JP2009542973A - 航空機のタービン・エンジン - Google Patents

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Abstract

本発明によれば、吸気口(２)の内壁とファン(３)のハウジングは、それらの端部(５.１Ｒ、１２.１Ｒ)により組み合わせられ、繊維とレジンとの複合体材料片から作成されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は航空機のタービン・エンジン、特にこのようなタービン・エンジンの吸気口とファン・ケーシングと間の連結に関する。
既知のタービン・エンジンでは、吸気口の内壁とファン・ケーシングは金属製であり、上記吸気口の内壁の後端と上記のファン・ケーシングの前端とは協働作用をする周方向突出フランジを有し、固定具(螺子、ボルト等)を用いて上記の吸気口と上記のファン・ケーシングとが結合でき、その固定具の軸はタービン・エンジンの長手方向軸に対し平行であり、上記固定具は上記のフランジを通過する。
レジンと繊維との複合体の機械的、熱的および質量特性があれば、上記吸気口の内壁とファン・ケーシングとはそのような複合体で作成された構成要素の形態で全体を作成することは望ましい。然し、これを遂げる目的でなされたテストにより、上記の繊維は使用中、上記の周方向フランジと、上記の内壁と上記のファン・ケーシングとの残りの筒状部分が合致する９０度のエルボで薄層に剥離し、この剥離により上記の構成要素の機械的強度がかなり落ち、この構成要素を破壊さえするので望ましくないことが証明された。
本発明の目的はこの短所を解消することである。
このため、本発明によれば、航空機のタービン・エンジンは長手方向の軸を有し、
− 筒状内壁を備えた吸気口と、
− 上記の吸気口により空気が供給され、同様に筒状であるケーシングに包まれているファンとからなり、
上記吸気口の内壁の後端と上記のファンのケーシングの前端とは、螺子、ボルト等の固定具を用いて結合されたものであって、
− 上記吸気口の内壁と上記ファン・ケーシングとである構成要素の少なくとも１つはレジンと繊維との複合体で作成され、
− 上記吸気口の内壁の上記後端と上記ファン・ケーシングの前端とは、上記の内壁とファン・ケーシングとを結合するのに用いられる周方向フランジ等の突出物のない、一様のものであり、
− 上記の固定具の軸はタービン・エンジンの上記の長手方向軸に対し少なくとも６０度の角度をなすことを特徴とする。
よって、本発明によれば、上記の吸気口の内壁と上記ファン・ケーシングである複合体製構成要素に連結用フランジを作製する必要をなくすことができ、従って、上記のフランジが連結されているエルボでの薄層への剥離の危険が回避される。
上記の吸気口の内壁と上記のファン・ケーシングとの両方ともレジンと繊維との複合体で作製され、固定具の軸はタービン・エンジンの上記の長手方向の軸に対し少なくともほぼ直交している。
本発明の第１実施例では、上記の吸気口の内壁の後端とファン・ケーシングの前端とは入れ子式に嵌め合わせられており、上記の固定具は、入れ子式に嵌め合わせられている上記の前端と後端との一部分を貫通する。端部がこのように入れ子式に嵌め合わせられている場合、上記の吸気口の内壁の後端は上記ファン・ケーシングの前端に侵入するか、あるいは又、ファン・ケーシングの前端が上記の吸気口の後端に侵入する。加えて、上記の端部は、前端と後端とが直接接触して、あるいは少なくとも一つのスペーサ・リングが上記の前端と後端との間に介在して入れ子式に嵌め合わせられている。勿論、後者の場合、上記の固定具は、又、一つあるいは複数のスペーサ・リングを貫通する。更に、どのように一部分が入れ子式に嵌め合わせられているかに拘わらず、接触面は筒状あるいは円錐状である。
