JP2002339704A - ロータ組立体の振動を減衰する方法及び装置 - Google Patents

ロータ組立体の振動を減衰する方法及び装置

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JP2002339704A JP2002049093A JP2002049093A JP2002339704A JP 2002339704 A JP2002339704 A JP 2002339704A JP 2002049093 A JP2002049093 A JP 2002049093A JP 2002049093 A JP2002049093 A JP 2002049093A JP 2002339704 A JP2002339704 A JP 2002339704A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータ組立体に誘起される振動を減衰するこ
とができるダンパ装置（９０）を備えるガスタービンエ
ンジン（１０）用多段ロータ組立体（４０）を提供す
る。 【解決手段】 ロータ組立体は、複数のロータブレード
（５６）と半径方向外側リム（５０）とを備えるブリス
クロータ（４４）を含む。ロータブレードは、リムと一
体に形成され、リムから半径方向外方に延びる。ダンパ
装置は、ロータ組立体の少なくとも１つの段内でロータ
ブレードに取り付けられ、減衰材料（１３０）の少なく
とも１つの層とカバーシート（１４４）とを備える。カ
バーシートは、接着剤（１４０）でロータブレードに取
り付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にロータ組
立体に関し、より具体的には、ロータ組立体に誘起され
る振動を減衰するためのダンパ装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】ガスタービンエンジンは、通常、共通の
環状リムから半径方向外方に延びる複数のロータブレー
ドを備える少なくとも１つのロータを含む。具体的に
は、ブリスクロータにおいては、ロータブレードは、ダ
ブテール継手でリムに取り付けられるのではなくて、環
状リムと一体に形成される。リムの外面は、通常、ロー
タ組立体を通る空気流の半径方向内方の流路面を構成す
る。
【０００３】回転ブレードにより発生する遠心力は、ロ
ータブレード下方のリムの部分により担持される。遠心
力は、ブレードによって誘起される可能性がある、リム
とブレードの間の円周方向のリム応力集中を発生させ
る。さらに、ブリスクロータ内では、作動中にダブテー
ルとシュラウドが互いに接触し合うときに発生する摩擦
減衰がないために、振動応力がロータ組立体に誘起され
る可能性がある。
【０００４】振動の減衰を促進するために、ロータ組立
体は、ダンパを備えることができる。少なくとも幾つか
の公知のロータ組立体では、翼形部モードを減衰するた
めにリムの下に設置されたスリーブダンパを備える。ス
リーブダンパは、リムが著しく関与する翼形部モードに
対して減衰を行う。
【０００５】少なくとも幾つかの他の公知のロータ組立
体では、ロータブレードはブレード内に形成されたポケ
ットを備える。減衰材料の層がポケット内に埋設され、
チタン抑制層で覆われる。ポケットは、ロータブレード
に溶接されているチタン製カバーで覆われる。作動中、
ロータブレード内に誘起された種々の力により、抑制層
は、減衰材料から剥離して強制的にカバーに接触する可
能性がある。時の経過と共に、抑制層とカバーシート間
の継続的な接触により、カバーシートがロータ組立体か
ら剥離する可能性がある。
【０００６】
【発明の概要】例示的実施形態では、ガスタービンエン
ジン用多段ロータ組立体は、ロータ組立体に誘起される
振動を減衰することができるダンパ装置を備える。より
具体的は、ロータ組立体は、複数のロータブレードと半
径方向外側リムとを備えるブリスクロータを含む。ロー
タブレードは、外側リムと一体に形成され、リムから半
径方向外方に延びる。ダンパ装置は、ロータ組立体の少
なくとも１つの段を形成するロータブレードに取り付け
られ、減衰材料の少なくとも１つの層とカバーシートと
