DE69931554T2 - Durchschlagsicheres Bläsergehäuse für ein Mantelstromtriebwerk - Google Patents

Durchschlagsicheres Bläsergehäuse für ein Mantelstromtriebwerk Download PDF

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Description

  • Diese Erfindung betrifft Bläsergehäuse für Flugzeuggasturbinenmaschinen und insbesondere Bläsergehäuse, die widerstandsfähig gegen Durchdringen sind, um Fragmente einer Bläserlaufschaufel aufzunehmen.
  • Moderne Flugzeuge werden häufig durch ein Schubsystem angetrieben, das eine Gasturbinenmaschine aufweist, die in einer aerodynamisch strömungsförmigen Gondel aufgenommen ist. Die Hauptmaschinenkomponenten umfassen einen Bläserabschnitt, der eine drehbare Nabe, eine Gruppe von radial von der Nabe abstehenden Bläserlaufschaufeln und ein Bläsergehäuse, das die Laufschaufelgruppe umgibt, aufweist. Während des Maschinenbetriebs ist es möglich, dass eine Bläserlaufschaufel von der Nabe getrennt wird oder dass ein Teil einer Laufschaufel, der im Wesentlichen die gesamte Laufschaufel umfassen kann, von dem Rest der Laufschaufel getrennt wird. Eine Funktion des Bläsergehäuses ist, diese potenziell gefährlichen Fragmente aufzunehmen bzw. rückzuhalten.
  • Bei Maschinen mit kleinem Durchmesser kann eine adäquate Rückhaltefähigkeit üblicherweise mit einem Metallgehäuse erreicht werden, das dick genug ist, um einem Durchdringen durch ein Laufschaufelfragment zu widerstehen. Bei Maschinen mit großem Durchmesser ist ein Metallgehäuse, das dick genug ist, um einem Durchdringen zu widerstehen, jedoch verbietend schwer. Daher ist es für Hersteller von Maschinen mit großem Durchmesser üblich, ein mit Gewebe umhülltes Rückhaltesystem zu verwenden, das ein leichtgewichtiges, hoch festes Ballistikgewebe aufweist, wie z.B. Kevlar® (eine Marke der DuPont Corporation), das in mehreren Lagen um ein relativ dünnes, gegen Durchdringen empfindliches Stützgehäuse gewickelt ist. Im Betrieb durchdringt ein abgetrenntes Laufschaufelfragment das Stützgehäuse und trifft auf das Gewebe. Das Gewebe verlagert sich radial, und zumindest einige der Gewebelagen bleiben intakt, um das Fragment aufzufangen und aufzunehmen.
  • Obwohl gewebeumhüllte Rückhaltesysteme weit gewichtseffizienter sind als metallische Rückhaltegehäuse, fügen sie der Maschine trotzdem wesentlich Gewicht hinzu. Wenn sich das Gewebe übermäßig verlagert, kann ferner das von dem Gewebe eingehüllte Laufschaufelfragment auf das Innere der Gondel treffen und diese beschädigen. Es ist daher erwünscht, das Gewebe an dem Stützgehäuse in einer Weise zu nutzen, die das Gewicht minimiert, ohne die Rückhaltefähigkeit zu gefährden oder Schäden an der Gondel zu riskieren.
  • US 5 516 257 offenbart eine Struktur zum Aufnehmen von gebrochenen Laufschaufeln einer Turbofan-Gasturbinenmaschine.
  • EP 0 795 682 A offenbart ein Laufschaufel-Rückhaltesystem für eine Turbofan-Maschine.
  • In einem ersten breiten Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Turbinenmaschinenbläsergehäuse vor, wie es in Anspruch 1 beansprucht ist.
  • Vorzugsweise weist das Bläsergehäuse eine durchdringbare Verkleidung, die eine Aufprallzone eines Stützgehäuses umhüllt, eine Stützverkleidung, die ebenfalls das Stützgehäuse umhüllt, aber axial von der Aufprallzone versetzt ist, und eine gegen Durchdringen widerstandsfähige Rückhalteverkleidung, die sowohl die durchdringbare Verkleidung als auch die Stützverkleidung umhüllt, auf. Für den Fall, dass ein hoch energetisches Laufschaufelfragment das Stützgehäuse durchbricht, deformiert die durchdringbare Verkleidung in einer bevorzugten Ausführungsform das Fragment, um dessen Potenzial, die Rückhalteverkleidung zu durchstoßen, zu reduzieren. Die Rückhalteverkleidung fängt dann das deformierte Fragment auf und grenzt es in einer vorbestimmten radialen Umhüllung ein.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform sieht ein Turbinenmaschinenbläsergehäuse zum Aufnehmen eines abgetrennten Laufschaufelfragments vor, das ein Stützgehäuse mit einer sich axial erstreckenden Auftprallzone, eine durchdringbare Verkleidung, die die Aufprallzone umgibt, um das abgetrennte Laufschaufelfragment zu deformieren, und eine Rückhalteverkleidung, die die durchdringbare Verkleidung umgibt, um das deformierte Laufschaufelfragment in einer vorbestimmten radialen Umhüllung abzugrenzen, aufweist.