第２実施例では、上記の吸気口の内壁の後端とファン・ケーシングの前端とはこれらが侵入する(単一品としてあるいは幾つかの角度を持って配分された区分に作成された)連結用リングを介して結合され、固定具が、相互に対面する、上記の連結リングと上記の吸気口の内壁の後端との一部分を貫通し、その他の固定具が相互に対面する、上記の連結リングと上記のファン・ケーシングの前端との一部分を貫通する。再度、一方では、上記の連結リングと、他方では、上記の前後端との間での接触面は筒状あるいは円錐状である。任意で、上記の連結リングは横断隔壁を有してもよい。
本発明の実施例がなんであれ、
− 上記の固定具の少なくとも１つがボルトであって、そのナットが上記の前端と後端との一方あるいは他方に捕らえられ、
− 上記の固定具の少なくとも幾つかは上記の前端あるいは後端の一方に可塑変形可能な部材を介して連結されて、ファン・ケーシングを打撃する、破壊したファン・ブレードのエネルギーが少なくとも部分的に吸収され、
− センターリング(中心決め)手段が、タービン・エンジンの長手方向軸の周囲に前端と後端の一方を他方に正確に位置決めするのに用いられることを確実にできる。
上記の吸気口の内壁とファン・ケーシングとが作成されている複合体は炭素繊維、グラス・ファイバー、ホウ素繊維、炭化珪素繊維等を含み、更に、上記の内壁とファン・ケーシングとはどの既知の方法 (フィラメントの巻回、コイル状の巻回、ひだ状繊維あるいはプリプレグ(prepregs)織物等)により得られる。
添付図面の図により本発明がどのように実施されるかがより簡単に理解される。これらの図中同一符号は同一要素を示す。
その前部分が図１に部分的に略示されている既知のタイプのタービン・エンジン１は長手方向軸Ｌ−Ｌを有する。上記の前部分は本質的に筒状吸気口２とファン３とからなる。
上記の筒状吸気口２は先縁４を有し、例えば、アルミニウムで作成された金属製筒状内壁５を備え、この内壁５は内側で防音筒状カバー６を支持する。外側カウル７が上記の吸気口を囲み、上記の内壁５と共に、上記の前縁４の反対側で環状後方隔壁９により閉鎖されている、断面環状の室８を形成する。
ファン３はブレード１０を有し、例えば、アルミニウムで作成された、金属製筒状構成要素１２からなるファン・ケーシング１１により囲まれており、上記の筒状構成要素１２は内側で防音筒状カバー１３を支持する。
吸気口２の後端２Ｒとファン・ケーシング１１の前端１１Ａとは結合面Ｊに沿って結合されている。
図２で拡大して示されているように、後端２Ｒと前端１１Ａとは、内壁５と筒状構成要素から外側に突出する２つの協働する環状フランジ１４と１５とを用いて組み合わされていて、ボルト１６により相互に押圧され、そのボルト１６の軸ｌ−ｌは長手方向軸Ｌ−Ｌに平行であり、上記ボルト１６は上記のフランジ１４と１５とに開けられた、対向する穿孔１７と１８とを貫通する。図２の既知の例では、環状フランジ１４は内壁１５に取り付けられ、ボルト１９と２０とによりこれに結合されている。その反対に、この例では、フランジ１５は筒状構成要素１２と単一品として機械加工されている。
更に、各ボルト１６とスリーブ２１が組み合わされており、このスリーブ２１にはボルト１６が貫通していて、このボルト１６により上記のフランジ１５にスリーブ２１が固定されている。上記のスリーブ２１は軸方向に可塑的に圧縮されるように作成されている。よって、ファン３のブレード１０が破壊し、ケーシング１１を打撃すると、その衝撃エネルギーは、上記のスリーブ２１により少なくとも部分的に吸収される。
図３から図８は図２に匹敵する図であって、本発明による実施例を示し、この実施例では、吸気口２の内壁とファン・ケーシング１１とは、それぞれ、レジンと繊維との複合体製筒状構成要素５.１から５.６と、１２.１から１２.６とからなり、それらの端部２Ｒと１１Ａとには突出フランジはなく、タービン・エンジンの長手方向軸Ｌ−Ｌに直交する固定具２２.１から２２.３と３２.４から３４.４とを用いて組み合わせられる。