を備える。カバーシートは、ロータブレードに当てて減
衰材料を固着するために接着剤でロータブレードに取り
付けられる。
【０００７】作動中、ロータ組立体が回転すると、カバ
ーシートとロータブレードの間に配置された接着剤が、
ロータブレードによって誘起される遠心荷重を担持す
る。振動の減衰は、ダンパ装置により促進される。より
具体的は、ロータ組立体が回転すると、減衰材料内に誘
起された剪断ひずみが振動の減衰を可能にする。その結
果、ダンパ組立体は、信頼性がありかつコスト効率がよ
い方法で、ロータ組立体に誘起される振動を減衰するこ
とができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、低圧圧縮器器１２、高圧
圧縮器１４、及び燃焼室１６を備えるガスタービンエン
ジン１０の概略図である。エンジン１０はまた、高圧タ
ービン１８及び低圧タービン２０を備える。圧縮器１２
及びタービン２０は、第１の軸２１により連結され、圧
縮器１４及びタービン１８は、第２の軸２２により連結
される。１つの実施形態では、ガスタービンエンジン１
０は、オハイオ州シンシナティにあるＧｅｎｅｒａｌ
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｅｎｇｉｎｅｓ
から市販されているＦ１１０エンジンである。
【０００９】作動中、空気は低圧圧縮器１２を通って流
れ、加圧された空気が低圧圧縮器１２から高圧圧縮器１
４に供給される。高度に加圧された空気が、燃焼室１６
に供給される。燃焼室１６からの空気流が、タービン１
８及び２０を駆動し、ノズル２４を通ってガスタービン
エンジン１０から流出する。
【００１０】図２は、ガスタービンエンジン１０に使用
することができるロータ組立体４０の部分断面図であ
る。ロータ組立体４０は、カップリング４６により軸方
向中心軸線４７周りに同軸に互いに結合された複数のロ
ータ４４を備える。各ロータ４４は、１つ又はそれ以上
のブリスク４８により形成され、各ブリスク４８は、環
状の半径方向外側リム５０、半径方向内側ハブ５２、及
びその間に半径方向に延びる一体ウェブ５４を備える。
各ブリスク４８はまた、外側リム５０から半径方向外方
に延びる複数のブレード５６を備える。図２に示す実施
形態では、ブレード５６はそれぞれのリム５０と一体に
結合されている。若しくは、少なくとも１つの段では、
各ロータブレード５６は、それぞれのリム５０の相補形
状のスロット（図示せず）に取り付けられるブレードダ
ブテール（図示せず）を使用して公知の方法でリム５０
に取り外し可能に係合されることができる。
【００１１】ロータブレード５６は、空気などの原動つ
まり作動流体と協動するように構成される。図２に示す
例示的な実施形態では、ロータ組立体４０は、ガスター
ビンエンジン１０の圧縮器であって、ロータブレード５
６は、連続する段において原動流体空気を適切に加圧す
るように構成される。ロータリム５０の外面５８は、空
気が段から段へ加圧されるとき、圧縮器の半径方向内方
の流路面を構成する。
【００１２】ブレード５６は、特定の最大設計回転速度
まで軸方向中心軸線周りに回転し、回転構成部品内に遠
心荷重を発生させる。回転するブレード５６により発生
される遠心力は、各ロータブレード５６の真下のリム５
０の部分により担持される。ロータ組立体４０及びブレ
ード５６の回転により、エネルギーが空気に与えられ、
空気は初めに加速され、次いでエネルギーを回復して空
気を加圧すなわち圧縮するために拡散により減速され
る。半径方向内側流路は、隣り合うロータブレード５６
が円周方向の境界となり、シュラウド（図示せず）が半
径方向の境界となる。
【００１３】ロータブレード５６の各々は、前縁６０、
後縁６２、及びその間に延びる翼形部６４を備える。翼
形部６４は、負圧側面７６及び円周方向に対向する正圧
側面７８を備える。負圧及び正圧側７６及び７８は、そ
れぞれ軸方向に間隔を置いた前縁６０と後縁６２の間に
延び、またロータブレード先端８０及びロータブレード
根元部８２の間の半径方向スパンにわたって延びる。翼
弦８４は、それぞれロータブレードの前縁６０と後縁６
２の間で測定される。
【００１４】翼形部６４の各々はまた、ダンパ装置９０
