JP2001280153A - タービンエンジンのロータ用ブレーキ - Google Patents

タービンエンジンのロータ用ブレーキ

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JP2001280153A
JP2001280153A JP2001037831A JP2001037831A JP2001280153A JP 2001280153 A JP2001280153 A JP 2001280153A JP 2001037831 A JP2001037831 A JP 2001037831A JP 2001037831 A JP2001037831 A JP 2001037831A JP 2001280153 A JP2001280153 A JP 2001280153A
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rotor
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drum
ring
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Herbert L Walker
エル.ウォーカー ハーバート
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータの空転を防ぐか、少なくとも空転が確
実に副共振回転数に限定される空転ブレーキを提供する
ことによって共振振動を抑制する。 【解決手段】 タービンエンジン用の空転ブレーキ装置
は、エンジンロータの内側面にブレーキドラムを含む。
このドラムは、ブレーキシュー(42)を含むブレーキ
リング(38)を有するブレーキユニットを囲み、各ブ
レーキシューは、対応するばね(44)によってリング
に接続されている。レッグ部(45)が各シューからリ
ングに向かって延在する。リングは、2つの部分を有す
る可変剛性の二重負荷経路ロータベアリング支持部の前
方及び後方の取付台部分のボルト留め用フランジ(2
8,29)の間に軸方向に挟まっている。非犠牲締結具
(49)は、リングを一方のフランジに固定し、折れや
すい締結具(52)がフランジを互いに対して固定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、タービンエンジン
のロータに関し、特に、ファンロータの空転を防止する
ブレーキに関する。
【0002】
【従来の技術】商業用及び軍事用の航空機を駆動するタ
ーボファンエンジンは、大気の流れを圧縮する回転ファ
ンを含む。このファンは、径方向外向きに突出する一組
のブレードを備えるハブを含む。タービンがファンを駆
動することができるように、回転駆動軸がハブとタービ
ンとを連結する。ファンと駆動軸は、ボールベアリング
またはローラベアリングによってベアリング支持部から
支持されている。
【0003】一般に、ファンに吸入された異物のため
に、まれにエンジンの運転中にハブからファンブレード
が分離してしまうことがある。ブレードの分離は、回転
ファンをかなり不均衡な状態にし、これにより、エンジ
ン及び航空機の負荷部材に巨大な力が伝達される。従っ
て、エンジン及び航空機の設計者は、不均衡な大きい力
に耐え得るようにこれらの部材の寸法を決定する。この
ような設計の慣行は、エンジンや航空機に望ましくない
相当の重量をもたらす。この追加重量は、エンジンの全
寿命で起こらないかもしれない事態に対処するためのも
のなので、特に好ましくない。
【0004】過大だがまれなロータの不均衡に対処する
ための追加重量の問題に対応するために、エンジン設計
者は、剛性が変化する可変ベアリング支持部を考案して
きた。このようなベアリング支持部の1つは、比較的硬
い剛性のファン支持部を提供するように共に動作する二
重でかつ平行な負荷経路を特徴とする。一方の負荷経路
は、ファンブレードの分離によって生じる不均衡な力な
どの異常に大きい力を受けた場合に破断するように設計
された破断接続部と交差する。この接続部が破断する
