JP2011196179A - Method and apparatus for structural outlet guide vane - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスタービンエンジンに関し、具体的には、ガスタービンエンジン翼及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a gas turbine engine, and more particularly, to a gas turbine engine blade and a manufacturing method thereof.
少なくとも1つの公知のガスタービンエンジンアセンブリは、コアガスタービンエンジンの上流に取付けられたファンアセンブリを含む。運転時に、ファンアセンブリからの吐出空気流が下流方向にコアガスタービンエンジンに送られ、コアガスタービンエンジンにおいて、空気流はさらに加圧される。加圧空気流は次に、燃焼器内に送られ、燃料と混合されて点火燃焼されて、高温燃焼ガスを発生させる。高温燃焼ガスは次に、タービンに送られ、タービンは、燃焼ガスからエネルギーを取出して、圧縮機に動力を供給すると同時に飛行中の航空機を推進するような有用な仕事を行なうようにする。 At least one known gas turbine engine assembly includes a fan assembly mounted upstream of the core gas turbine engine. In operation, the discharge airflow from the fan assembly is sent downstream to the core gas turbine engine where the airflow is further pressurized. The pressurized air stream is then sent into the combustor where it is mixed with fuel and ignited to generate hot combustion gases. The hot combustion gas is then sent to the turbine, which extracts energy from the combustion gas to provide useful work such as powering the compressor while propelling the aircraft in flight.
ファンアセンブリからコアガスタービンエンジンに空気流を送るのを可能にするために、少なくとも1つの公知のガスタービンエンジンアセンブリは、出口案内翼アセンブリを含む。出口案内翼アセンブリは、ファンアセンブリから吐出された円周方向に流れる空気を、該空気流をコアガスタービンエンジン内に送るのに先立ってほぼ軸方向に向け直すように構成される。ファン空気流を向け直すことに加えて、出口案内翼アセンブリはまた、ファンフレームに対して構造的剛性を与える。具体的には、出口案内翼アセンブリは一般的に、ファンフレームに結合した複数の出口案内翼を含む。ファンフレームに必要な構造的剛性を与えるために、公知の出口案内翼は、金属材料を使用して実質的に中実翼として鍛造される。 In order to allow air flow from the fan assembly to the core gas turbine engine, at least one known gas turbine engine assembly includes an outlet guide vane assembly. The outlet guide vane assembly is configured to redirect circumferentially flowing air discharged from the fan assembly substantially axially prior to sending the air flow into the core gas turbine engine. In addition to redirecting the fan airflow, the outlet guide vane assembly also provides structural rigidity to the fan frame. Specifically, the outlet guide vane assembly typically includes a plurality of outlet guide vanes coupled to a fan frame. In order to provide the necessary structural rigidity to the fan frame, the known outlet guide vanes are forged as substantially solid vanes using a metallic material.
しかしながら、幾つかの公知の出口案内翼は、実質的に中実であるのでそれら案内翼はガスタービンエンジンアセンブリの全体重量を増加させ、また燃料効率の低下を引起す可能性がある。他の公知の案内翼は、金属部分によって囲まれたより軽量の充填材料を使用することを試みているが、それら翼は軽量化されているとはいえ依然として重過ぎる。 However, some known outlet guide vanes are substantially solid so that they can increase the overall weight of the gas turbine engine assembly and cause a reduction in fuel efficiency. Other known guide vanes attempt to use lighter filler material surrounded by metal parts, but they are still too heavy, although they are lighter.
1つの態様では、出口案内翼を組立てる方法は、第1の側面及び第2の側面を有する出口案内翼フレームを準備するステップを含む。出口案内翼は、前縁で半径方向外側フランジに結合した半径方向内側フランジを含む。後縁が、前縁の後方で半径方向内側フランジ及び半径方向外側フランジに結合しる。半径方向内側フランジ、半径方向外側フランジ、前縁と後縁の間に、空洞が形成される。第1及び第2の合せ面が、それぞれ第1及び第2の側面上で空洞を囲む。本方法はさらに、第3の側面及び第4の側面を有する充填材部分を空洞内に結合するステップと、第3の側面及び第1の合せ面に対して第1のスキンを結合するステップと、第4の側面及び第2の合せ面に対して第2のスキンを結合するステップとを含み、ここで、第1のスキン及び第2のスキンの少なくとも1つは、複合材料で製造される。 In one aspect, a method for assembling an outlet guide vane includes providing an outlet guide vane frame having a first side and a second side. The outlet guide vane includes a radially inner flange coupled to a radially outer flange at a leading edge. A trailing edge joins the radially inner flange and the radially outer flange behind the leading edge. A cavity is formed between the radially inner flange, the radially outer flange, and the leading and trailing edges. First and second mating surfaces surround the cavity on the first and second sides, respectively. The method further includes coupling a filler portion having a third side and a fourth side into the cavity, and coupling a first skin to the third side and the first mating surface. Bonding a second skin to the fourth side and the second mating surface, wherein at least one of the first skin and the second skin is made of a composite material .
