(57)【要約】【課題】動作中にこれらの部品が受ける変形レベルの低減を図る構造的な減衰を提供すること。【解決手段】本発明は、ターボ機械の可変ピッチ静翼を枢動させるレバーに関し、レバーは、レバー駆動部材に取り付けるための第１のゾーンと、上記可変ピッチ静翼に取り付けるための第２のゾーンと、第１のゾーンと第２のゾーンとの間にある細長い形状の第３のゾーンとの３つのゾーンを備える。振動減衰積層板は、レバーの上記ゾーンのうち少なくとも１つのゾーンにおける少なくとも１つの表面部分に取り付けられており、上記表面部分と接触する少なくとも１つの粘弾性材料層と、剛性材料バッキング層とを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械の可変ピッチ静翼を枢動させるレバーであって、レバー駆動部材に取り付けるための第１のゾーンと、前記可変ピッチ静翼に取り付けるための第２のゾーンと、第１のゾーンと第２のゾーンとの間にある細長い形状の第３のゾーンとの３つのゾーンを備え、レバーの前記ゾーンのうち少なくとも１つのゾーンにおける少なくとも１つの表面部分に振動減衰積層板が取り付けられており、積層板が、前記表面部分と接触する少なくとも１つの粘弾性材料層と、剛性材料バッキング層とを備える、レバー。
【請求項２】
振動減衰積層板が、前記表面部分に接着されている、請求項１に記載のレバー。
【請求項３】
振動減衰積層板が、機械的手段によって前記表面部分に押圧され続けている、請求項１に記載のレバー。
【請求項４】
レバーの前記ゾーンが、第３のゾーン、又は、第２のゾーン及び第３のゾーンである、請求項１に記載のレバー。
【請求項５】
振動減衰積層板が取り付けられる前記表面部分が、前記第３のゾーンを全面的に被覆する、請求項４に記載のレバー。
【請求項６】
半径方向上面及び半径方向下面を備え、積層板が、前記半径方向下面又は上面の少なくとも１つの表面部分、特に平坦な表面部分に取り付けられている、請求項１に記載のレバー。
【請求項７】
第２のゾーンが、第３のゾーンの面と異なる半径方向高さの面を備え、振動減衰積層板が、第２のゾーンの前記面の表面部分及び第３のゾーンの前記面の表面部分を少なくとも部分的に被覆している、請求項１に記載のレバー。
【請求項８】
積層板が、例えば前記第２のゾーンの表面部分と前記第３のゾーンの表面部分との間に穿孔された中間部分を備える、請求項７に記載のレバー。
【請求項９】
第３のゾーンの幅よりも幅が狭い少なくとも２つの細長片の構造である少なくとも１つの振動減衰積層板を備え、前記２つの片が、好ましくは互いに平行に配置されている、請求項１に記載のレバー。
【請求項１０】
積層板が、粘弾性層と剛性層との交互の積層体として形成されており、粘弾性材料の特徴は、層毎に異なる又は同一である、請求項１に記載のレバー。
【請求項１１】
剛性材料の特徴が、層毎に異なる、請求項１０に記載のレバー。
【請求項１２】
可変ピッチ静翼を枢動させる、請求項１から１１のいずれか一項に記載のレバーを少なくとも１つ備える、ターボ機械。
【請求項１３】
可変ピッチ整流翼を枢動させる、請求項１から１１のいずれか一項に記載のレバーを少なくとも１つ備える、ガスタービンエンジンコンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空分野において使用されるようなターボ機械に関する。本発明は、ターボ機械、特にガスタービンエンジンコンプレッサの可変ピッチ静翼に関し、より詳細には、このような翼を枢動させる制御レバーに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、タービン段を駆動する高温ガスを下流方向に発生させる燃焼チャンバに供給する空気コンプレッサ形成部を備える。エンジンコンプレッサは、ガス流を整流するステータブリスクの連続段によって離隔された複数の可動ブレード付きディスク又はブリスクを備える。一次流れ整流器の段の翼は、一般に、可変ピッチ翼である。すなわち、コンプレッサの効率を向上させるために、ピボットとして機能する放射軸に対する翼の角度位置がミッションポイントにしたがって調整可能である。可変ピッチ翼は、可変ピッチメカニズムとして知られているメカニズム又は可変静翼を表すＶＳＶを用いて配向されている。そのようなメカニズムには多様な設計があるが、概して、それらは全て、エンジンケーシングに固定された１つ以上のアクチュエータ、同期バー又は制御シャフト、エンジンを囲んでその軸を横切るように配置されたリング、及び、リングを可変ピッチ翼のそれぞれに接続するピッチ制御ロッドとしても知られる略軸方向レバーを備える。アクチュエータは、エンジン軸まわりにリングを回転させ、その結果、全てのレバーが翼軸まわりに同期して回転する。