を備える。例示的な実施形態では、第１段のロータ４４
のみがダンパ装置９０を備える。別の実施形態では、ロ
ータ組立体４０を通って延びるロータ４４の更なる段の
ロータ４４が、ダンパ装置９０を備える。作動中、以下
で更に詳しく説明するように、ダンパ装置９０は、ロー
タ組立体４０内の翼形部モードを減衰してロータ組立体
４０に誘起される振動を減衰することができる。
【００１５】図３は、ダンパ装置９０を備えるロータブ
レード翼形部６４の拡大正面図である。図４は、翼形部
６４及びダンパ装置９０の側面図である。翼形部６４
は、翼形部本体の負圧側面７６の外面１０２から翼形部
本体の正圧側面７８に向かって延びるポケット空洞１０
０を備える。１つの実施形態では、空洞１００は、翼形
部６４内に機械加工される。より具体的には、空洞１０
０は、翼形部外面１０２から内方に距離１０４だけ延び
る。空洞深さ１０４は、翼形部の負圧側面７６と翼形部
の正圧側面７８間で測定された翼形部６４の厚さ（図示
せず）より小さい。
【００１６】空洞１００は、前端縁１１２から後端縁１
１４までで測定された幅１１０を有する。空洞の幅１１
０は、空洞の前端縁１１２及び後端縁１１４がそれぞれ
翼形部前縁６０及び後縁６２からのそれぞれの距離１１
６及び１１８となるように、翼形部翼弦８４より小さ
い。更に、空洞１００は、翼形部６４の半径方向スパン
より小さい、下端縁１２２から上端縁１２４までの高さ
１２０を有する。例示的な実施形態では、空洞１００
は、丸みのある角部１２６を備える実質的に矩形の形状
を有する。あるいは、空洞１００は、非矩形の形状でも
よい。空洞の前端縁１１２及び後端縁１１４はそれぞ
れ、角部１２６で、空洞の下端縁１２２及び上端縁１２
４それぞれと接続され、空洞１００の外周を形成する。
【００１７】ダンパ装置９０は、複数のダンパ減衰材料
層１３０、抑制層１３２、及びカバーシート１４４を備
える。１つの実施形態では、減衰材料層１３０は、粘弾
性材料（ＶＥＭ）で作られる。第１の減衰材料層１３６
は、空洞１００の後壁１３８に当てて、空洞１００内に
埋設されている。より具体的には、減衰材料層１３６
は、空洞後壁１３８に当てて空洞下端縁１２２から距離
１３９のところに埋設される。減衰材料層１３６と空洞
下端縁１２２の間には接着剤１４０が延びている。
【００１８】抑制層１３２は、減衰材料層１３６に当て
て空洞１００内に挿入される。１つの実施形態では、抑
制層１３２は、チタンできている。より具体的には、抑
制層１３２は、空洞の上端縁１２４と下端縁１２２それ
ぞれの間に延び、接着剤１４０で減衰材料層１３６に当
てて所定の位置に保持される。１つの実施形態では、接
着剤１４０は、ミネソタ州５５１４４のセントポールの
３Ｍ ＢｏｎｄｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓから市販されてい
るＡＦ１９１である。別の実施形態では、ダンパ装置９
０は、互いに隣接して積層され、接着剤１４０で互いに
保持される複数の抑制層１３２を備える。
【００１９】第２の減衰材料層１３４は、抑制層１３２
に当てて空洞１００内に埋設される。第２の減衰材料１
４４は、空洞の上端縁１２４と下端縁１２２それぞれの
間に延びる。従って、抑制層１３２は、各減衰材料１３
０の間に延びる。
【００２０】ダンパ装置のカバーシート１４４は、空洞
の幅１１０よりも広く、翼形部翼弦８４（図２に示す）
より狭い幅１５０を有する。１つの実施形態では、ダン
パ装置のカバーシート１４４は、チタンで作られる。ダ
ンパ装置のカバーシート１４４はまた、空洞の高さ１２
０よりも大きく、翼形部６４の半径方向スパンよりも小
さい高さ１５２を有する。例示的な実施形態では、ダン
パ装置のカバーシート１４４は、実質的に矩形の外形を
有し、丸みのある下部角部１５４を備える。別の実施形
態では、ダンパ装置のカバーシート１４４は、非矩形の
外形を有する。
【００２１】ダンパ装置のカバーシート１４４は、空洞
の周辺部１２８周りに延びて接着剤１４０でロータブレ
ード翼形部６４にシール接触した状態で取り付けられ
る。より具体的には、ダンパ装置のカバーシート１４４
は、カバーシート１４４の下端縁１６２と空洞の下端縁