  • In einem zweiten breiten Aspekt sieht die Erfindung ein Verfahren zum Aufnehmen eines abgetrennten Bläserlaufschaufelfragments in einer Turbinen maschine vor, das umfasst, das Fragment plastisch zu deformieren, um dessen Potenzial, Schaden zuzufügen, zu reduzieren, und das plastisch deformierte Fragment mit einem gespannten Material abzufangen, das in der Lage ist, dem Durchdringen durch das deformierte Fragment zu widerstehen und das Fragment in einer vorbestimmten radialen Umhüllung einzugrenzen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die durchdringbare Verkleidung eine Gewebeverkleidung, die im Wesentlichen ohne Spannung um das Gehäuse gewickelt ist, die Stützverkleidung ist eine komprimierbare Verkleidung, und die Rückhalteverkleidung ist eine Gewebeverkleidung, die sowohl um die durchdringbare Verkleidung als auch um die komprimierbare Verkleidung mit einer vordefinierten Spannung gewickelt ist. Im Betrieb bewirkt die Aufprallenergie eines abgetrennten Laufschaufelfragments, dass das Rückhaltegewebe das komprimierbare Gewebe quetscht und abflacht, um das Rückhalteewebe augenblicklich zu lockern. Die Lockerung entspannt das Rückhaltegewebe teilweise und zeitweise, um dessen Widerstandsfähigkeit gegen Durchdringen zu verbessern.
  • In einer detaillierten Ausführungsform der Erfindung sind das durchdringbare Gewebe und das Rückhaltegewebe aromatische Polyamidfasern wie z.B. Kevlar®. Das vordere und das hintere Ende des Rückhaltegewebes erstrecken sich axial über das durchdringbare Gewebe und die komprimierbare Verkleidung, und jedes Ende ist an dem Stützgehäuse durch eine sich umfangsmäßig erstreckende haftende Bondverbindung verankert. Während des Betriebs durchbricht die Aufprallenergie eines abgetrennten Laufschaufelfragments einen umfangsmäßig begrenzten Sektor zumindest einer der Verbindungen, so dass ein entsprechender Sektor des Rückhaltegewebes von dem Stützgehäuse gelöst wird und axial hin zu der Aufprallstelle gezogen wird. Ein lokaler Bruch der Verbindung entspannt augenblicklich das Rückhaltegewebe, um dessen Widerstandsfähigkeit gegen Durchdringen zu verbessern. Die Verbindung bleibt außerhalb des gebrochenen Sektors intakt, um axiales Verlagern des abgelösten Geweberands zu begrenzen, zu gewährleisten, dass der Rand sich nicht weit genug verlagert, um den Bruch in dem Stützgehäuse freizulegen und Sekundärtrümmern zu ermöglichen, aus der Maschine zu entweichen.
  • Die Erfindung ist dahingehend vorteilhaft, dass sie ein hoch energetisches Bläserlaufschaufelfragment zuverlässig aufnimmt, ohne übermäßig zu dem Ma schinengewicht beizutragen. Die Erfindung begrenzt auch die Auslenkung des Rückhaltegewebes, um das Schadensrisiko für die Gondel zu minimieren.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun lediglich beispielhaft beschrieben unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, wobei:
  • 1 eine weggeschnittene, perspektivische Ansicht ist, die einen Teil eines gegen Durchdringen resistenten Bläsergehäuses gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil eines Füllkeils veranschaulicht, der in dem Bläsergehäuse aus 1 verwendet wird.
  • 3 ist eine schematische Veranschaulichung, die eine Kraftübertragung von einer Rückhalteverkleidung auf eine komprimierbare Verkleidung zeigt.