図３の実施例では、吸気口２の内壁を形成し、内側防音カバー６を支持する、複合体製筒状構成要素５.１は、ファン・ケーシング１１を形成し、内側防音カバー１３を支持する、複合体製筒状構成要素１２.１より直径は小さい。これは複合体製構成要素５.１の後端５.１Ｒは、好ましくは少量の摩擦で、複合体製構成要素１２.１の前端１２.１Ａに侵入する。複合体製構成要素５.１と１２.１とは横断ボルト２２.１により組み合わせられ、そのボルト２２.１の軸ｘ.１−ｘ.１はタービン・エンジンの長手方向軸Ｌ−Ｌに対し直交し、上記のボルト２２.１は相互に対面する端部５.１Ｒと１２.１Ａとを貫通する。ボルト２２.１のナット２３.１は、例えば、中央線のみで示されている螺子２４.１を用いて複合体製構成要素５.１の内壁に捕らえられる。
図４に示されている代替形態では、吸気口２の内壁を形成し、内側防音カバー６を支持する、複合体製筒状構成要素５.２は、ファン・ケーシング１１を形成し、防音カバー１３を支持する、複合体製筒状構成要素１２.２より直径は大きい。加えて、複合体製構成要素５.２の後端５.２Ｒは内側円錐状であり、複合体製構成要素１２.２は外側円錐状である。よって、前端１２.２Ａは後端５.２Ｒに侵入でき、そこで、これらの端部の接触面２５は円錐状である。複合体製構成要素５.２と１２.２とは貫通ボルト２２.２により組み合わせられ、そのボルト２２.２の軸ｘ.２−ｘ.２はタービン・エンジン１の長手方向軸Ｌ−Ｌに直交し、上記のボルト２２.２は相互に対面する端部５.２Ｒと１２.２Ａとを貫通する。上記のボルト２２.２のナット２３.２は前端１２.２Ａの内側に取り付けられている構成要素２６.２に捕らえられる。
図５に略示されているアセンブリは吸気口２の内壁を形成し、内側防音カバー６を支持する複合体製筒状構成要素５.３と、ファン・ケーシング１１を形成し、防音カバー１３を支持する複合体製筒状構成要素１２.３とからなる。構成要素５.３の後端５.３Rは幾らかの隙間を開けて構成要素１２.３の前端１２.３Ａを囲み、円錐形の結合面２９を備えた筒状パッキング片２７、２８のシステムが上記の端部５.３Ｒと１２.３Ａとの間に介在されている。これらの端部５.３Ｒと１２.３Ａとパッキング片２７、２８とを横断ボルト２２.３が貫通しており、この横断ボルトの軸ｘ.３-ｘ.３はタービン・エンジン１の長手方向軸Ｌ−Ｌに直交し、上記の複合体製構成要素５.３と１２.３とを結合する役割を果たす。ボルト２２.３のナット２３.３は前端１２.３Ａに取り付けられている構成要素２６.３に捕らえられる。
図６の実施例では、吸気口２の内壁を形成し、防音カバー６を支持する複合体製構成要素５.４の後端５.４Ｒと、ファン・ケーシング１１を形成し、防音カバー１３を支持する複合体製構成要素１２.４の前端１２.４Ａは連結リング３０を用いて結合され、連結リング３０の両端に後端５.４Ｒと前端１２.Ａとが嵌めこまれる。この連結リング３０は少なくともほぼ結合面Ｊを表す横断壁３１を有し、横断ボルト３２.４、３３.４および３５.４は、それらの各軸ｘ４−ｘ４、ｘ５−ｘ５、ｘ６−ｘ６がタービン・エンジン１の長手方向軸Ｌ−Ｌに直交し、上記の連結リング３０を用いて構成要素５.４と１２.４とを結合する。ボルト３２.４、３３.４および３４.４とのナットの少なくとも幾つかは構成要素５.４あるいは構成要素１２.４に捕らえられ、環状後方隔壁９は構成要素５.４にボルト３４.４により結合される。
図７の実施例は図６のものと酷似しているが、連結リング３５が連結リング３０と換わっており、(壁３１と類似する)横断壁を有しない。
同じことが図８、９および１１の実施例にも言え、これらの実施例では、(それぞれ吸気口２の内壁とファン・ケーシング１１とを形成し、それぞれ防音カバー６と１３とを支持する)２つの筒状複合体製構成要素５.６と１２.６との後端５.６Ｒと前端１２.６Rとは、横断壁のない連結リング３６と、ボルト３２.４、３３.４および３４.４とにより結合されている。この最後の実施例では、連結リング３６を複合体製構成要素１２.６に連結するボルト３２.４は連結リング３６に、可塑変形可能な部材３７により連結されている。各部材３７は、ボルト３２.４が貫通しており、外側リング３９に可塑変形可能なスポーク４０により連結されている中央スリーブ３８からなり、上記の外側リング３９は、例えば、穿孔４１内の連結リング３６に固定できる。
