JP2001524633A - 一体型翼配列ロータ - Google Patents

一体型翼配列ロータ

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JP2001524633A
JP2001524633A JP2000522355A JP2000522355A JP2001524633A JP 2001524633 A JP2001524633 A JP 2001524633A JP 2000522355 A JP2000522355 A JP 2000522355A JP 2000522355 A JP2000522355 A JP 2000522355A JP 2001524633 A JP2001524633 A JP 2001524633A
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ロスマン・アクスル
シコルスキ・ジーグフリード
クリューゲル・ヴォルフガング
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エムテーウー・モートレン−ウント・ツルビーネン−ウニオン・ミュンヘン・ゲセルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、周囲に本質的に半径方向に延びるロータの羽根が配置された、特にエンジン用の、一体型翼配列ロータに関する。その場合において、ロータの羽根は、振動を減少させるために、金属製羽根付け根、羽根前方縁及びそれに隣接する羽根面の少なくとも一部分を形成する金属製羽根板部分、及び繊維強化プラスチック製羽根板を備える。（図１）

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、特にエンジン用の、大規模な、本質的に半径方向に延びるロータの
羽根が配置された、一体型翼配列ロータ(Rotor mit integraler Beshaufelung)
に関する。
【０００２】 繊維強化プラスチック製ファン−ロータの羽根は、例えば３．２ｍの比較的大
きな直径を有し、大構造方式の場合、燕尾型の付け根を備え、或いは中空構造方
式の場合、内側部分、所謂桁(Spar)を備える。羽根板(Schaufelbl aettern)にお
いて、金属の代わりの繊維強化プラスチックの使用は、相当な重量削減の利点を
有する。この方式は、しかし、より速い周速の小さなファン−ロータの羽根には
適してしない。というのもこの形式は、ファン−ロータの羽根の場合、定められ
たバードストライクの応力(Vogelschlagbeanspruchung)に耐え得ないからである
。それでも重量の有利さを利用するために、繊維強化プラスチック製羽根板が金
属製保持二又部(Haltegabel)で羽根付け根に固定される。この混成構造方式は、
バードストライク時に、延性がないので、プラスチック製羽根板のあまりにも大
きな部分が破壊され、そのあとエンジンの非常時出力がもはや出されなくなると
いう欠点を有する。更に羽根前方縁部及び羽根後方縁部に対して開いた保持二又
部が捩じれ変形する(torsionsweich) 。更に羽根板は腐食に対して保護されない
。
【０００３】 DE-OS 2042665 から、羽根の入口縁プロフィル部分を形成する金属部分と、支
持面プロフィルのその他の部分を形成する繊維含有複合部分を含む圧縮機の羽根
が知られている。その場合において金属部分の溝に前記複合部分が収容されてお
り、金属部分は、圧縮機羽根のタービンロータとの分離可能な結合部に対しシャ
フトを有する。
【０００４】 DE 195 35 713 A1は、後方縁が、該後方縁における材料損失を減少させるため
に、部分的に金属被覆で覆われている複合材料を開示している。 DE 26 31 856 C2 から、繊維材料が少なくとも前側において金属製縁保護によ
って保護された複合材料製圧縮機羽根が知られている。その場合において圧縮機
羽根は、ロータ又は羽根車に分離可能に固定するために、燕尾を有する。
【０００５】 US 3,883,267は、金属製の曲線状に形成されたコアを有し、コアの周りに繊維
強化材料製羽根板部分が形成されたガスタービン用羽根を開示している。
【０００６】 ロータの羽根は、概してロータ支持体の周面に、例えば燕尾によって固定され
ている。その場合、駆動中に発生する振動は羽根付け根の燕尾とそれに対応する
ロータ支持体の溝の間の摩擦によって弱められる。一体型翼付きロータの場合、
このような減衰はなく、その結果生ずる振動並びに例えば亀裂等の羽根板に生ず