  • Bezugnehmend auf 1 weist ein Bläsergehäuse 12 für eine Flugzeuggasturbinenmaschine ein geripptes Aluminiumstützgehäuse 14 auf, das eine Gruppierung von Bläserlaufschaufeln umgibt, wie z.B. die beispielhafte Laufschaufel 16. Vordere und hintere Schalldämpfungspaneelen 18a, 18b sind an der radial inneren Oberfläche des Gehäuses befestigt, und ein abradierbarer Reibstreifen 22 erstreckt sich axial zwischen den Schalldämpfungspaneelen außerhalb der Bläserlaufschaufeln. Wenn eine neue oder neu instandgesetzte Maschine erstmals betrieben wird, schneiden die Laufschaufelspitzen einen Graben (nicht gezeigt) in den Reibstreifen. Anschließend erstrecken sich die Laufschaufelspitzen während des Maschinenbetriebs in den Graben, um eine Luftleckage um die Laufschaufelspitzen herum zu minimieren. Eine Eisabschirmung 24 schützt die hinteren Schalldämpferpaneelen vor dem Aufprallschaden aufgrund von angesammeltem Eis, das von den Laufschaufeln abgeworfen wird. Für den Fall, dass ein Fragment einer Bläserlaufschaufel von dem Rest der Laufschaufel abgetrennt wird, wird angenommen, dass das Fragment auf das Stützgehäuse an einer Aufprallstelle 26 aufschlägt, die sich in einer sich axial erstreckenden Aufprallzone I befindet.
  • Eine dünne Aluminiumdeckschicht 28 ist haftend an die Rippen an der Außenseite des Stützgehäuses gebondet, und eine durchdringbare Verkleidung 32 ist um die Deckschicht gewickelt, so dass die durchdringbare Verkleidung die Aufprallzone I des Stützgehäuses 14 umgibt. Die durchdringbare Verkleidung ist ein durchgehender Gürtel aus einem Gewebe aus aromatischen Polyamidfasern, wie z.B. Kevlar®, das um das Stützgehäuse gewickelt ist, wobei sich die Kettenfasern umfangsmäßig erstrecken und die Schuss- oder Füllfasern sich axial erstrecken. Die Gewebeeigenschaften umfassen eine Dicke von etwa 0,070 bis 0,087 inch (1,78 bis 2,21 mm), ein Gewicht pro Einheitsfläche von etwa 32,1 bis 33,5 Unzen/Quadratyard (1090 bis 1138 g/m2), eine minimale Bruchfestigkeit von etwa 1175 Pfund/Inch Breite (210 kg/cm Breite) in der Kettenrichtung und eine minimale Bruchfestigkeit von etwa 2600 Pfund/Inch Breite (465 kg/cm Breite) in der Füllrichtung. 6 Lagen des Gewebes sind kontinuierlich um das Stützgehäuse im Wesentlichen ohne Spannung in dem Gewebe gewickelt.
  • Eine leichtgewichtige Stützverkleidung 34, die axial von der Aufprallzone versetzt ist, umgibt ebenfalls das Stützgehäuse. Vorzugsweise ist die Stützverkleidung eine komprimierbare Verkleidung, wie z.B. eine Phenol-beschichtete Zellenanordnung auf Aramidfaserbasis, die der SAE Aerospace Material Specification 3711B entspricht (Aerospace Material Spezifikationen sind von der Society of Automotive Engineers, Inc., 400 Commonwealth Drive, Warrendale, PA 15096 erhältlich).
  • Eine gegen Durchdringen resistente Rückhalteverkleidung 36 umgibt sowohl die durchdringbare Verkleidung 32 als auch die Stützverkleidung 34. Die Rückhalteverkleidung ist ein durchgehender Gürtel aus Gewebe aus aromatischen Polyamidfasern, wie z.B. Kevlar®, das so orientiert ist, dass sich die Kettenfasern umfangsmäßig erstrecken und die Füllfasern sich axial erstrecken. Die Eigenschaften des Rückhaltegewebes unterscheiden sich von denjenigen des durchdringbaren Gewebes 32. Insbesondere ist das Rückhaltegewebegewicht pro Einheitsfläche etwa 6,2 bis 7,2 Unzen/Quadratyard (210 bis 244 g/m2), beträchtlich geringer als das Gewicht pro Einheitsfläche des durchdringbaren Gewebes. Die Eigenschaften des Rückhaltegewebes umfassen auch eine Dicke von etwa 0,011 bis 0,015 inch (0,28 bis 0,38 mm) und eine minimale Bruchfestigkeit von etwa 600 Pfund/Inch Breite (107 kg/cm Breite) sowohl in der Kettenrichtung als auch in der Füllrichtung. 50 Lagen des Gewebes sind kontinuierlich um das Stützgehäuse bei einer vorbestimmten Umfangsspannung von etwa 10 Pfund/Inch (1,8 kg/cm) der Gewebeaxiallänge L gewickelt. Zum Beispiel ist die Axiallänge L des veranschaulichten Rückhaltegewebes etwa 43 inch (109 cm), und somit ist das Gewebe auf etwa 430 Pfund (196 kg) gespannt.