１２２の間の距離１６０がカバーシート１４４の上端縁
１６６と空洞の上端縁１２４の間の距離１６４よりも大
きくなるように、翼形部空洞１００に対して設置され
る。更に、カバーシート１４４は、カバーシート１４４
の側端縁１７２の各々と空洞のそれぞれ前端縁１１２及
び後端縁１１４の各々との間の距離１７０がほぼ等しい
か、又はカバーシートの距離１６０より小さくなるよう
に、翼形部の空洞１００に対して設置される。１つの実
施形態では、距離１６０は、距離１６４のほぼ２倍であ
る。ダンパ装置のカバーシート１４４は、翼形部６４に
シール接触した状態で取り付けられるため、カバーシー
ト１４４は、ロータ組立体４０を通る高温燃焼ガスに曝
されないように減衰材料層１３０を遮蔽する。
【００２２】接着剤１４０は、それぞれの空洞の端縁１
１２、１１４、１２２、１２４の各々と、それぞれのカ
バーシートの端縁１７２、１７２、１６２、１６６の各
々との間に延びる。従って、空洞の下端縁１２２とカバ
ーシートの下端縁１６２との間の方が他の空洞の端縁１
１２、１１４、１２４とそれぞれのカバーシートの端縁
１７２、１７２、１６６との間よりも、多くの接着剤１
４０が延びている。
【００２３】作動中、ロータ組立体４０が回転すると、
減衰材料層１３０により振動を減衰することが可能にな
る。より具体的には、翼形部６４と抑制層１３２の間の
第１の減衰材料層１３６内、及び抑制層１３２とカバー
シート１４４の間の第２の減衰材料層１３４内に誘起さ
れる剪断ひずみにより振動を減衰することができる。空
洞の下端縁１２２とカバーシートの下端縁１６２の間に
配置された接着剤１４０は、翼形部６４内に誘起された
遠心力荷重を担持することができるが、弦方向の曲げ振
動時に第１の減衰材料層１３６がひずむのは阻止しな
い。
【００２４】更に、作動中、ダンパ装置のカバーシート
１４４は、抑制層１３２が減衰材料層１３０から剥離す
るのを防止する。更に、ダンパ装置のカバーシート１４
４は接着剤１４０で翼形部６４に取り付けられているの
で、ロータ組立体４０回転時には、カバーシート１４４
は、第２の減衰材料層１３４内に剪断ひずみを誘起して
ダンパ装置９０内の振動減衰を促進する。
【００２５】上記で説明したロータ組立体は、コスト効
率がよく、高い信頼性がある。ロータ組立体は、各ロー
タブレードに誘起される振動を減衰することができるダ
ンパ装置を備える。より具体的には、ダンパ装置は、減
衰材料の少なくとも１つの層、抑制層、及びカバーシー
トを備える。抑制層は、接着剤で翼形部の空洞内に取り
付けられる。カバーシートはまた、カバーシートが翼形
部にシール接触した状態となるように、接着剤で空洞の
周辺部周りに延びる翼形部に取り付けられる。作動中、
接着剤は、ロータブレードに誘起される遠心力荷重を担
持し、同時に、減衰材料内に発生した剪断ひずみは振動
を減衰する。その結果、ダンパ装置は、ロータ組立体に
誘起される振動力を減衰することができる。
【００２６】本発明を様々な特定の実施形態に関して説
明したが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術
的範囲内の変形形態で実施することができることは、当
業者には明らかであろう。なお、特許請求の範囲に記載
された符号は、なんら発明の技術的範囲を実施例に限縮
するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】 図１に示すガスタービンエンジンに使用する
ことができる、ダンパ装置を備えるロータ組立体の部分
断面図。
【図３】 図２に示すダンパ装置の一部の拡大正面図。
【図４】 図３に示すダンパ装置の側面図。
【符号の説明】
６０ 翼形部前縁 ６２ 翼形部後縁 ６４ 翼形部 ７６ 翼形部負圧側面 ７８ 翼形部正圧側面 ９０ ダンパ装置 １００ 空洞 １０２ 翼形部外面 １３０ 減衰材料層 １３２ 抑制層 １３４ カバーシート １３６ 第１の減衰材料層 １３８ 空洞後壁 １４０ 接着剤 １４４ 第２の減衰材料層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デビッド・ウィリアム・クラル アメリカ合衆国、オハイオ州、ラブラン ド、クリアーフィールド・コート、6563番 Ｆターム(参考） 3G002 BA02 BB03

