JP2008261332A - ファンブレード - Google Patents

Abstract

【課題】ファンブレードの数を削減することを可能にすると同時に、十分な性能を提供するファンブレードを提供すること。
【解決手段】本発明は、ブレードの分野に関し、特にターボジェット向けのファンブレード、特に航空型のファンブレードに関する。
その目的は、その特徴が、ファンブレードの数を削減することを可能にすると同時に、十分な性能を提供するファンブレードを提供することである。
本発明によれば、ファンブレードは、半径方向Ｚにおいて重ねられた複数の空気力学的部品を備え、空気力学的プロファイルの数が、１つの空気力学的部品から別の空気力学的部品へと変化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブレードの分野に関し、特にターボジェット向けのファンブレード、特に航空型のファンブレードに関する。

ターボジェットは従来、圧縮機、燃焼室およびタービンを備える。圧縮機の目的は、燃焼室に供給される空気の圧力を増大することである。タービンの目的は、燃焼室から出る高温ガスの圧力エネルギの一部を取り出し、それを機械エネルギに変換することによって、圧縮機の回転を駆動することである。

ターボジェットは、「バイパス」型、すなわち、２つの気流、一次流れおよび二次流れが通過する型であってもよい。一次流れは、圧縮ステージであるファンを駆動するために、１つまたは複数のタービンが追加される単一の流れのターボジェットを構成する要素によって生成される。このファンは、大型サイズのブレードを装備する。このファンブレードは、二次流れを生成する。ファンは、その中を通過するガスの圧力をわずかに増大するが、その直径が大きいため、推進のために生成されるエネルギは高い。

ターボファンとしても知られるファンを備えたターボジェットの１つの知られている例は、ここ数十年、世界のいたるところにある数々の航空機に搭載したＣＦＭ（登録商標）５６である。ＣＦＭ（登録商標）５６の連続シリーズでは、ファンブレードの数における段階的な減少が見られている。

ターボジェットにおけるファンブレードの数の減少は、ターボジェットの質量の著しい減少および調達コストおよび保守コストの削減を可能にする限り、有利である。しかし、ブレードの数におけるこの削減は、ターボジェット性能を犠牲にして行われてはならない。好ましくは、ブレードの翼弦長における増大は、ターボジェットのサイズ、したがって質量を制限するために、回避されるべきである。

ブレードの数を段階的に削減することは、英語では「ｐｉｔｃｈ ｔｏ ｃｈｏｒｄ ｒａｔｉｏ（節弦比）」としてよく知られている相対的なピッチを増大することを伴い、同じ翼弦長の場合には、ブレード間の距離、すなわち、２つの連続ブレードを隔てる距離を増大することを伴う。

節弦比は、比ｓ／Ｃとして定義され、
ｓは、ブレード間のピッチ（ｓ＝２πＲ／Ｎ）を表し、Ｎは、ブレード付きディスクにおけるブレードの数であり、
Ｃは、ブレードの高さに関して考慮された半径Ｒにおけるプロファイルの翼弦を表し、翼弦Ｃは、ブレードの前縁を後縁に接続するセグメントの長さを表す。

本発明の目的は、その特徴が、ファンブレードの数を削減することを可能にすると同時に、十分な性能を提供するファンブレードを提供することである。

この目的のために、本発明は、半径方向Ｚにおいて重ねられた複数の空気力学的部品を備え、空気力学的プロファイルの数が、１つの空気力学的部品から別の空気力学的部品へと変化するバイパスターボジェットファンブレードに関する。

１つの空気力学的部品は、少なくとも１つの空気力学的プロファイルによって与えられる空気力学的特性を有し、各空気力学的プロファイルは、吸い込み面、圧力面、前縁および後縁を備える。

半径方向Ｚは、ブレードの本質的に長手方向に対応する。この方向は、上記ブレードが、動作中、習慣的に位置決めされるターボジェットの回転軸Ｘから通じる半径に対応することから、当業者によって半径方向と普通呼ばれる。

選択として、本発明によるファンブレードは、半径方向Ｚにおいて重ねられる下部空気力学的部品および上部空気力学的部品を備え、各空気力学的部品は、少なくとも１つの空気力学的プロファイルを有し、上部空気力学的部品の空気力学的プロファイルの数は、下部空気力学的部品の空気力学的プロファイルの数より多い。

本発明の意味の中で、上部空気力学的部品は、上記ブレードが、動作中、習慣的に位置決めされるターボジェットの回転軸Ｘから最も遠いブレードのその部品を指し、下部空気力学的部品は、ターボジェットの回転軸Ｘに最も近いブレードのその部品を指す。