  • Das Rückhaltegewebe 36 hat ein vorderes und ein hinteres Ende 36a, 36b, die sich axial über das durchdringbare Gewebe und die komprimierbare Verkleidung hinaus befinden. Das vordere Ende 36a befindet sich axial vor dem durchdringbaren Gewebe 32, und das hintere Ende 36b befindet sich hinter der komprimierbaren Verkleidung 34. Mindestens eines und vorzugsweise beide der Enden 36a, 36b sind an dem Stützgehäuse 14 durch eine umfangsmäßig durchgehende Verbindung 38a, 38b, die durch ein Epoxid-Haftbondmittel 42 bewirkt wird, verankert. Die Verbindung hindert das Gewebe daran, während des Zusammenbaus der Maschine und deren Betrieb sich axial vom Platz zu bewegen. Geeignete Bondmittel umfassen das Haftmittel vom Typ EA9628, erhältlich von Dexter Corporation's Hysol Division, Pittsburgh CA, und das Haftmittel vom Typ AF163K, erhältlich von 3M's Adhesives, Coatings & Sealers Division, St. Paul MN. Eine dünne Beschichtung des Bondmittels wird auch auf die äußerste Oberfläche des Rückhaltegewebes aufgebracht und ausgehärtet, um eine dampfabstoßende Haut 44 zu bilden. Die Haut ist eine Umgebungsabdichtung, die gegen Wasserinfiltration in das Rückhaltegewebe und das durchdringbare Gewebe schützt. Ohne eine solche Abdichtung können die Gewebe erhebliche Mengen an Wasser absorbieren und halten (z.B. Regen oder Wasserdampf aus feuchter Luft), was nachteilig zu dem Maschinengewicht beiträgt.
  • Das Gehäuse 12 weist auch einen sich umfangsmäßig erstreckenden Silicongummifüllkeil 46 (am besten in 2 zu sehen) auf, der in einer Ecke 48 des Stützgehäuses 14 eingepasst ist und radial zwischen dem Gehäuse 14 und dem Rückhaltegewebe 36 eingeschlossen ist. Der Füllkeil stützt das Rückhaltegewebe 36 über die radiale Stufe zwischen dem gerippten Bereich des Stützgehäuses und der dünneren, flanschartigen Erweiterung 14a. Der Füllkeil begrenzt auch das axiale Maß der Verbindung 38a, weil das Bondmittel nicht einfach an dem Silicongummi anhaftet und daher das Rückhaltegewebe nicht an der äußersten Oberfläche des Keils anbondet.
  • Wenn eine Gasturbinenmaschine, die das Bläsergehäuse 12 enthält, an einem Flugzeug installiert ist, ist die Maschine Teil des Vorschubsystems, das eine aerodynamisch stromlinienförmige Gondel 52 enthält. Der vordere Bereich der Gon del umgibt das Gehäuse und ist radial von diesem beabstandet. Es ist wünschenswert, dass die radiale Beabstandung S zwischen dem Gehäuse und der Gondel so klein wie möglich ist, um das Gewicht und die Masse des Vorschubsystems zu minimieren.
  • Das oben beschriebene Bläsergehäuse ist dazu ausgelegt, dem Aufprall eines Laufschaufelfragments, das im Wesentlichen die gesamte Laufschaufel umfassen kann und das ausgeworfen wird, wenn der Bläser bei einer hohen Drehzahl arbeitet, zu widerstehen. Während eines solchen Vorkommnisses öffnet das Laufschaufelfragment einen Riss in dem Stützgehäuse und der Deckschicht an einer Aufprallstelle 26, die sich axial innerhalb der Aufprallzone I befindet. Das Fragment dringt dann durch das durchdringbare Gewebe 32. Das durchdringbare Gewebe bewirkt, dass sich das Fragment verbiegt oder anderweitig plastisch deformiert, so dass scharfe Kanten des Fragments abgestumpft werden und die Fläche der Oberfläche des Fragments, die mit dem Gewebe in Kontakt ist, erhöht wird. Tatsächlich bereitet das durchdringbare Gewebe 32 das Fragment derart vor, dass sein Potenzial, an dem Rückhaltegewebe 36 Schaden zu verursachen, reduziert wird.