と、残る負荷経路が、単独で比較的柔軟なつまり軟らか
いファン用支持部を提供する。軟らかく即ち柔軟な支持
部は、ベアリング支持部及び他のエンジンや航空機の構
造部材に伝達される不均衡な力の大きさを弱める。これ
により、構造的な一貫性を損なうことなく、このような
部材をより軽量化することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】可変剛性ベアリング支
持部は、上述のような利点を有するが、難点も有してい
る。ブレードの分離後、航空機のフライトデッキ乗務員
は、激しく損傷したエンジンへの燃料供給を通常停止
し、1つまたはそれ以上の損傷されていないエンジンの
動力で最も近い着陸場所まで飛行を続ける。この飛行状
態では、航空機の前進によって損傷したエンジン内に大
気が導入され、不均衡状態のファンを低回転数で回転即
ち“空転”させる。ファンロータの空転数がその共振振
動数と等しいかまたはほぼ等しい場合には、空転ロータ
によって望ましくない高振幅の振動が生じ得る。このよ
うな振動は、残りの航続時間に亘って持続し、航空機内
に伝達されて航空機の乗員を不安にするおそれがある。
【0006】従って、ファンブレードの分離に続いて、
空転ロータの共振振動を抑制する手段が求められてい
る。
【0007】本発明の目的は、ロータの空転を防ぐか、
少なくとも空転が確実に副共振回転数に限定される空転
ブレーキを提供することによって、共振振動を抑制する
ことである。理想的には、このブレーキは、異常なロー
タ不均衡に応じて受動的に作動する。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によると、タービ
ンエンジンのロータ用ブレーキは、ブレーキドラムと、
一組のブレーキシューと、ロータの不均衡に応じて上記
ドラムとシューとの相対的な回転移動を規制するために
ブレーキを作動する手段とを含む。
【0009】本発明のブレーキ装置の1つの実施例で
は、ブレーキドラムは、エンジンロータの内側面であ
る。このドラムは、ブレーキユニットを囲んでいる。ブ
レーキユニットは、ブレーキリングを含み、ブレーキシ
ューが対応するばねによってそれぞれリングに接続され
ている。レッグ部が各シューからリングに向かって延び
ている。リングは、2つの部分からなる可変剛性の二重
負荷経路ロータベアリング支持部の前方及び後方の取付
台部分のボルト留めフランジの間に軸方向に挟まれてい
る。ベアリング支持部は、エンジンケースに機械的に固
定されている。非犠牲締結具によってブレーキリングが
一方の取付台フランジに固定され、折れやすい締結具に
よって取付台フランジが互いに対して固定される。折れ
やすい締結具は、各レッグ部に設けられた目を貫通し、
ばねを偏向させるとともに、ブレーキシューをドラムと
接触しない準備状態に保つ。異常な不均衡負荷を受けた
場合に、折れやすい締結具は張力によって破断し、一方
の負荷経路を使用不能とする。この破断によって、ばね
も開放され、このばねによってシューが押されて、ケー
スに対するロータの回転動作を規制するようにシューが
ドラムと接触する配備状態となる。
【0010】本発明は、異常なロータ不均衡に対して
(複雑な制御装置や操縦士の動作を必要とせずに)受動
的に反応し、ロータの空転を防ぐとともにロータの共振
振動を防止する空転ブレーキ装置を提供する点で有利で
ある。
【0011】
【発明の実施の形態】図1〜図4を参照すると、ターボ
ファンガスタービンエンジンは、中心回転軸10を有す
るとともにファンハブ11を備える回転ファンを含み、
一組のブレード12がファンハブ11から径方向外向き
に突出している。圧縮機ドラム13がハブ11から軸方
向に延びる。ハブ11は、内側ブレーキ面15を有する
一体型ブレーキドラム14を有する。ブレード16のよ
うな圧縮機ブレードの複数の列が、圧縮機ドラムから径
方向に突出する。駆動シャフト17が、ファンハブ11
をタービン(図示省略)に連結し、タービンによってロ
ータが方向R(図4参照)に回転駆動される。ローラベ
アリング及びボールベアリング18,19は、可変剛性