別の態様では、ガスタービンエンジン用の出口案内翼は、第1のフランジと、第1のフランジの半径方向内側に配置された第2のフランジと、第1のフランジと第2のフランジの間に延在して第1及び第2のフランジに結合した翼形部とを含む。翼形部は、前縁部及び後縁部を含む。前縁部及び後縁部は、第1の材料で製造される。充填材部分が、前縁部と後縁部とで形成される間隙内に結合される。充填材部分は、第1の側面及び第2の側面を備え、第1の材料とは異なる第2の材料で製造される。第1のスキンが、第1の側面に結合され、また第2のスキンが、第2の側面に結合される。第1及び第2のスキンは、複合材料で製造される。 In another aspect, an outlet guide vane for a gas turbine engine includes a first flange, a second flange disposed radially inward of the first flange, and between the first flange and the second flange. And an airfoil extending to and coupled to the first and second flanges. The airfoil includes a leading edge and a trailing edge. The leading edge and the trailing edge are made of a first material. A filler portion is coupled into a gap formed by the leading edge and the trailing edge. The filler portion has a first side and a second side and is made of a second material different from the first material. A first skin is coupled to the first side and a second skin is coupled to the second side. The first and second skins are made of a composite material.
さらに別の態様では、ガスタービンエンジンアセンブリは、コアガスタービンエンジンと、コアガスタービンエンジンの上流に配置されたたファンアセンブリと、複数の出口案内翼を有する出口案内翼アセンブリとを含む。出口案内翼アセンブリは、ファンアセンブリの下流に配置される。複数の出口案内翼の少なくとも1つは、その各々が第1の材料からなる前縁構造及び後縁構造を有する翼形部と、第1の側面及び第2の側面を有する充填材部分とを含み、充填材部分は、前縁部と後縁部の間に配置され、第1の材料とは異なる第2の材料で製造される。翼形部はさらに、第1の側面に結合された第1のスキンと、第2の側面に結合された第2のスキンとを含む。第1及び第2のスキンは、複合材料で製造される。 In yet another aspect, a gas turbine engine assembly includes a core gas turbine engine, a fan assembly disposed upstream of the core gas turbine engine, and an outlet guide vane assembly having a plurality of outlet guide vanes. The outlet guide vane assembly is disposed downstream of the fan assembly. At least one of the plurality of outlet guide vanes includes an airfoil portion having a leading edge structure and a trailing edge structure each made of a first material, and a filler portion having a first side surface and a second side surface. The filler portion is disposed between the leading edge and the trailing edge and is made of a second material that is different from the first material. The airfoil further includes a first skin coupled to the first side and a second skin coupled to the second side. The first and second skins are made of a composite material.
図1〜図5に、本明細書に説明する方法及び装置の例示的な実施形態を示している。 1-5 illustrate exemplary embodiments of the methods and apparatus described herein.