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半径方向外側リム（５０）と、該半径方
    向外側リムから半径方向外方に延びそれぞれが一対の対
    向する側壁（７６、７８）を備える翼形部（６４）を含
    む複数のロータブレード（５６）とを備えるガスタービ
    ンエンジン用ロータ組立体（４０）に誘起される振動を
    減衰することができるように該ロータ組立体を作製する
    方法であって、 各ロータブレード翼形部内に、前記翼形部の第１側壁か
    ら前記翼形部の第２側壁に向かって内方に延びる空洞
    （１００）を形成する段階と、 前記翼形部に隣接させて前記翼形部空洞内に減衰材料の
    第１の層（１３６）を埋設する段階と、 前記減衰材料の第１の層に隣接するように接着剤（１４
    ０）で前記翼形部に抑制層（１３２）を取り付ける段階
    と、 前記翼形部にシール接触した状態で前記翼形部空洞の周
    辺部（１２８）の周りに延びるように接着剤（１４０）
    で前記翼形部にカバーシート（１４４）を取り付ける段
    階と、を含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 各ロータブレード翼形部（６４）内に空
    洞（１００）を形成する前記段階は、各ロータブレード
    翼形部内に空洞を機械加工する段階を更に含むことを特
    徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記抑制層（１３２）が前記減衰材料の
    第１の層（１３６）と減衰材料の第２の層との間に位置
    するように、前記翼形部空洞（１００）内に減衰材料の
    第２の層（１３４）を埋設する段階を更に含むことを特
    徴とする、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 減衰材料の第１の層（１３６）を埋設す
    る前記段階は、前記翼形部（６４）に隣接させて前記翼
    形部空洞（１００）内に粘弾性材料の第１の層（１３
    ０）を埋設する段階を更に含むことを特徴とする、請求
    項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 カバーシート（１４４）を前記翼形部
    （６４）に取り付ける前記段階は、接着剤（１４０）で
    前記翼形部にチタン製のカバーシートを取り付ける段階
    を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 ガスタービンエンジン（１０）用ロータ
    組立体（４０）であって、該ロータ組立体は、半径方向
    外側リム（５０）と、該半径方向外側リムから半径方向
    外方に延びる複数のロータブレード（５６）とを備える
    ロータ（４４）を含み、前記ロータブレードの各々は、
    翼形部（６４）とダンハ゜装置（９０）とを含み、該ダ
    ンハ゜装置は、減衰材料の少なくとも１つの層（１３
    ０）とカバーシート（１４４）とを含み、該カバーシー
    トは接着剤（１４０）で前記ロータブレード翼形部に取
    り付けられていることを特徴とするロータ組立体（４
    ０）。
  7. 【請求項７】 前記ロータブレード翼形部（６４）の各
    々は、第１側壁（７６）と、第２側壁（７８）と、その
    間の空洞（１００）とを含み、該空洞は、前記第１側壁
    から前記第２側壁に向かって部分的に延びており、前記
    ダンパ装置のカバーシート（１４４）は、前記側壁の空
    洞の外周よりも大きい外周を有することを特徴とする、
    請求項６に記載のロータ組立体（４０）。
  8. 【請求項８】 前記ダンパ装置のカバーシート（１４
    ４）は、前記側壁の空洞（１００）がシールされるよう
    に前記翼形部（６４）に取り付けられる形状にされてい
    ることを特徴とする、請求項７に記載のロータ組立体
    （４０）。