の二重負荷経路ベアリング支持部20を介してロータを
支持する。
【0012】ベアリング支持部20は、円錐台状の前後
のベアリング取付台24,25を含む。後方取付台25
は、径方向内側及び外側の円錐体26,27を備える。
ボルト留め用フランジ28,29は、取付台の軸方向に
隣接する端部から径方向に延びている。周方向で交互に
設けられた第1及び第2のボルト穴30,31は、後方
ベアリング取付台25のフランジ29を貫通する。前方
取付台24の第1のボルト穴32は、それぞれ上記第1
のボルト穴30と周方向に一致するとともに、前方取付
台のフランジ28を貫通している。前方取付台のフラン
ジ28は、フランジ29の第2の穴31と周方向に一致
する周辺部ノッチ35も含んでいる。後方取付台25の
後方端部は、エンジンの中間ケース36にボルト留めさ
れている。
【0013】ブレーキユニット37が、周方向に交互に
設けられた開口部39と周辺部スカラップ40を備える
ブレーキリング38を含む。ブレーキユニットは、ま
た、一組のブレーキ要素41を含む。各要素41は、ブ
レーキライニング43が接着または固定されたブレーキ
シュー42と、シュー42とリング38を接続するばね
44と、シュー42からブレーキリング38に向かって
延びるレッグ部45と、を備える。各レッグ部45は、
シュー42から離れた端部46を有する。各レッグ部4
5の離れた端部は、開口部48が貫通する目47を有す
る。
【0014】ブレーキユニット37がエンジンに設置さ
れると、ブレーキリング38は、ボルト留め用フランジ
28,29の間に軸方向に挟まれ、ブレーキドラム14
がユニットを囲んでいる。非犠牲締結具49がリング3
8の開口部39とフランジ29の第2の穴31を貫通し
て、ベアリング支持部の後方取付台25部分にリング3
8を固定する。非犠牲締結具49のヘッド部は、フラン
ジ28のノッチ35内に位置する。寸法の小さいシャン
ク部分51をそれぞれ含む、折れやすい締結具50が、
フランジを互いに固定して開放可能な連結部53を構成
する。寸法の小さいシャンクの直径は、異常に高い不均
衡力が加わった場合に締結具が破断するように選択され
る。各折れやすい締結具は、ばね44が偏向し、かつ目
47がブレーキリング38の対応するスカラップ40内
に収まるように、1つのブレーキレッグの目47を通っ
て延在する。従って、折れやすい締結具は、レッグ部を
ベアリング支持部に連結する保持具として機能し、ブレ
ーキ要素41と関連するブレーキシュー42を準備状態
(armed state)に保持してブレーキドラム
14と接触しないようにする。図4では、ブレーキ要素
41は、準備状態で示されており、ばねがばね力を働か
せ、シューがドラムと接触するのを防止するために開放
可能な連結部がこのばね力に抵抗している。仮想線で示
すブレーキ要素41Aは、中立状態を示しており、この
状態では、エンジンへの設置前と同様に、ばねに張力が
実質的に加わっておらず、かつばねが偏向していない。
また、仮想線で示すブレーキ要素41Bは、配備状態
(deployed state)を示しており、この
状態は、以下でより詳細に説明する。
【0015】まず図1を参照すると、ベアリング支持部
20は、通常、比較的硬い、剛性のファン支持部を提供
するように共に作用する二重でかつ平行な負荷経路を特
徴とする。外側負荷経路が、ローラベアリング18を通
って前方ベアリング取付台24に沿って延びるととも
に、開放可能な連結部53を横切って後方取付台25の
外側円錐体27に沿って、最終的に中間ケース36内に
延びる。内側負荷経路は、ボールベアリング19を通っ
て後方取付台25の内側円錐体26に沿って、中間ケー
ス36内に延びる。エンジンの通常運転時には、内側及
び外側の負荷経路は、(例えば、重量、慣性負荷、製造
や組立の不精密さによる小さい不均衡負荷などの)ファ
ンによって生じる力を中間ケース36に伝達するように
共に作用する。二重の負荷経路は、ファンロータのため
の比較的硬い、剛性の支持部を提供する。異常に高いロ
ータの不均衡によって負荷が所定のしきい値を超えた場
合には、折れやすい締結具が破断して外側負荷経路を使