る欠陥部に基づく切り欠き効果が問題となる。
【０００７】 本発明の課題は、ロータ駆動中に生ずる振動が減少される、上記の発明の類型
の一体型翼配列ロータを創作することである。それに加えて翼配列は極力少ない
重量を有するものでなければならない。
【０００８】 上記の課題の解決策は、本発明に従って、ロータの羽根は、金属製羽根付け根
と、少なくとも羽根前方縁及びそれに隣接する面領域の少なくとも一部分を形成
する金属製羽根板部分と、繊維強化プラスチック製羽根板を備えることを特徴と
する。
【０００９】 この利点は、このようなロータの羽根は、一方において、繊維強化プラスチッ
クの使用によって金属製羽根に比べて明白な重量の有利さを有し、他方において
、少なくとも羽根前方縁部分及びそれに隣接する羽根面の領域の一部分に沿って
延びる金属製羽根板部分によって高い延性及び腐食に対する保護を有することで
ある。更にロータの羽根は良好な振動の減衰性を有する。ロータの羽根は、特に
ハブ領域において、金属製羽根板部分の故に強靱であり、且つ破損したとき簡単
にプラスチック製羽根板を交換することによって修復できる。本発明に係る翼配
列ロータ、特に圧縮機ロータ又はファンロータのようなロータの場合、駆動中に
例えば亀裂のような欠陥が羽根板に発生したとき、より高い切り欠き効果を許容
することができる。それ故にロータ又はそのロータの羽根は、従来のロータと比
較してめったに補修する必要はない。
【００１０】 好ましくは、金属製羽根板部分は、半径方向内側の羽根付け根から始まってお
り、羽根前方縁又は羽根面の半径方向外側端部に対して間隔をおいて終わるよう
に形成されている。この場合、ロータの羽根は、羽根前方縁にある流体の澱み点
並びにその両側に隣接する、同様に周囲に流体が流れる羽根面の領域が保護され
ている。 更に好ましくは、金属製羽根板部分がスリットを有し、このスリットの中に繊
維強化プラスチック製羽根板が保持される。 有利に、スリットは、羽根前方縁にある第１の端部から軸方向に更に後方に羽
根前方縁から間隔をおいて位置する第２の端部までの金属製羽根板部分の曲線状
推移を有する端部分を介して完全に延びている。
【００１１】 合目的的に、繊維強化プラスチック製羽根板部分に接着剤及び／又はリベット
によって固定されている。 更に好ましくは、羽根の付け根及び／又は羽根板部分はチタン合金からなる。 最も好ましくは、幾つかのファンロータの羽根が、圧縮機のディスクに、大規
模に、等間隔で、本質的に半径方向に延び、一体型翼付き圧縮機ディスク、所謂
“ブリスク”(Blisk) を形成するように配置されている。ファンロータの羽根は
、その場合、摩擦溶接等によって一体の部材を形成するようにディスクに固定さ
れている。これによって重量は削減され、減衰及び回転数の大きさにプラスの有
利な影響をもたらす。
【００１２】 好ましくは、周囲に羽根の付いたロータ支持体は圧縮機ディスクであり、その
場合これは二者択一的に圧縮機リングでもある。 本発明のその他の好ましい構成は解の請求項に記載されている。
【００１３】 次に本発明を実施例をもとにして図面について詳細に説明する。図において 図１は本発明のロータの実施例を示す略斜視図である。 図２は本発明のロータのファンロータの羽根の実施例の略斜視図である。 図３は図２のファンロータの羽根の断面図である。
【００１４】 図１は、本発明のロータの実施例、例えば航空機エンジン用の一体型翼配列圧
縮機ロータを示す。その場合において、ロータ支持体１８は圧縮機ディスクであ
り、該ディスクの周面１９に多数の半径方向に延びるロータの羽根１が固定され
ている。このロータの羽根１は、金属製羽根板部分３及び繊維強化プラスチック
製羽根板部分４を含む。金属製羽根板部分３及び圧縮機ディスク１８は、例えば
固体を切削加工するか或いは最初は別々に製造し次いで適当な方法で互いに一体
に接合してなるものである。接合のために、就中、圧縮機ディスク１８とロータ
羽根１の間の接合面に鍛造継ぎ目が生ずる高周波誘導溶接が適当と考えられる。
【００１５】 金属製羽根板部分３は、本質的に、図１に示すような形態において羽根前方縁
５とそれに隣接する羽根面１５の少なくとも一部分を構成する。金属製羽根板部
分３の端部分１２はここでは曲線状推移を有しており、この推移は繊維強化プラ
スチック製羽根板４の破損及び万一の脱落がおきたときも、エンジンの定められ
た非常時出力が保証されるように決定されている。
【００１６】 図２は、符号１で示す、混成構造方式のロータ羽根の全体を示し、このロータ
の羽根はここでは例えばファンロータの羽根であり、例えば約１．５ｍの直径を
有するエンジンに使用される。ファンロータの羽根１は本質的に金属製羽根付け