  9. 【請求項９】 前記減衰材料（１３０）は、前記カバー
    シート（１４４）により前記空洞（１００）内に固着さ
    れることを特徴とする、請求項７に記載のロータ組立体
    （４０）。
  10. 【請求項１０】 前記ダンパ装置（９０）は、接着剤
    （１４０）で前記翼形部（６４）に取り付けられた抑制
    層（１３２）を更に含むことを特徴とする、請求項６に
    記載のロータ組立体（４０）。
  11. 【請求項１１】 前記減衰材料（１３０）は粘弾性材料
    を含み、前記ダンパ装置（９０）は、少なくとも１つの
    抑制層（１３２）を含むことを特徴とする、請求項６に
    記載のロータ組立体（４０）。
  12. 【請求項１２】 前記抑制層（１３２）は、隣接する減
    衰材料層（１３０）の間に位置することを特徴とする、
    請求項１１に記載のロータ組立体（４０）。
  13. 【請求項１３】 半径方向外側リム（５０）と、該半径
    方向外側リムから半径方向外方に延びる複数のロータブ
    レード（５６）とを備えるロータ（４４）を含むロータ
    組立体（４０）を含むガスタービンエンジン（１０）で
    あって、前記ロータブレードの各々は、翼形部（６４）
    とダンハ゜装置（９０）とを含み、該ダンハ゜装置は、
    減衰材料の少なくとも１つの層（１３０）とカバーシー
    ト（１４４）とを含み、該カバーシートは、前記減衰材
    料が前記翼形部と前記ダンパ装置のカバーシートとの間
    に位置するように接着剤（１４０）で前記ロータブレー
    ド翼形部に取り付けられており、前記ダンパ装置は、前
    記ロータブレードに誘起される振動を減衰するように構
    成されていることを特徴とするガスタービンエンジン
    （１０）。
  14. 【請求項１４】 前記ロータ組立体のロータブレード翼
    形部（６４）の各々は、第１側壁（７６）と、第２側壁
    （７８）と、前記翼形部の第１及び第２側壁の間に位置
    するように前記第１側壁の外面から内方に延びる空洞
    （１００）とを含み、前記ダンパ装置の減衰材料（１３
    ０）は、前記空洞内に位置することを特徴とする、請求
    項１３に記載のガスタービンエンジン（１０）。
  15. 【請求項１５】 前記ロータ組立体のダンパ装置（９
    ０）のカバーシートは、接着剤（１４０）で前記ロータ
    組立体のロータブレード翼形部（６４）に取り付けられ
    ることを特徴とする、請求項１４に記載のガスタービン
    エンジン（１０）。
  16. 【請求項１６】 前記ロータ組立体のダンパ装置（９
    ０）は、接着剤（１４０）で前記ロータ組立体のロータ
    ブレード翼形部（６４）に取り付けられた少なくとも１
    つの抑制層（１３２）を更に含むことを特徴とする、請
    求項１４に記載のガスタービンエンジン（１０）。
  17. 【請求項１７】 前記ロータ組立体のダンパ装置の抑制
    層（１３２）は、前記翼形部空洞（１００）内で前記減
    衰材料（１３０）と前記カバーシート（１４４）の間に
    位置することを特徴とする、請求項１６に記載のガスタ
    ービンエンジン（１０）。
  18. 【請求項１８】 前記ロータ組立体のダンパ装置の抑制
    層（１３２）は、前記翼形部空洞（１００）内で前記減
    衰材料の第１の層と前記減衰材料の第２の層との間に位
    置することを特徴とする、請求項１６に記載のガスター
    ビンエンジン（１０）。
  19. 【請求項１９】 前記ロータ組立体のダンパ装置の減衰
    材料（１３０）は、粘弾性材料を含むことを特徴とす
    る、請求項１４に記載のガスタービンエンジン（１
    ０）。
  20. 【請求項２０】 前記ロータ組立体のダンパ装置のカバ
    ーシート（１４４）は、前記翼形部空洞（１００）の周
    りにシール接触した状態で前記翼形部（６４）に取り付
    けられることを特徴とする、請求項１４に記載のガスタ
    ービンエンジン（１０）。
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