図1は、長手方向軸線11を有する例示的なガスタービンエンジンアセンブリ10の概略図である。ガスタービンエンジンアセンブリ10は、ファンアセンブリ12及びコアガスタービンエンジン13を含む。コアガスタービンエンジン13は、高圧圧縮機14、燃焼器16及び高圧タービン18を含む。この例示的な実施形態では、ガスタービンエンジンアセンブリ10はまた、低圧タービン20及び複数段ブースタ圧縮機22を含む。
FIG. 1 is a schematic diagram of an exemplary gas turbine engine assembly 10 having a
ファンアセンブリ12は、ロータディスク26から半径方向外向きに延在するファンブレード24の配列を含む。ガスタービンエンジンアセンブリ10は、吸気側28及び排気側30を含む。ファンアセンブリ12、ブースタ22及びタービン20は、第1のロータシャフト31によって互いに結合され、また圧縮機14及びタービン18は、第2のロータシャフト32によって互いに結合される。
The
運転中に、空気はファンアセンブリ12を通って流れ、その空気流の第1の部分はブースタ22内に送られる。ブースタ22から吐出された加圧空気は、圧縮機14内に送られ、圧縮機14において、空気流は、さらに加圧され、燃焼器16に送給される。燃焼器16からの高温燃焼生成物(図1には図示せず)は、タービン18及び20を駆動するために利用され、タービン20は、シャフト11によってファンアセンブリ12及びブースタ22を駆動するために利用される。ガスタービンエンジンアセンブリ10は、設計運転条件及び設計外運転条件間の運転条件の範囲で運転可能である。
During operation, air flows through the
ファンアセンブリ12から吐出された空気流の第2の部分は、バイパスダクト40を通して送られて、ファンアセンブリ12からの空気流の一部分がコアガスタービンエンジン13を迂回する。具体的には、バイパスダクト40はファンケーシング又はシュラウド42とスプリッタ44の間に延在する。従って、ファンアセンブリ12からの空気流の第1の部分50は、上記のようにブースタ22を通して送られ、次に圧縮機14内に送られ、またファンアセンブリ12からの空気流の第2の部分52は、バイパスダクト40を通して送られて例えば航空機に対して推力を与える。ガスタービンエンジンアセンブリ10はまた、ファンアセンブリ12に対して構造的支持を与えるファンフレームアセンブリ60を含み、ファンフレームアセンブリ60はまた、ファンアセンブリ12をコアガスタービンエンジン13に結合するために利用される。
A second portion of the air flow discharged from the
図2は、ファンフレームアセンブリ60の前面斜視図である。ファンフレームアセンブリ60は、半径方向外側取付けフランジ64と半径方向内側取付けフランジ66の間にほぼ半径方向に延在し、バイパスダクト40内の周りで円周方向に離隔して配置された複数の出口案内翼62を含む。ファンフレームアセンブリ60はまた、半径方向外側取付けフランジ64と半径方向内側取付けフランジ66の間に結合した複数のストラット68を含む。1つの実施形態では、ファンフレームアセンブリ60は、その中でフランジ64及びフランジ66が出口案内翼62及びストラット68に結合された弓形セグメントの形態で製造される。この例示的な実施形態では、出口案内翼62及びストラット68は、バイパスダクト40内で同軸に結合される。具体的には、出口案内翼62及びストラット68は各々、図2に示すように同じ軸方向位置でフランジ64とフランジ66の間に結合される。任意選択的に、出口案内翼62は、バイパスダクト40内でストラット68の下流に結合することができる。
FIG. 2 is a front perspective view of the
ファンフレームアセンブリ60は、ガスタービンエンジンアセンブリ10内で様々な構成要素の配向を維持するのを可能にするために使用するガスタービンエンジンアセンブリ10の様々なフレーム及び支持体アセンブリの1つである。具体的には、そのようなフレーム及び支持体アセンブリは、固定構成要素を相互連結し、ロータ軸受支持体を構成する。ファンフレームアセンブリ60は、出口案内翼62及びストラット68がファンアセンブリ12の出口の周りで円周方向に離隔して配置され、ファンアセンブリ12から吐出した空気流路を横切って延在するようにファンアセンブリ12の下流でバイバスダクト40内に結合される。
The
この例示的な実施形態では、出口案内翼100は、半径方向外側フランジ104と半径方向内側フランジ106の間で結合した翼形部102を含む。この例示的な実施形態では、翼形部102、半径方向外側フランジ104及び半径方向内側フランジ106は、単体構造出口案内翼100として鋳造されるか又は鍛造される。任意選択的に、半径方向外側フランジ104及び半径方向内側フランジ106は、例えば溶接又はロウ付け法を使用して翼形部102に結合することができる。この例示的な実施形態では、半径方向外側及び半径方向内側フランジ104及び106は、金属で製造され、他の実施形態では半径方向外側及び半径方向内側フランジ104及び106は、複合材料で製造することができる。さらに他の実施形態では、翼形部102は複合材料で部分的に又はその全体を製造することができ、また翼形部102に取付けた金属補強材を有することができる。
In the exemplary embodiment,
翼形部102は、第1の側壁110及び第2の側壁112を含む。1つの実施形態では、第1及び/又は第2の側壁110及び/又は112のいずれか又は両方は、空気力学的性能を高めるように成形することができる。この例示的な実施形態では、第1の側壁110は凸面形であり、翼形部102の負圧側面を形成し、また第2の側壁112は凹面形であり、翼形部102の正圧側面を形成する。側壁110及び112は、翼形部102の前縁114及び軸方向に離隔した後縁116でつながる。具体的には、翼形部後縁116は、翼形部前縁114から翼弦方向に下流方向に離隔して位置する。第1及び第2の側壁110及び112は、それぞれ半径方向内側フランジ106から半径方向外側フランジ104まで翼長にわたって長手方向又は半径方向外向きに延在する。この例示的な実施形態では、出口案内翼100の少なくとも一部分は、特に限定されないがチタン、アルミニウム及び/又は金属マトリックス複合材(MMC)材料のような金属材料を利用して製造される。