  • Nachdem das deformierte Fragment komplett durch das durchdringbare Gewebe durchdringt, wird es durch das durchdringresistente Rückhaltegewebe 36 abgefangen. Das Fragment schneidet sich typischerweise durch viele oder die meisten der Rückhaltegewebelagen, mindestens eine der Lagen bleibt jedoch intakt. Die intakten Lagen verlängern sich und werden radial auswärts ausgelenkt, wie durch die unterbrochenen Linien 56 angedeutet, um das deformierte Fragment abzufangen und einzuschließen auf eine vorbestimmte radiale Umhüllung, die durch die innere Oberfläche 58 der Gondel 52 begrenzt ist. Als Ergebnis wird das von dem Gewebe eingehüllte Fragment daran gehindert, auf die Gondel aufzutreffen und diese zu beschädigen.
  • Die Widerstandsfähigkeit gegen Durchdringen des Rückhaltegewebes wird verbessert durch die komprimierbare Zellenanordnung 34. Wenn ein Laufschaufelfragment auf das Rückhaltegewebe auftrifft, wirkt das Gewebe als ein Medium zum Übertragen eines Teils der Aufprallkraft F, in die Zellenanordnung, wie schematisch in 3 dargestellt. Die übertragene Kraft F2 knautscht die Zellenanordnung und/oder flacht die Zellenwände gegen das Stützgehäuse 14 ab, was die Fähigkeit der Zellenanordnung, das Rückhaltegewebe zu stützen, zunichte macht. Der Verlust an radialer Abstützung führt kurz zu einer gewissen Lockerung bei dem Rückhaltegewebe, was das Gewebe momentan entspannt und seine Widerstandsfähigkeit gegen Durchdringen verbessert. Der Effekt ist analog demjenigen des Einfangens eines Projektils mit einer straft gespannten Membran. Wenn die Membran, nachdem sie durch das Projektil getroffen wurde, geringfügig entspannt wird, gibt es eine erhöhte Wahrscheinlichkeit, dass das Projektil eingefangen wird, ohne die Membran zu durchbrechen.
  • Die gebondeten Verbindungen 38a, 38b tragen auch zu der Widerstandsfähigkeit gegen Durchdringen des Rückhaltegewebes bei. Wie in 1 zu sehen, bricht ein Sektor θ der Bondverbindung 38a in Reaktion auf die Aufprallkraft F1, die auf das Rückhaltegewebe ausgeübt wird. Der abgelöste Rand 64 des Rückhaltegewebes wird axial hin zu der Aufprallstelle gezogen und entspannt das Rückhaltegewebe zeitweilig und teilweise und verbessert seine Widerstandsfähigkeit gegen Durchdringen. Die Verbindung 38a bleibt außerhalb des Sektors θ intakt, um zu verhindern, dass sich der abgelöste Rand axial hinter die vordere Kante der Aufprallzone I verschiebt und so Sekundärtrümmern ermöglicht, durch den Aufprallstellenriss in dem Stützgehäuse auszutreten. In der Praxis kann eine oder beide Verbindungen 38a, 38b lokal brechen, um das Rückhaltegewebe zu entspannen.
  • Angesichts der obigen Beschreibung der Erfindung und ihrer Wirkungsweise können nun bestimmte zusätzliche Details des offenbarten Bläsergehäuses gewürdigt werden. Das durchdringbare Gewebe 32 wird um das Stützgehäuse eher ohne Spannung als mit einer positiven Spannung gewickelt, um die Widerstandsfähigkeit gegen Durchdringen des durchdringbaren Gewebes zu maximieren. Wie oben beschrieben, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Widerstandsfähigkeit gegen Durchdringen angepasst ist, um ein hochenergetisches Fragment aufzufangen. Die Widerstandsfähigkeit gegen Durchdringen des durchdringbaren Gewebes ermöglicht es ihm jedoch, niederenergetische Fragmente aufzunehmen. Noch wichtiger ist jedoch, dass die Widerstandsfähigkeit gegen Durchdringen zur Fähigkeit des Gewebes beiträgt, das Fragment, das durch ein stark gespanntes Gewebe einfach durchschneiden würde, ohne einer wesentlichen Deformation zu unterliegen, plastisch zu deformieren.
