰ翼の引抜き方向の翼付け根部分の強度を、従来の支持構造によるものを１として比較し無次元化した結果である。ここで、（Ａ）は従来の支持構造による引抜き荷重を、（Ｂ），（Ｃ）は本実施例の支持構造による引抜き荷重の比を表している。
【００３０】
この結果からも明らかなように本実施例の支持構造によれば、従来の支持構造に比してより強固（約２倍弱）にアウタープラットホームへＦＲＰ翼を接合することができ、ＦＲＰ翼の支持剛性を向上させ、振動に対する耐性も高めることができることが分かる。
【００３１】
なお、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。例えばインナープラットホーム、アウタープラットホームのいずれか一方又は双方を金属材料により形成し、これにＦＲＰ翼を支持する構成とすることもできる。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明のＦＲＰ翼の支持構造によれば、翼の支持剛性をあげ振動に対する耐性を高め、また空力荷重に対する翼の変形量を小さくしてエンジンの性能を向上させるとともに、振動に対するダンピング効果も必要な範囲で保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ターボファンエンジンの内部構造の縦断面図である。
【図２】  第一実施例のファン出口静翼の斜視図である。
【図３】  第二実施例のファン出口静翼の斜視図である。
【図４】  第二実施例のＦＲＰ翼とプラットホームとの接合部位の断面拡大図である。
【図５】  スタッガー角の変化量を従来の支持構造と比較した表である。
【図６】  ＦＲＰ翼の翼付け根部分強度を従来の支持構造と比較した表である。
【符号の説明】
２  ＦＲＰ翼
４  プラットホーム
４ａ  アウタープラットホーム
４ｂ  インナープラットホーム
６  （ファン出口）静翼
８  樹脂層
１０  ターボファンエンジン
１２ａ，１２ｂ  係止孔
１４  接着層
１６  鍔部
２２  空気取入口
２４  ファン
２６  圧縮機
２８  燃焼室
３２  タービン
３４  バイパスライン
３６  コアライン
３８  排気ノズル
【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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