選択として、下部空気力学的部品は、単独の空気力学的プロファイルを有し、上部空気力学的部品は、少なくとも２つの空気力学的プロファイルを有する。

選択として、同一の空気力学的部品の空気力学的プロファイルは、同じである。

本発明によるファンブレードは、下部空気力学的部品および上部空気力学的部品を分離するプラットフォームをさらに備えてもよい。このプラットフォームは、特に、バイパスターボジェットにおいて二次流れから一次流れを分離するために、エアスプリッタを構成してもよい。

本発明はまた、その下端部によってハブに固定されるか、またはその上端部によって回転ケーシングに固定されるかのいずれかである少なくとも１つのファンブレードを備えるターボジェットに関する。

本発明の他の利点および特徴は、非限定例によって提供される添付図面を参照して、以下の詳細な説明を読めば、明白となるであろう。

図１および図２は、旋回軸Ｘのハブ２の上に位置決めされた本発明による３つのファンブレード１を示している。ハブ２の旋回軸Ｘは、ターボジェットの回転軸Ｘと一致している。

本発明によるファンブレード１は、軸Ｘから半径方向に延在し、下部空気力学的部品１１および上部空気力学的部品１２を備える。

下部空気力学的部品１１は、１つの空気力学的プロファイルからなる。

図１および図２に示されている実施例において、ファンブレード１の上部空気力学的部品１２は、２つの空気力学的プロファイル１４を備える。３つ以上の空気力学的プロファイル１４を備えるファンブレード１に関する本発明の実施形態の別の形態もまた、考えられる。３つの空気力学的プロファイル１４を備えるファンブレード１もまた、有利である。このようなブレードは、図２において点線で示されている。これらの空気力学的プロファイル１４は、好ましくは同一であり、半径方向に向けられている。

ファンブレード１の上部空気力学的部品１２が、少なくとも２つの空気力学的プロファイルを備える場合には、ブレードの数は増大し、これは、ブレードの上部空気力学的部品１２における節弦比を相当減少させる。したがって、ファンブレード１の上端部１６における節弦比は、圧縮比が十分であるさらに限定された値を有する。

ファンブレードの下部空気力学的部品１１でより高い節弦比を維持することによって、十分に高い流量で一次流れを提供することを困難にする場合に起こる可能性のある空気力学的ロック問題を防止することを可能にする。

プラットフォーム１０は、ファンブレード１の上部空気力学的部品１２から下部空気力学的部品１１を分離する。このプラットフォーム１０は、空気力学的プロファイル１３の上端部を他の２つの空気力学的プロファイル１４の下端部に接続する。一次流れおよび二次流れの流れに起こりうる外乱を最小に生じるために、このプラットフォーム１０は、一次流れおよび二次流れが形成するファンブレード１における点に置くことが必要である。選択として、プラットフォーム自体は、二次流れから一次流れを分けるエアスプリッタを構成する。

選択として、プラットフォーム１０は、ゆだねやすい空気の流れを誘導するための空気力学的形状を有する。

プラットフォーム１０はまた、隣接（ｃｏｎｔｉｇｕｏｕｓ）型であってもよく、すなわち、吊り下がっているファンブレード１がハブ２の上に適切に位置決めされる場合には、隣接するプラットフォーム１０の相補的かつ同一の形状を採用することができる形状を有する。

図６に示される第１の実施形態によれば、ファンブレード１は、その下端部１５によってハブ２に固定され、その上端部１６は自由である。取り付けは、当業者にとって知られている技術、たとえば、下端部１５に位置するほぞとハブ２にあるほぞ穴における摺動との間の協働などを用いて行われてもよい。

有利には、空気力学的プロファイル１３および１４の軸方向のサイズは、たとえば、互いに直面する場合には、実質的に同一であってもよい。このように、たとえば、プラットフォーム１０で、空気力学的プロファイル１３の軸方向のサイズは、空気力学的プロファイル１４の軸方向のサイズと同一である。その結果、プラットフォーム１０で、空気力学的プロファイル１３および１４の前縁は、軸方向に整列される。同様に、プラットフォーム１０で、空気力学的プロファイル１３および１４の後縁もまた、軸方向に整列される。