用不能とし、内側負荷経路のみに沿って負荷を導く。図
示のエンジンでは、不均衡負荷によってフランジ28,
29が分離するように引っ張られ、締結具50が張力に
よって破断する。内側負荷経路は、ファンロータのため
の比較的柔軟即ち軟らかい支持部を提供し、ベアリング
支持部、中間ケース、他のエンジン及び航空機の構成部
材に伝達される力の振幅を減衰する。
【0016】折れやすい締結具の破断によって、レッグ
部45も開放され、ブレーキ要素及びシューが準備状態
から配備状態へと移動する。図4で仮想線で示したブレ
ーキ要素41Bの配備状態では、ばね44によってブレ
ーキシューがドラム14と接触する。この接触は、ファ
ンブレードの分離に続いてすぐにロータの減速に大きく
寄与しない。しかし、フライトデッキ乗務員がエンジン
への燃料供給を停止した後は、シューとドラムとの接触
によってこれらの間の相対的な回転動作を阻止するのに
十分なトルクが生じる。ブレーキ力は、非犠牲締結具4
9を介して後方取付台25に接続されたままのブレーキ
リング38によって反作用される。
【0017】採用したばねによって作用するばね力の選
択に影響を与える要因には、種々のものがある。はね力
は、ブレーキシューがロータを捕らえて、ロータの不規
則または急すぎる減速を引き起こすほど強くてはならな
い。しかし、このばね力は、エンジンへの燃料供給の停
止後に、滑らかでかつ無事にロータの減速を促進するの
に十分強いことが望ましい。ばね力は、ロータの空転を
防止するために十分に強いことが好ましい。また、空転
が、副共振回転数に限定されることを単に保証するだけ
でも十分であり得る。
【0018】ロータの回転方向によって、各ばね44の
所望の方向づけとともに、各ブレーキ要素のばね44と
レッグ部45の極性が設定される。各ばねは、鋭角θに
方向づけられ、この大きさは、ブレーキ要素が準備状態
から配備状態へ移行する時に、ロータの回転方向Rと反
対の方向に(例えばθAからθDへと)僅かに増加する。
更に、ドラム14に固定されてこれとともに移動する観
察者からみると、各ブレーキ要素のばねは、同要素のレ
ッグ部よりも周方向に前方即ち前にある。よって、ばね
は、ロータの空転を防止するためにブレーキシューをド
ラムに対して確実に押しつける。方向R’に回転するロ
ータとともに図4のブレーキユニットを使用した場合に
は、(ばねに近い角部の反対側のレッグ部に近い角部で
ある)ブレーキシューの角部54がドラムにあたって動
かなくなるおそれがある。このため、回転の速いロータ
によって1つまたはそれ以上のブレーキ要素が損傷され
るおそれがある。損傷されたユニットは、エンジンへの
燃料供給の停止に伴ってロータが低い速度まで減速した
後、意図されたような空転の防止を行うことができなく
なるおそれがある。
【0019】本発明の他の特徴の1つは、ブレーキのレ
ッグ部45に対する、折れやすい各締結具50の寸法の
小さいシャンク51の軸方向位置である。図3に最もよ
く示されているように、寸法の小さいシャンク51は、
全体としてレッグ部45の後方にあり、折れやすい締結
具が2つの破片に破断する場合には、レッグ部の軸方向
後方位置で破断する。従って、破断した締結具の前方の
破片は、フランジ28と破断レッグ部45の目47を貫
通する。しかし、フランジ28をフランジ29から分離
させる張力は、ほぼ即時にかつ強制的にフランジ28と
レッグ部45から前方の破片を放出し、ブレーキ要素が
配備状態に移動可能となるようにする。後方の破片は、
フランジ29の穴30内に固定されたままでも目47内
には延在しないので、ブレーキの配備を妨げることはな
い。反対に、いずれかの破片がボルト穴30または32
内に配置されたままで、かつ目47内に延在する場合に
は、対応するブレーキ要素が配備されず、ブレーキの有
効性が低下してしまう。
【0020】本発明は、好適実施例に基づいて説明した
が、当業者であれば分かるように、請求項に示した本発
明の範囲から逸脱することなく、種々の変更、修正、追
加を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る空転ブレーキを示すターボファン