  • Umgekehrt ist das Rückhaltegewebe eher mit einer positiven Spannung anstatt mit wenig oder keiner Spannung installiert, obwohl die Spannung die Widerstandsfähigkeit gegen Durchdringen des Gewebes geringfügig vermindert. Die Spannung wird angewendet, weil ungespanntes Gewebe sich übermäßig auslenken würde, wenn es von einem Laufschaufelfragment getroffen würde und es dem von dem Gewebe eingehüllten Fragment ermöglichen würde, auf die innere Oberfläche 58 der Gondel 52 aufzuschlagen und diese zu beschädigen. In dem veranschaulichten Bläsergehäuse wird die vordefinierte Spannung von 10 Pfund/Inch axialer Länge L so gewählt, dass das Rückhaltegewebe einem Durchdringen adäquat widersteht, ohne übermäßige radiale Beabstandung S zu benötigen, um Schaden an der Gondel zu vermeiden.
  • Der Füllkeil 46 verbessert die Widerstandsfähigkeit gegen Durchdringen des Bläsergehäuses durch Begrenzen des axialen Maßes der Bondverbindung 38a. Wenn es den Füllkeil nicht gäbe, würde unausgehärtetes Bondmittel 42 während des Zusammenbaus des Gehäuses zu der Ecke 48 sickern. Als Ergebnis würde der Streifen 66 des Rückhaltegewebes, der in dem veranschaulichten Gehäuse durch den Keil abgestützt ist, stattdessen an die Region 68 des Stützgehäuses gebondet werden, was das Potenzial zum Auslängen des Gewebes beschränken würde. Das reduzierte Auslängungspotenzial würde dem Gewebe zusätzliche Spannung zuführen und seine Widerstandsfähigkeit gegen Durchdringen gefährden. Der Füllkeil überbrückt auch die radiale Stufe zwischen dem gerippten Bereich des Stützgehäuses und der flanschartigen vorderen Verlängerung 14a, so dass das Rückhaltegewebe 36 sanft über die Stufe gleiten kann, wenn sich das Gewebe dehnt. Bei dem veranschaulichten Gehäuse werden keine Vorsichtsmaßnahmen getroffen, um das axiale Maß der hinteren Bondverbindung 38b zu begrenzen, weil diese Verbindung von der Aufprallstelle weiter entfernt ist als die vordere Verbindung und deshalb keinen erheblichen Einfluss auf das Auslängungspotenzial des Gewebes hat.
  • Obwohl die komprimierbare Stützverkleidung 34 zu der Widerstandsfähigkeit gegen Durchdringen des Bläsergehäuses 12 beiträgt, kann auf sie verzichtet werden. Ihr Fehlen verringert jedoch die Rückhaltefähigkeit des Gehäuses, sofern nicht kompensierende Änderungen an anderen Komponenten des Gehäuses vorgenommen werden. Zum Beispiel kann eine reduzierte Installationsspannung in dem Rückhaltegewebe 36, begleitet durch eine vergrößerte Beabstandung S, um der erwarteten vergrößerten Auslenkung des Gewebes Rechnung zu tragen, das Fehlen der komprimierbaren Abstützung kompensieren. Der vergrößerte Gondeldurchmesser kann jedoch angesichts der begrenzten Menge an Raum, die zum Montieren einer Maschine an einem Flugzeug zur Verfügung steht, inakzeptabel sein. Alternativ können zusätzliche Gewebelagen verwendet werden, um das Fehlen der komprimierbaren Abstützung zu kompensieren, jedoch mit dem Nachteil zusätzlichen Maschinengewichts.
  • Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Zum Beispiel können andere Gewebe als Kevlar®-Gewebe geeignet sein. Ferner können nicht-gewebeartige Materialien ebenfalls verwendet werden, um das Laufschaufelfragment zunächst zu deformieren und anschließend das deformierte Fragment abzufangen und es in einer vorbestimmten radialen Umhüllung einzugrenzen. Diese und andere Änderungen, Modifikationen und Anpassungen können gemacht werden, ohne von der Erfindung, wie sie in den begleitenden Ansprüchen ausgeführt ist, abzuweichen.

Claims (22)

  1. Tubinenmaschinenbläsergehäuse (12) zum Rückhalten eines abgetrennten Laufschaufelfragments, aufweisend: ein Stützgehäuse (14) mit einer sich axial erstreckenden Aufprallzone (I); eine erste Verkleidung (32), die die Aufprallzone umgibt; und eine Rückhalteverkleidung (36), die die erste Verkleidung (32) umgibt; dadurch gekennzeichnet, dass die erste, die Aufprallzone umgebende Verkleidung (32) ein strukturell durchgehendes Band ist, durch das das abgetrennte Laufschaufelfragment durchdringen kann, um das Fragment zu deformieren.