The
図3に示すように、翼形部102は、第1の組立面120、第2の組立面121、前縁部又はスパー130及び後縁部又はスパー132を含む。具体的には、翼形部102は、前縁114から少なくとも部分的に後縁116に向かって外向きにテーパし、さらに後縁116から少なくとも部分的に前縁114に向かって外向きにテーパしたプロフィールを有する。このプロフィールは次に、前縁部130からまた後縁部132から内向きにテーパして、第1及び第2の組立面120及び121を形成する。このプロフィールは次に、さらに内向きにテーパして、翼形部の一方の側面上の第1の組立面120によって囲まれ、翼形部の他方の側面上の第2の組立面121によって囲まれた空洞140を形成する。
As shown in FIG. 3, the
この例示的な実施形態では、空洞140は、ハニカム材料である第1の側面203及び第2の側面204を有する充填材150を受けるような寸法にされる。つまり、充填材150は、空洞140の厚さ144よりも小さい厚さ151を有して、充填材150が、空洞140内に配置された時に、前縁部130及び/又は後縁部132と同一平面にならないようにする。2つの積層部分201及び202は、前縁部130及び/又は後縁部132間で充填材150を覆うような寸法にされる。積層部分201は、第1の側面203及び第1の組立面120に対して結合されて、積層部分201は前縁部130及び/又は後縁部132の両方とほぼ同一面になり、また積層部分202は、第2の側面204及び第2の組立面121に対して結合されて、積層部分202はまた前縁部130及び/又は後縁部132の両方とほぼ同一面になる。幾つかの実施形態では、出口案内翼100に対してポリウレタンのような保護皮膜122を施工することができる。
In this exemplary embodiment,
出口案内翼100の製造時に、出口案内翼100は、前縁部130、後縁部132、並びに内側及び外側フランジ104及び106を備えるように鋳造又は鍛造される。充填材150は、次に上記のように空洞140内に結合される。次に、積層部分201が、第1の側面203に結合され、また積層部分202が第2の側面204に結合される。
During manufacture of the
本明細書に説明しているのは、比較的軽量材料で充填され、2つの積層シート間に挟まれたほぼ中空の内部部分を有する出口案内翼で、少なくとも幾つかの公知の出口案内翼を置換えたガスタービンエンジンである。従って、本明細書に説明した例示的な出口案内翼は、ガスタービンエンジンアセンブリの全体重量を低減しながら、依然として構造一体性を維持し、従って新規な用途のために非常に挑戦的なエンジン重量目標を達成する。 Described herein is an outlet guide vane having a generally hollow inner portion filled with a relatively lightweight material and sandwiched between two laminated sheets, at least some known outlet guide vanes. This is a replacement gas turbine engine. Thus, the exemplary outlet guide vanes described herein still maintain structural integrity while reducing the overall weight of the gas turbine engine assembly, and thus a very challenging engine weight for new applications. Achieve the goal.
具体的には、本明細書に説明した出口案内翼100は、出口案内翼100の翼形部部分を形成した2つのスパーを含む。スパー間の区域は、翼形部に剛性を付加するハニカム材料で充填され、次に2つの積層シート間に挟まれる。
Specifically, the
本明細書では、本発明を最良の形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と実質的な差のない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。 This specification discloses the invention, including the best mode, and is described by way of example to enable those skilled in the art to practice the invention, including making and using the device or system and implementing the method. I have done it. The patentable scope of the invention is defined by the claims, and may include other examples that occur to those skilled in the art. Such other examples have components that have no difference in the wording of the claims, or equivalent components that have no substantial difference from the language of the claims. It belongs to the technical scope described in the claims.