ガスタービンエンジンの前方端部の一部切り欠き側面図
である。
【図2】図1のベアリング支持部の軸方向に隣接するフ
ランジに関連して本発明の空転ブレーキユニットを示し
た部分説明図である。
【図3】空転ブレーキを更に詳細に示した図1の部分拡
大図である。
【図4】1つのブレーキシューが配備状態で示され、他
のブレーキシューが中立状態で示され、複数のブレーキ
シューが準備状態で示されている図3の線4−4に沿っ
た断面図である。
【符号の説明】
28,29…ボルト留め用フランジ 38…ブレーキリング 42…ブレーキシュー 44…ばね 45…レッグ部 49…非犠牲締結具 52…折れやすい締結具

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ブレーキドラムと、 各シューが、該各シューと前記ドラムとが接触しない準
    備状態と、該各シューが前記ドラムと接触して該ドラム
    と該各シューとの相対的な回転動作を規制する配備状態
    と、を有する一組のブレーキシューを含むブレーキユニ
    ットと、 所定のしきい値を超えるロータ不均衡に反応して、準備
    状態から配備状態への移行を引き起こす手段と、を有し
    ていることを特徴とするタービンエンジンのロータ用ブ
    レーキ。
  2. 【請求項2】 前記ドラムは、エンジン圧縮機の径方向
    内側面であることを特徴とする請求項1記載のタービン
    エンジンのロータ用ブレーキ。
  3. 【請求項3】 前記ブレーキユニットは、前記ロータに
    よって囲まれていることを特徴とする請求項1記載のタ
    ービンエンジンのロータ用ブレーキ。
  4. 【請求項4】 前記ブレーキユニットは、配備状態にお
    いて前記各シューを前記ドラムと接触するように押しつ
    けるばねと、準備状態において前記シューが前記ドラム
    と接触するのを防ぐために支持部に接続されたレッグ部
    と、を含んでいることを特徴とする請求項1記載のター
    ビンエンジンのロータ用ブレーキ。
  5. 【請求項5】 前記支持部は、前記ロータ用のベアリン
    グ支持部であることを特徴とする請求項4記載のタービ
    ンエンジンのロータ用ブレーキ。
  6. 【請求項6】 不均衡に反応する手段は、準備状態にお
    いて前記シューが前記ドラムと接触するのを防ぐ一組の
    折れやすい締結具であり、これらの締結具は、破断する
    ことで配備状態への移行を引き起こすことを特徴とする
    請求項1記載のタービンエンジンのロータ用ブレーキ。
  7. 【請求項7】 ブレーキドラムと、 ブレーキリングと一組のブレーキ要素を含むブレーキユ
    ニットと、を有し、前記各ブレーキ要素は、ブレーキシ
    ューと、該シューを前記リングに接続するばねと、該シ
    ューから前記リングに向かって延在するレッグ部と、を
    含み、 更に、前記レッグ部を支持部に接続する開放可能な接続
    部を有し、 前記各ブレーキ要素は、前記ばねがばね力を作用させる
    準備状態を有し、この準備状態では、前記シューと前記
    ドラムとが接触するのを防ぐように前記開放可能な接続
    部が前記ばね力に抵抗し、前記各ブレーキ要素は、配備
    状態をも有し、この配備状態では、前記ばね力によって
    前記シューが前記ドラムと接触するように押しつけられ
    ることを特徴とするタービンエンジンのロータ用ブレー
    キ。
  8. 【請求項8】 前記ドラムは、回転可能なエンジンコン
    プレッサの径方向内側面であることを特徴とする請求項
    7記載のタービンエンジンのロータ用ブレーキ。
  9. 【請求項9】 前記ブレーキユニットは、前記ロータに
    よって囲まれていることを特徴とする請求項7記載のタ
    ービンエンジンのロータ用ブレーキ。
  10. 【請求項10】 前記支持部は、前記ロータ用のベアリ
    ング支持部であることを特徴とする請求項7記載のター
    ビンエンジンのロータ用ブレーキ。