【０００３】
これらのメカニズムは、翼にかかる空気力学的な高い負荷と、様々な接続における摩擦によって生じる負荷との両方を受ける。特に、レバーは、屈曲及びねじれにおける静的な負荷と動的応力とを受ける。これら全ての負荷は、損傷を受けやすいレベルに到達し、特に、これら負荷が結合された影響は、亀裂や他の損傷を生じさせる可能性がある。レバーに起因する機械的強度及び耐久性要件を考えることにより、これら部品が受ける負荷によって生じる振動振幅を小さく抑える必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
部品は、それらの作動領域内にいかなる臨界モードも生じないように設計されて造り出されている。しかしながら、実際には、部品設計サイクルの最後に実行されるエンジンテストにおいて、レバーに亀裂が形成される場合があることが明らかになってきているといういくつかの重複及び経験がある。そして、部品は、再度設計されて修正されるが、これは、特に時間と費用がかかるプロセスとなる。したがって、設計プロセスのできるだけ早い段階で必要な修正措置を取れるように、部品設計サイクルのできるだけ早い段階で振動応答レベルを予測することが必要である。
【０００５】
本発明の１つの目的は、動作中にこれらの部品が受ける変形レベルの低減を図る構造的な減衰を提供することであり、より詳細には、動的減衰を提供することにより、空気力学由来の又は他の同期又は非同期応力のもとで可変ピッチ翼を回転させるために使用されるレバーの動的応答を減衰させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
したがって、本発明は、ターボ機械の可変ピッチ静翼を枢動させるレバーに関し、レバーは、レバー駆動部材に取り付けるための第１のゾーンと、上記可変ピッチ静翼に取り付けるための第２のゾーンと、第１のゾーンと第２のゾーンとの間にある細長い形状の第３のゾーンとの３つのゾーンを備える。本発明に係るレバーは、レバーの上記ゾーンのうち少なくとも１つのゾーンにおける少なくとも１つの表面部分に振動減衰積層板が取り付けられており、積層板は、上記表面部分と接触する少なくとも１つの粘弾性材料層と、剛性材料バッキング層とを備える。
【０００７】
駆動部材は、一般に、ターボ機械ケーシングを囲むリングであり、それ自体がアクチュエータによってこのターボ機械の軸まわりに回転される。レバーは、一般に、そのプラットフォームを介して翼を回転させるように、翼の端部に取り付けられる。
【０００８】
積層板は、上記表面部分上に接着される又は機械的手段によってそれに対して押圧され続ける。
【０００９】
これら部品の振動疲労に関する堅牢性を保証するために、本発明の解決策は、したがって、振動エネルギの消散を可能とする特定の装置を構造体に追加することである。
【００１０】
本発明の新規性は、構造体に接着又は固定されて部品の振動エネルギの消散機能を持つ応力層を有する粘弾性サンドイッチ状に形成されたタイル状の積層板を使用することにある。
【００１１】
エネルギのこの部分の消散は、動的応力によって変形する構造体と慣性によって動かされる応力層との間における粘弾性材料のせん断変形によって得られる。これらタイル状積層板は、レバーの面に固定又は粘着されることにより、機械の全体的性能を損ねることなく構造体のモードを直接減衰させる。
【００１２】
本発明の解決策は、ますます問題となっている再設計を行う必要なく金属部品の構造的な減衰を可能とし、したがって、製品に関連する開発及び最適化のコスト及び時間を低減することができるという利点を有する。
【００１３】
また、リバースサイクルの負荷要件を満たす必要性から制限されていた従来の設計範囲を拡張することができ、間接的に軽量化を図ることもできる。
【００１４】
本発明は、動的負荷の種類にかかわらず、エンジンの調和又は非同期励起の重複部分に適用することができる。
【００１５】
本発明の１つの実施形態によれば、積層板が取り付けられるレバーの上記ゾーンは、第３のゾーンである。技術的考察によれば、振動減衰積層板が取り付けられる上記表面部分は、上記第３のゾーンを全面的に被覆する。