この第１の実施形態において、ファンブレード１は従来、ハブ２の軸Ｘに対して半径方向Ｚにおいて引張応力を受ける。

図４に示される第２の実施形態によれば、ファンブレード１は、その上端部１６のそれぞれによって軸Ｘの回転ケーシング３に固定され、その下端部１５は可能であれば自由である。回転ケーシング３は、ファンの周囲にあり、ファンに固定されるシェルリングの形態である。回転ケーシング３およびファンブレード１によって形成される組立体は、軸Ｘを中心にして回転されることができる。組立体の回転駆動は、回転ケーシング３をターボジェットのタービンに機械的に接続する歯車系４によって行われる。

この第２の実施形態はまた、ブレードとブレードの周囲のケーシング３との間のクリアランスを排除する目的も有する。

この第２の実施形態において、ファンブレード１は、圧縮応力を受ける。この構成は、機械的構成要素が、引張応力より圧縮応力によりよく耐えることができるために、有利である。

さらに、本発明によるファンブレード１の特殊な形状は、その良好な機械的な完全性に寄与する。ファンが回転するとき、遠心力が空気力学的プロファイル１３およびプラットフォーム１０を回転ケーシング３に向かって半径方向の外向きに押す。この構成要素１０および１３によって与えられた応力は、有利には、ファンブレード１の上部空気力学的部品１２の２つの空気力学的プロファイル１４の上に広がる。したがって、ファンブレード１の座屈、すなわち、通常の圧縮負荷に起因する横方向の変形の危険性は、低い。

上部空気力学的部品１６を介したファンブレード１の取り付けはまた、ファンブレード１の上端部１６と回転ケーシング３との間のクリアランスが存在しなくなるために、ターボジェットの効率に関して利点を提供する。このように、ターボジェットのさらに伝統的な設計におけるこのクリアランスに起因する効率の損失は、なくなる。

さらに、取り付けのこのタイプは有利には、ハブＲｉ／Ｒｅ比、すなわち、内側半径Ｒｉと外側半径Ｒｅとの間の比を低減することによって、ターボジェットの質量を減少させることを可能にする。Ｒｉは、ターボジェットの軸（Ｘ）に最も近いブレード１の前縁上の点までの距離であり、Ｒｅは、上記軸（Ｘ）から最も遠いブレード１の前縁上の点までの距離である。この第２の実施形態において、ブレードを取り付けるために、ハブ２がもはや用いられないため、内側半径は、小さくすることができ、またはゼロであってもよい。１つの極端な事例において、ターボジェットは、ファンブレード１用のハブ２を有さなくてもよい。同外側半径Ｒｅの場合には、ハブ２の質量は、このように小さくすることができ、またはゼロであってもよい。このように、ターボジェットの質量は、削減される。

ハブに位置決めされる本発明によるファンブレードの前面図を示す。 ハブに位置決めされる本発明によるファンブレードの斜視図を示す。 本発明の第１の実施形態によるファンブレードの側面図を示す。 本発明の第２の実施形態によるファンブレードの側面図を示す。

符号の説明

１ ファンブレード
２ ハブ
３ 回転ケーシング
４ 歯車
１０ プラットフォーム
１１ 下部空気力学的部品
１２ 上部空気力学的部品
１３、１４ 空気力学的プロファイル
１５ ファンブレード１の下端部
１６ ファンブレード１の上端部
Ｘ 回転軸

Claims (11)

1. 半径方向において重ねられる下部空気力学的部品および上部空気力学的部品を備え、下部空気力学的部品が、単一の空気力学的プロファイルを有し、上部空気力学的部品が少なくとも２つの空気力学的プロファイルを有する、バイパスターボジェットファンブレード。
2. 同一の空気力学的部品の空気力学的プロファイルは、同じである、請求項１に記載のファンブレード。
3. 下部空気力学的部品および上部空気力学的部品を分離するプラットフォームを備える、請求項１または２に記載のファンブレード。
4. プラットフォームは、隣接型である、請求項３に記載のファンブレード。
5. プラットフォームは、エアスプリッタを構成する、請求項３または４に記載のファンブレード。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の複数のファンブレードを備える、ファン。
7. 請求項１から５のいずれか一項に記載の複数のファンブレードを備える、ターボジェット。
8. ファンブレードは、その下端部によってハブに固定される、請求項７に記載のターボジェット。
9. ファンブレードは、その上端部のそれぞれによってターボジェットの回転ケーシングに固定される、請求項７に記載のターボジェット。
10. 回転ケーシングは、ターボジェットのタービンに歯車系によって接続される、請求項９に記載のターボジェット。
11. ファンブレードに関してハブがない、請求項９または１０に記載のターボジェット。

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