根２、金属製羽根板部分３及び繊維強化プラスチック製羽根板４からなる。羽根
付け根２と金属製羽根板部分３は一体に形成され、チタン合金からなる。羽根板
付け根２は、単に模範的に示したにすぎないものであり、ファンの羽根１をロー
タ支持体１８に一体に固定するとき、ロータ支持体の形状に適合させて形成され
る。プラスチック羽根板４を強化するために炭素繊維、ガラス繊維又はアラミド
繊維等の種々の繊維を利用することができる。
【００１７】 金属製羽根板部分３は、羽根前方縁５の一部分を形成し、同時に金属製羽根部
分３は羽根前方縁５の半径方向内側端部６、即ち半径方向に羽根付け根２から始
まって羽根板部分３の第１の端部７迄延び、羽根前方縁５乃至羽根面１５の半径
方向外側端部８に対して間隔を置いて終わっている。金属製羽根板部分４は、こ
こでは羽根前方縁５の長さの９／１０を越えて延びており、その場合試験は羽根
前方縁５の長さの２／３が好ましい値であることを示した。この場合ファンロー
タ羽根１の周囲を流れる流体の澱み点が位置する、流体のほうに向いた羽根前方
縁５は、腐食とバードストライク(Vogelschlag, bird strike)に対して十分に保
護される。更に金属製羽根板部分３の半径方向高さは、プラスチック製羽根４が
完全に破壊された場合でもエンジンの作動状態が保証され、非常時出力が提供さ
れるように決定される。
【００１８】 図２から明らかなように、金属製羽根板部分３は、羽根前方縁５の半径方向内
側端部６から始まって羽根後方縁１１の半径方向内側端部１０までの羽根面１５
の全幅にわたるのではなく、半径方向内側端部１０に対して間隔をおいて羽根前
方縁５に対して間隔をおいた金属製羽根板部分３の第２の端部９まで延びている
。 金属製羽根板部分３はチタン合金からなり、ファンロータの羽根１は十分な
延性を有し、特にハブの領域においてバードストライクがおきたときに強靱であ
る。羽根面１５は更に約１．６ g/cm3 の密度を有する繊維強化プラスチック製
羽根板４で形成されており、一方チタン合金は約４．５ g/cm3 の密度を有する
ので、ファンロータの羽根１は比較的少ない重量を有し、速い周速のエンジンに
も適している。
【００１９】 金属製羽根板部分３の第１の端部７及び第２の端部９の間に延びる端部分１２
はここでは曲線状推移を有する。当該ファンロータの羽根１はファンの羽根につ
いての通常の基準に従って決定されているので、この端部分１２はそれに適合し
た他の推移も取ることができる。しかし、金属製羽根板部分３は、繊維強化プラ
スチック製羽根板４が完全に破壊されそれ故脱落したときも、エンジンの定めら
れた非常時出力が保証されることが常に保証されなければならない。
【００２０】 図２で点線で示す接合領域１３は図３に示す断面図で明らかに分かる。この接
合領域１３は金属製羽根板部分３のスリット１４により形成されており、このス
リット内に羽根板４が挿入され、接着剤その他の適当な接合方法によって固定さ
れている。スリット１４の両側面１６，１７は設計次第で種々の長さとすること
ができる。スリット１４は、金属製羽根板部分３の本質的に半径方向に延びる全
長さにわたり、金属製羽根板部分３の、羽根前方縁５上にある第１の端部７から
羽根前方縁５に対して間隔をおいた第２の端部９まで延びている。金属製羽根板
部分３の第２の端部９は使用例次第で半径方向に更に外側に又は羽根後方縁１１
上に位置させることもできる。ファンロータの羽根１の例で述べた特徴はその他
の全てのロータ羽根について同様に当てはまる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のロータの実施例を示す略斜視図である。
【図２】 本発明のロータのファンロータの羽根の実施例の略斜視図である。
【図３】 図２のファンロータの羽根の断面図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１１年１２月２１日（１９９９．１２．２１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００５】 US 3,883,267は、金属製の曲線状に形成されたコアを有し、コアの周りに繊維