【００１６】
本発明の他の実施形態によれば、レバーの上記ゾーンは、第２のゾーン及び第３のゾーンを備える。
【００１７】
本発明の他の実施形態によれば、半径方向上面及び半径方向下面を備えるレバーにおいて、積層板は、上記半径方向下面又は上面の少なくとも１つの表面部分に取り付けられている。例えば、上記半径方向下面又は上面の少なくとも１つは、平坦な面である。
【００１８】
本発明の他の実施形態によれば、第３のゾーンの面と異なる半径方向高さの面を備えるレバーの第２のゾーンにおいて、振動減衰積層板は、第２のゾーンの上記面の表面部分及び第３のゾーンの上記面の表面部分を少なくとも部分的に被覆している。より具体的には、積層板は、上記第２のゾーンの表面部分と上記第３のゾーンの表面部分との間に中間部分を備える。振動減衰積層板の上記中間部分は、場合によっては穿孔されていてもよい。
【００１９】
本発明の１つの実施形態によれば、振動減衰積層板は、第３のゾーンの幅よりも幅が狭い細長片の構造である。レバーは、振動減衰積層板の細長片を少なくとも２つ備えることもできる。より具体的には、レバーは、互いに平行に配置されている振動減衰積層板の少なくとも２つの細長片を備える。
【００２０】
本発明の１つの実施形態によれば、積層板は、粘弾性層と剛性層との交互の積層体として形成されている。粘弾性材料の特徴は、層毎に異なる、又は、これに代えて層毎に同一である。剛性材料の特徴は、層毎に異なる、又は、これに代えて剛性層毎に同一である。
【００２１】
本発明はまた、可変ピッチ静翼を枢動させるこのようなレバーを少なくとも１つ備えるターボ機械に関する。より詳細には、可変ピッチ整流翼を枢動させるこのようなレバーを少なくとも１つ備えるガスタービンエンジンコンプレッサである。
【００２２】
本発明は、添付された図面を参照しながら、より詳細にここに説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、ツインスプールバイパスターボジェットエンジン形式のターボ機械の一例を概略的に図示している。前方のファン２は、エンジンに空気を供給する。ファンによって圧縮された空気は、２つの同心流れに分離される。二次流れは、さらなるエネルギ供給がされることなく大気に直接排出され、推進力の基本的部分を提供する。一次流れは、多くの圧縮段を介して燃焼チャンバ５へと案内され、そこで燃料と混合されて燃焼される。高温ガスは、ファン及びコンプレッサのロータディスクを駆動する様々なタービン段６、８へ送られる。その後、ガスは大気中に排出される。このようなエンジンは、いくつかの整流ディスク、すなわち、排出前の二次流れを整流するファンの下流にある１つのディスクと、コンプレッサのロータディスク３、４の間に介在するブレード付きディスク３’、４’と、高圧及び低圧タービンディスクの両方の間にある整流器６’、８’とを備える。
【００２４】
図２は、コンプレッサ４の初期段に形成された、可変ピッチブレード付きステータディスクを、その駆動機構とともに示している。
【００２５】
このディスク１０は、エンジン１の軸に対して半径方向に配置されてケーシングセクタ１２内の放射軸まわりに枢動するように取り付けられた翼１１を備える。翼各々は、ケーシングセクタの外部に配置されたレバー２０とともに、放射軸まわりに一体的に回転する。レバーは、これらの放射軸まわりに同期して回転可能であり、エンジンケーシングを囲む駆動リング３０を備えるアセンブリによって駆動され、各レバーは、その上にエンジンケーシングが取り付けられた放射軸を有する端部とは反対側の端部によってエンジンケーシングに固定されている。適切な取り付け手段としては、例えば、リング３０とレバーの端との両方を半径方向に通過するピン２１がある。図示しない１つ以上のアクチュエータは、エンジン軸まわりのリングの回転運動を引き起こす。この運動は、放射軸まわりに同時に枢動するレバーに伝播し、これらと同一軸まわりに静翼を回転させる。
【００２６】