  2. Bläsergehäuse (12) nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Stützverkleidung (34), die das Stützgehäuse (14) umgibt und zu der Aufprallzone (I) axial versetzt ist; und wobei die Rückhalteverkleidung (36) die durchdringbare Verkleidung (32) und die Stützverkleidung umgibt.
  3. Bläsergehäuse nach Anspruch 1 oder 2, wobei die durchdringbare Verkleidung (32) das abgetrennte Fragment deformiert und die Rückhalteverkleidung (36) dem Durchdringen widersteht und das deformierte Fragment in einer vorbestimmten radialen Umhüllung eingrenzt.
  4. Bläsergehäuse nach Anspruch 3, wobei die vorbestimmte radiale Umhüllung durch eine Gondeloberfläche (58) definiert ist, die das Gehäuse (12) umgibt und radial von diesem beabstandet ist.
  5. Bläsergehäuse nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Stützverkleidung (34) komprimierbar ist.
  6. Bläsergehäuse nach Anspruch 5, wobei die komprimierbare Verkleidung (34) eine Zellenanordnung ist.
  7. Bläsergehäuse nach Anspruch 5 oder 6, wobei die komprimierbare Verkleidung (34) der SAE Aerospace Material Specification 3711B entspricht.
  8. Bläsergehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die durchdringbare Verkleidung (32) und die Rückhalteverkleidung (36) aus Gewebe sind.
  9. Bläsergehäuse nach Anspruch 8, wobei die durchdringbare Verkleidung (32) ein Gewebe aus aromatischer Polyamidfaser mit einem ersten Satz von Eigenschaften ist und die Rückhalteverkleidung (36) ein Gewebe aus aromatischer Polyamidfaser mit einem zweiten Satz von Eigenschaften ist.
  10. Bläsergehäuse nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Eigenschaften des durchdringbaren Gewebes (32) ein Gewicht pro Einheitsfläche umfassen und die Eigenschaften des Rückhaltegewebes (36) ebenfalls ein Gewicht pro Einheitsfläche umfassen, wobei das Gewicht pro Einheitsfläche des Rückhaltegewebes (36) geringer ist als das Gewicht pro Einheitsfläche des durchdringbaren Gewebes (32).
  11. Bläsergehäuse nach Anspruch 8, 9 oder 10, wobei das durchdringbare Gehäuse (32) Kettenrichtungsfasern und Schussrichtungsfasern hat, wobei die Eigenschaften des durchdringbaren Gewebes (32) eine Bruchfestigkeit in der Kettenrichtung und eine Bruchfestigkeit in der Schussrichtung umfassen, wobei die Bruchfestigkeit in der Schussrichtung größer ist als die Bruchfestigkeit in der Kettenrichtung, wobei das durchdringbare Gewebe (32) so orientiert ist, dass sich die Kettenrichtungsfasern mit geringerer Festigkeit im Wesentlichen umfangsmäßig erstrecken und sich die Schussrichtungsfasern mit höherer Festigkeit im Wesentlichen axial erstrecken.
  12. Bläsergehäuse nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei das durchdringbare Gewebe (32) um das Stützgehäuse (14) im Wesentlichen ohne Spannung gewickelt ist und das Rückhaltegewebe (36) um das durchdringbare Gewebe (32) und dort, wo diese vorhanden ist, um die Stützverkleidung (34) mit einer vordefinierten Spannung gewickelt ist, die so gewählt ist, dass das Rückhaltegewebe (36) einem Durchdringen durch das Laufschaufelfragment widersteht und das Fragment in einer vorbestimmten radialen Umhüllung eingrenzt.
  13. Bläsergehäuse nach Anspruch 12, wobei das Rückhaltegewebe (36) eine axiale Länge hat und die vordefinierte Spannung etwa 10 pounds/inch (1,8 kg/cm) axialer Länge ist.
  14. Bläsergehäuse nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei das Rückhaltegewebe (36) ein vorderes Ende (36a), das sich axial vor dem durchdringbaren Gewebe (32) befindet, und ein hinteres Ende (36b), das sich axial hinter diesem und dort, wo sie vorhanden ist, hinter der Stützverkleidung (34) befindet, hat, und wobei mindestens eines der Enden (36a, 36b) an dem Stützgehäuse (14) durch eine Verbindung (38a, 38b), die durch ein Bondmittel (42) bewirkt ist, verankert ist.