強化材料製羽根板部分が形成されたガスタービン用羽根を開示している。 US3,088,192 から、金属製タービン羽根とクロム合金製支持体を、接合面間に 配置されるニッケル層を高圧及び高温下で拡散結合させる(Duffusionverbinden) ことによって挿入して、一体の部材に結合する方法が知られている。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年３月２１日（２０００．３．２１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリューゲル・ヴォルフガング ドイツ連邦共和国 ディー−85293 リヒ ャルトシャウゼン，ワルドシュトラッセ 11 Ｆターム(参考） 3G002 EA03 EA06 EA09 3H033 AA02 AA16 BB03 BB08 CC01 DD06 DD25 DD26

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 周囲に本質的に半径方向に延びるロータの羽根（１）が配置
    された、特にエンジン用の、一体型翼配列ロータであって、ロータの羽根（１）
    は、金属製羽根付け根（２）と、羽根前方縁（５）及びそれに隣接する羽根面（
    １５）の領域の少なくとも一部分を形成する金属製羽根板部分（３）と、繊維強
    化プラスチック製羽根板（４）を備えることを特徴とする一体型翼配列ロータ。
  2. 【請求項２】 金属製羽根板部分（３）が、半径方向内側の羽根付け根（２
    ）から始まり、羽根前方縁（５）の半径方向外側端部（８）に対して間隔をおい
    て終わる羽根前方縁（５）を形成することを特徴とする請求項１に記載のロータ
    。
  3. 【請求項３】 金属製羽根板部分（３）により形成される羽根面（１５）の
    領域が、繊維強化プラスチック製羽根板（４）が破壊したとき、エンジンの非常
    時出力が提供されるように大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載のロー
    タ。
  4. 【請求項４】 金属製羽根板部分（３）がスリット（１３）を有し、該スリ
    ット内に繊維強化プラスチック製羽根板（４）が保持されることを特徴とする先
    行する請求項の何れか一項又は複数項に記載のロータ。
  5. 【請求項５】 スリット（１４）が、金属製羽根板部分（３）の、羽根前方
    縁（５）上に位置する第１の端部（７）から羽根前方縁（５）に対して間隔をお
    いた第２の端部（９）まで延びていることを特徴とする先行する請求項の何れか
    一項又は複数項に記載のロータ。
  6. 【請求項６】 繊維強化プラスチック製羽根板（４）が金属製羽根板部分（
    ３）に接着剤及び／又はリベットによって固定されていることを特徴とする先行
    する請求項の何れか一項又は複数項に記載のロータ。
  7. 【請求項７】 繊維強化プラスチック製羽根板（４）が金属製羽根板部分（
    ３）に接着剤によって固定されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか
    一項又は複数項に記載のロータ。
  8. 【請求項８】 金属製羽根付け根（２）及び／又は金属製羽根板部分（３）
    がチタン合金からなることを特徴とする先行する請求項の何れか一項又は複数項
    に記載のロータ。
  9. 【請求項９】 ロータに羽根（１）付きのロータ支持体（１８）が圧縮機デ
    ィスク又は圧縮機リングであることを特徴とする先行する請求項の何れか一項又
    は複数項に記載のロータ。
  10. 【請求項１０】 ロータ羽根（１）が、高周波誘導加熱によって継ぎ目領域
    に鍛造継ぎ目を形成して、ロータに一体に固定されていることを特徴とする先行
    する請求項の何れか一項又は複数項に記載のロータ。
JP2000522355A 1997-11-19 1998-11-17 一体型翼配列ロータ Withdrawn JP2001524633A (ja)

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DE19751129A DE19751129C1 (de) 1997-11-19 1997-11-19 FAN-Rotorschaufel für ein Triebwerk
DE19751129.5 1997-11-19
PCT/DE1998/003375 WO1999027234A1 (de) 1997-11-19 1998-11-17 Rotor mit integraler beschaufelung

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DE (2) DE19751129C1 (ja)
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