10 ガスタービンエンジンアセンブリ
11 長手方向軸線
12 ファンアセンブリ
13 コアガスタービンエンジン
14 圧縮機
16 燃焼器
18 高圧タービン
20 低圧タービン
22 ブースタ
24 ファンブレード
26 ロータディスク
28 吸気側
30 排気側
31 第1のロータシャフト
32 第2のロータシャフト
40 バイパスダクト
42 ファンケーシング又はシュラウド
44 スプリッタ
50 第1の部分
52 第2の部分
60 ファンフレームアセンブリ
62 出口案内翼
64 半径方向外側取付けフランジ
66 半径方向内側取付けフランジ
68 ストラット
100 出口案内翼
102 翼形部
104 半径方向外側フランジ
106 半径方向内側フランジ
110 第1の側壁
112 第2の側壁
114 翼形部前縁
116 翼形部後縁
120 第1の組立面
121 第2の組立面
122 保護皮膜
130 前縁部又はスパー
132 後縁部
140 空洞
144 厚さ
150 充填材
151 厚さ
201 積層部分
202 積層部分
203 第1の側面
204 第2の側面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Gas
Claims (10)
第1のフランジ(64)と、
第1のフランジの半径方向内側に配置された第2のフランジ(66)と、
第1のフランジと第2のフランジの間に延在して第1及び第2のフランジに結合した翼形部(102)であって、第1の材料からなる前縁部(130)及び後縁部(132)を有する翼形部(102)と、
前縁部と後縁部とで形成される間隙内に結合された充填材部分(150)であって、第1の側面及び第2の側面を有していて、第1の材料とは異なる第2の材料からなる充填材部分(150)と、
第1の側面(203)に結合し、複合材料からなる第1のスキンと、
第2の側面(204)に結合し、複合材料からなる第2のスキンと
を備える出口案内翼(62、100)。 Outlet guide vanes (62, 100) for a gas turbine engine,
A first flange (64);
A second flange (66) disposed radially inward of the first flange;
An airfoil (102) extending between the first flange and the second flange and coupled to the first and second flanges, the leading edge (130) and the rear of the first material. An airfoil (102) having an edge (132);
A filler portion (150) joined within a gap formed by a leading edge and a trailing edge, having a first side and a second side, different from the first material A filler portion (150) made of a second material;
A first skin bonded to the first side surface (203) and made of a composite material;
Outlet guide vanes (62, 100) coupled to the second side surface (204) and comprising a second skin made of composite material.
コアガスタービンエンジンの上流に位置し、複数のファンブレードを備えるファンアセンブリ(12)と、
ファンアセンブリの下流に位置し、複数の出口案内翼(62、100)を備える出口案内翼アセンブリと
を備えるガスタービンエンジンアセンブリ(10)であって、複数の出口案内翼の少なくとも1つが、
各々第1の材料からなる前縁構造及び後縁構造を有する翼形部(102)と、
第1の側面及び第2の側面を備え、前縁部と後縁部の間に配置され、第1の材料とは異なる第2の材料からなる充填材部分(150)と、
第1の側面(203)に結合し、複合材料からなる第1のスキンと、
第2の側面(204)に結合し、複合材料からなる第2のスキンと
を備える、ガスタービンエンジンアセンブリ(10)。 A core gas turbine engine (13);
A fan assembly (12) located upstream of the core gas turbine engine and comprising a plurality of fan blades;
A gas turbine engine assembly (10) that is located downstream of the fan assembly and comprises an outlet guide vane assembly comprising a plurality of outlet guide vanes (62, 100), wherein at least one of the plurality of outlet guide vanes is
An airfoil (102) having a leading edge structure and a trailing edge structure, each consisting of a first material;
A filler portion (150) comprising a first material and a second side surface, the filler portion (150) comprising a second material different from the first material, disposed between the front edge and the rear edge;
A first skin bonded to the first side surface (203) and made of a composite material;
A gas turbine engine assembly (10) comprising a second skin coupled to the second side (204) and made of a composite material.
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