  15. Bläsergehäuse nach Anspruch 14, wobei das Stützgehäuse (14) einen sich umfangsmäßig erstreckenden Füllkeil (46) aufweist, der in einer Ecke des Stützgehäuses (14) aufgenommen ist und radial zwischen dem Stützgehäuse (14) und dem Rückhaltegewebe (36) eingeschlossen ist.
  16. Bläsergehäuse nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Bondmittel (42) ein Epoxidhaftmittel ist.
  17. Bläsergehäuse nach Anspruch 14, 15 oder 16, wobei die Verbindung (38a, 38b) umfangsmäßig durchgehend ist.
  18. Bläsergehäuse nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei das abgetrennte Laufschaufelfragment in die Aufprallzone (I) an einer Aufprallstelle eindringt, dadurch einen Riss in der Stützverkleidung (14) öffnet und ein Sektor der Verbindung (38a, 38b) so bricht, dass ein gelöster Rand des Rückhaltegewe bes (36) einen begrenzten Abstand axial hin zu der Aufprallstelle gezogen wird, um das Rückhaltegewebe (36) zumindest teilweise zu entspannen, ohne den Riss freizulegen.
  19. Bläsergehäuse (12) nach Anspruch 1 zum Aufnehmen eines abgetrennten Laufschaufelfragments, das auf das Bläsergehäuse auftrifft, wobei: die durchdringbare Verkleidung (32) ein durchdringbares Gewebe (32) mit aromatischem Polyamid aufweist, das die Aufprallzone (I) im Wesentlichen ohne Spannung umgibt; wobei das Bläsergehäuse ferner aufweist: eine komprimierbare Zellenanordnung (34), die das Stützgehäuse (14) umgibt und axial von der Aufprallzone (I) versetzt ist; wobei die Rückhalteverkleidung (36) ein gegen Durchdringen widerstandsfähiges Rückhaltegewebe (36) mit aromatischem Polyamid aufweist, das das durchdringbare Gewebe (32) und die Zellenanordnung (34) mit einer vordefinierten Spannung umgibt, wobei das Rückhaltegewebe (36) ein vorderes Ende und ein hinteres Ende (36a, 36b) hat, die axial außerhalb des durchdringbaren Gewebes (32) und der Zellenanordnung (34) angeordnet sind, wobei sowohl das vordere als auch das hintere Ende (36a, 36b) an dem Stützgehäuse (14) durch jeweilige haftende Bondverbindungen (38a, 38b) verankert sind; und einen sich umfangsmäßig erstreckenden Füllkeil (46), der in einer Ecke des Stützgehäuses (14) aufgenommen ist und radial zwischen dem Stützgehäuse (14) und dem Rückhaltegewebe (36) eingeschlossen ist; wobei das durchdringbare Gewebe (32) das abgetrennte Laufschaufelfragment deformiert, um sein Potenzial, Schaden zuzufügen, zu reduzieren, und das Rückhaltegewebe (36) einem Durchdringen durch das deformierte Fragment widersteht und so das Fragment in einer vorbestimmten radialen Umhüllung eingrenzt.
  20. Bläsergehäuse nach Anspruch 19, wobei ein Sektor mindestens einer der haftend gebondeten Verbindungen (38a, 38b) bricht und sich die Zellenanordnung (34) zusammenpresst in Reaktion auf ein Durchdringen des Laufschaufelfragments durch das Stützgehäuse (14) und ein Auftreffen auf das Rückhaltegewebe (36), wodurch die Widerstandsfähigkeit gegen Durchdringen des Rückhaltegewebes (36) erhöht wird.
  21. Verfahren zum Aufnehmen eines abgetrennten Bläserlaufschaufelfragments in einer Turbinenmaschine, aufweisend: plastisches Deformieren des Fragments, um sein Potenzial zum Zufügen von Schaden zu reduzieren, durch Durchdringen des Fragments durch ein strukturell kontinuierliches Materialband; und Abfangen des plastisch deformierten Fragments mit einem gespannten Material, das fähig ist, einem Durchdringen durch das deformierte Fragment zu widerstehen und das Fragment in einer vorbestimmten radialen Umhüllung einzugrenzen.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Schritt des Abfangens des Fragments zumindest ein teilweises Entspannen des gespannten Materials einschließt.
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