  11. 【請求項11】 前記開放可能な接続部は、一組の折れ
    やすい保持具を含み、これらの保持具は、破断すること
    で準備状態から配備状態への移行を引き起こすことを特
    徴とする請求項7記載のタービンエンジンのロータ用ブ
    レーキ。
  12. 【請求項12】 ロータの径方向内側面に設けられたブ
    レーキドラムと、 ブレーキリングと一組のブレーキ要素を含むブレーキユ
    ニットと、を有し、前記各ブレーキ要素は、ブレーキシ
    ューと、該シューを前記リングに接続するばねと、前記
    シューから前記リングに向かって延在するレッグ部と、
    を含み、前記ブレーキユニットは、非回転のベアリング
    支持部に接続され、該ベアリング支持部は、エンジンケ
    ースに機械的に固定されており、 更に、前記レッグ部を前記ベアリング支持部に接続する
    開放可能な接続部を有し、 前記各ブレーキ要素は、前記ばねがばね力を作用させる
    準備状態を有し、この準備状態では、前記シューと前記
    ドラムとが接触するのを防ぐように前記開放可能な接続
    部が前記ばね力に抵抗し、前記各ブレーキ要素は、配備
    状態をも有し、この配備状態では、前記ばね力によって
    前記シューが前記ドラムと接触するように押しつけられ
    ることを特徴とするタービンエンジンのロータ用ブレー
    キ。
  13. 【請求項13】 開口部が貫通しているとともに周辺部
    に複数のスカラップを有するブレーキリングと、 一組のブレーキ要素と、を有し、前記各要素は、ブレー
    キシューと、該シューと前記リングとを接続するばね
    と、前記シューから前記リングに向かって延在するレッ
    グ部と、を含み、該レッグ部は、目で終端となった内側
    端部を備え、目を通って開口部が貫通しており、 前記ブレーキ要素は、それぞれ中立状態と偏向状態を有
    し、中立状態では、前記ばねは、実質的に偏向されず、
    偏向状態では、前記ばねは、偏向されるとともに各目が
    対応するスカラップ内に収容されることを特徴とするタ
    ービンエンジンのためのブレーキユニット。
  14. 【請求項14】 前記各シューにそれぞれ固定されたブ
    レーキライニングを含むことを特徴とする請求項13記
    載のタービンエンジンのためのブレーキユニット。
  15. 【請求項15】 ロータの内側に設けられたブレーキド
    ラムと、 前記ロータをベアリング上に支持するためのベアリング
    支持部と、を有し、前記ベアリング支持部は、前方取付
    台と後方取付台とを備え、各取付台は、対応するボルト
    留め用フランジを有し、これらのフランジは、貫通する
    第1の穴を含み、該フランジの一方は、貫通する第2の
    穴を含み、 更に、一組の開口部が貫通するブレーキリングを含むブ
    レーキユニットを有し、該ブレーキユニットは、前記開
    口部と一方のフランジの第2の穴を貫通する締結具によ
    ってベアリング支持部に接続されており、該ブレーキユ
    ニットは、一組のブレーキ要素も備えており、各ブレー
    キ要素は、ブレーキシューと、該シューを前記リングに
    接続するばねと、前記シューから延在するレッグ部と、
    を含み、前記レッグ部は、前記シューから離れた端部を
    有し、この離れた端部は、開口部が貫通する目を備え、
    前記各レッグ部は、前記目と前記各フランジの第1のボ
    ルト穴の1つを貫通する折れやすい締結具によって前記
    ベアリング支持部に接続されていることを特徴とするタ
    ービンエンジンのロータ用ブレーキ装置。
  16. 【請求項16】 前記ブレーキリングは、ボルト穴の間
    で、かつ周方向に設けられた複数の周辺部スカラップを
    含み、前記目が該スカラップに収容されていることを特
    徴とする請求項15記載のタービンエンジンのロータ用
    ブレーキ装置。
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