図３は、レバー２０を示している。レバーは、半径方向下面２０ｉ及び半径方向上面２０ｅの２つの面を有する全体的に細長い形状である。下、上の表現は、レバーがエンジン上に位置しているときにエンジン軸から見て互いに対するこれらの面の位置を限定するものである。３つのゾーンの間に区別が引かれる。第１のゾーン２０Ａには、孔が貫通しており、この例では、ピン２１が孔に挿し込まれている。第２のゾーン２０Ｂには、放射オリフィスが貫通しており、これによってレバーは可変ピッチ翼に取り付けられ、可変ピッチ翼を回転させる。第２のゾーン２０Ｂは、半径方向下面２０Ｂｉ及び半径方向上面２０Ｂｅを備える。２つのゾーン間にある第３のゾーン２０Ｃは、細長い形状であってゾーン２０Ｂよりも細く、半径方向下面２０Ｃｉ及び半径方向上面２０Ｃｅを有する。図中におけるレバーの形状は、単なる一例に過ぎない。本発明は、任意の等価形状にも適用する。
【００２７】
図４は、振動減衰積層板４０の断面を示している。積層板は、互いに積層された多層から作られるタイルの形状とされる。１つの実施形態によれば、積層板は、少なくとも１つの粘弾性材料層４２と、少なくとも１つの剛性材料層４４とを備える。積層板は、減衰されるべき構造体の表面４１に対して、粘弾性層を介して押圧される。
【００２８】
粘弾性とは、固体又は液体の性質であり、変形時に、機械的エネルギを同時に消散及び蓄積することによって粘性及び弾性の両方の性質を示す。
【００２９】
バッキング層４４の剛性材料の等方又は異方弾性は、所望の熱及び周波数に基づいた作動領域における粘弾性材料の等方性又は異方性よりも大きい。限定されない例として、層４４の材料は、金属又は複合物のタイプであってもよく、層４２の材料は、ゴム、シリコン、ポリマ、ガラス、又はエポキシ樹脂のタイプであってもよい。材料は、決定された温度及び周波数の範囲に対応する予期される構成においてエネルギの消散の点で効果的である必要がある。材料は、変形及び変形速度によって表されるせん断弾性係数の特徴に基づいて選択される。
【００３０】
本発明の他の実施形態によれば、積層板は、互い違いになっているいくつかの粘弾性材料層４２及びいくつかの剛性材料バッキング層４４を備える。図示される例では、非限定的に、粘弾性材料の３つの層４２と、剛性材料の３つのバッキング層４４とを有する振動減衰積層板を示している。アプリケーションに依存して、粘弾性材料層４２及び剛性材料バッキング層４４は、同寸法であっても異なる寸法であってもよい。積層板がいくつかの層４２を備える場合には、これらは全て、同一の機械的特性を有してもよく、又は、これに代えて層毎に異なる機械的特性を有してもよい。積層板がいくつかのバッキング層４４を備える場合には、これらは全て、同一の機械的特性を有してもよく、又は、これに代えて層毎に異なる機械的特性を有してもよい。層４２及び層４４は、接着フィルムを用いた接着剤又は重合によって互いに固定されているのが好ましい。
【００３１】
図５及び図６は、本発明の第１の実施形態を示している。積層板４０は、レバー２０のゾーン２０Ｃの上面に取り付けられている。積層板４０は、少なくとも１つの粘弾性材料層４２と、少なくとも１つの剛性材料バッキング層４４とを備える。積層板は、粘弾性材料層を介してレバー２０に接着されている。
【００３２】
図示されていない他の実施形態によれば、積層板は、例えば、部分２０Ｃの各側面のクランプ器具、レバーのゾーン２０Ｃ及び積層板を通過する機械的接続（ネジ／ナット、リベット、又は圧着等）、静止時の幾何形状を変形させることによって嵌合させて既存のレバー接続部を用いてゾーン５５を部分２０Ｂに固定させ、ゾーン５４をレバーの部分２０Ｃに対する予負荷に耐えるようにすることによって得られる予負荷効果等の機械的手段により、レバー表面に押圧され続ける。
【００３３】
積層板は、レバーの第３のゾーン２０Ｃの表面全体に延在している。その台形形状は、第１のゾーン２０Ａ及び第２のゾーン２０Ｂの間にあるレバーの第３のゾーン２０Ｃの台形に対応している。この例では、積層板が取り付けられる表面部分は、第３のゾーン全体を占めている。しかしながら、振動減衰要件によれば、表面部分の範囲は、第３のゾーンの表面部分の範囲よりも小さくてもよい。さらに、層４２、４４を形成する材料の厚み及び性質は、所望の減衰量によって決定される。
【００３４】
図示されていない他の実施形態によれば、積層板４０は、レバーのゾーン２０Ｃの上面でなく、レバー２０のゾーン２０Ｃの下面２０Ｃｉに取り付けられる。図１１に示される他の実施形態によれば、振動減衰積層板４０、４０’は、レバーの第３のゾーンの両面に対称的に取り付けられている。
【００３５】
図７及び図８の実施形態によれば、振動減衰積層板５０は、少なくともレバーの第３のゾーン２０Ｃの上面の表面部分に延在する第１の部分５４と、少なくとも第２のゾーン２０Ｂの上面２０Ｂｅの表面部分に延在する第２の部分５５とを備える。この例において、第１の部分５４は、第３のゾーン２０Ｃの大部分に延在している。第２のゾーンの上面が第３のゾーン２０Ｃの半径方向上面２０Ｃｅよりも半径方向に高い場合、積層板５０は、第１の部分５４を第２の部分５５に接続する中間部分５６を有する。この中間部分５６は、粘弾性層におけるせん断力によって装置の有効性を向上させる。積層板は、例えば部分５４、５６のうち少なくとも１つを接着することにより、レバー表面に対して保持される。また、積層板は、レバーの下面に取り付けられてもよい。図１２に示される他の実施形態によれば、振動減衰積層板５０、５０’は、レバーの第２のゾーン及び第３のゾーンの両面に対称的に取り付けられている。
【００３６】
図９及び図１０の実施形態によれば、振動減衰積層板６０は、第３のゾーン２０Ｃの上面の表面部分に延在する第１の部分６４と、第２のゾーン２０Ｂの上面２０Ｂｅの表面部分に延在する第２の部分６５とを備える。積層板は、第１の部分６４を第２の部分６５に接続する中間部分６６を備える。この例によれば、中間部分は、穿孔されている。積層板は、例えば部分６４、６５のうち少なくとも１つを接着することにより、レバー表面に対して保持される。また、積層板は、レバーの下面に取り付けられてもよい。図１３に示される他の実施形態によれば、振動減衰積層板６０、６０’は、レバーの第２のゾーン及び第３のゾーンの２つの面の表面部分に対称的に取り付けられている。
【００３７】
図１４及び図１５の実施形態によれば、積層板は、レバーに沿って配置された細長片の構造である。この片は、第３のゾーン２０Ｃに取り付けられた第１の部分７４と、第２のゾーン２０Ｂ上の第２の部分７５と、２つの部分７４、７５を１つに接続する中間部分７６とを備える。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明のレバーを組み込み可能なターボジェットエンジンの軸方向断面図を概略的に示す。
【図２】コンプレッサにおける整流器の段に対応し且つ可変ピッチ静翼を備える図１のエンジンの部分斜視図である。
【図３】図２の整流器の段の可変ピッチ静翼を枢動させるレバーを示す図である。
【図４】図３のレバーに取り付けられる本発明に係る振動減衰積層板の断面図である。
【図５】振動減衰積層板が取り付けられた図３のレバーの斜視図である。
【図６】振動減衰積層板が取り付けられた図３のレバーの長手断面図である。
【図７】振動減衰積層板を図３のレバーに取り付ける他の方法を示す斜視図である。
【図８】振動減衰積層板を図３のレバーに取り付ける他の方法を示す長手断面図である。
【図９】振動減衰積層板を図３のレバーに取り付ける他の方法を示す斜視図である。
【図１０】振動減衰積層板を図３のレバーに取り付ける他の方法を示す長手断面図である。
【図１１】半径方向下面及び半径方向上面に振動減衰積層板が取り付けられた図３のレバーを示す図である。
【図１２】半径方向下面及び半径方向上面に振動減衰積層板が取り付けられた図３のレバーを示す図である。
【図１３】半径方向下面及び半径方向上面に振動減衰積層板が取り付けられた図３のレバーを示す図である。
【図１４】積層板を用いた減衰の他の実施形態を示す図である。
【図１５】積層板を用いた減衰の他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  エンジン
２  ファン
３、４  ロータディスク
３’、４’  ブレード付きディスク
５  燃焼チャンバ
６、８  タービン段
６’、８’  整流器
１０  可変ピッチブレード付きステータディスク
１１  翼
１２  ケーシングセクタ
２０  レバー
２０Ａ  第１のゾーン
２０Ｂ  第２のゾーン
２０Ｃ  第３のゾーン
２０ｅ、２０Ｂｅ、２０Ｃｅ  半径方向上面
２０ｉ、２０Ｂｉ、２０Ｃｉ  半径方向下面
２１  ピン
３０  駆動リング
４０、４０’、５０、５０’、６０、６０’  振動減衰積層板
４１  表面
４２  粘弾性材料層
４４  剛性材料バッキング層
５４、６４、７４  第１の部分
５５、６５、７５  第２の部分
５６、６６、７６  中間部分
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【外国語明細書】
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