よって、ファン３のブレード１０が破壊して、ファン・ケーシング１１(構成要素１２.６)を打撃すると、衝撃エネルギーはスポーク４０の変形により吸収される。
更に、連結リング３６は、その性質あるいは形状により、ブレードが破壊すると、それを可塑変形させる。
加えて、図１１に略示されているように、図８、９および１１の実施例は、長手方向軸L―Lの周囲で構成要素１２.６と５.６との相対的位置を正確に固定させ得るセンターリング(中心決め用)フィンガー(指示具)４２を備える。
上記の固定具が貫通する穴の幾つかは、ブレード１０が破壊した際とその衝撃エネルギーを部分的に吸収できるよう楕円形でもよい。
更に、本発明による吸気口はインピーダンスを破壊しないので、全体的防音性能を向上させる。
既知のタービン・エンジンの前部分の部分略半断面図である。 図１の既知のタービン・エンジンにおける、吸気口の後端とファン・ケーシングの前端とがどのように結合されているかの一例を示す、同様の部分略半断面図である。 本発明による、タービン・エンジンにおいて、吸気口の後端とファン・ケーシングの前端とを結合する方法の一例を示す、図２相当図である。 本発明による、タービン・エンジンにおいて、吸気口の後端とファン・ケーシングの前端とを結合する異なる方法を示す、図２相当である。 本発明による、タービン・エンジンにおいて、吸気口の後端とファン・ケーシングの前端とを結合する異なる方法を示す、図２相当である。 本発明による、タービン・エンジンにおいて、吸気口の後端とファン・ケーシングの前端とを結合する異なる方法を示す、図２相当である。 本発明による、タービン・エンジンにおいて、吸気口の後端とファン・ケーシングの前端とを結合する異なる方法を示す、図２相当である。 本発明による、タービン・エンジンにおいて、吸気口の後端とファン・ケーシングの前端とを結合する異なる方法を示す、図２相当である 図８の結合例の上から見た部分図である。 図８の実施例に用いられる可塑変形可能なリングの平面図である。 図９の線XI−XIに沿う断面図である。
符号の説明
１…タービン・エンジン、２…吸気口、３…ファン、５…筒状内壁(５.１〜５.６)、５.１Ｒ〜５.６Ｒ…吸気口内壁の後端、１２…ファンのケーシング(１２.１〜１２.６)、１２.１Ａ〜１２.６Ａ…ファン・ケーシングの前端、２３.１〜２３.３…ナット、２５・２９…嵌め合わせられている面、２７・２８…スペーサ・リング、３０・３５・３６…連結用リング、３１…横断隔壁、３７…可塑変形可能な部材、、４２…センターリング手段Ｌ−Ｌ…エンジンの長手方向の軸、ｘ１−ｘ１〜ｘ６−ｘ６…固定具の軸。

Claims (16)

  1. 航空機のタービン・エンジン(１)は長手方向の軸(Ｌ−Ｌ)を有し、
    − 筒状内壁(５)を備えた吸気口(２)と、
    − 上記の吸気口(２)により空気が供給され、同様に筒状であるケーシングに包まれているファン(３)とからなり、
    上記吸気口(２)の内壁の後端と上記のファン(３)のケーシングの前端とは、螺子、ボルト等の固定具を用いて結合されたものであって、
    − 上記吸気口(２)の内壁(５.１から５.５)と上記ファン(３)のケーシング(１２.１から１２.６)とである構成要素の少なくとも一つはレジンと繊維との複合体で作成され、
    − 上記吸気口の内壁の上記後端(５.１Ｒから５.６Ｒ)と上記ファン・ケーシングの前端(１２.１Ａから１２.６Ａ)とは、内壁とファン・ケーシングとを結合するのに用いられる周方向フランジのような突出部のない、一様のものであり、
    − 上記の固定具の軸(ｘ１−ｘ１からｘ６−ｘ６)はタービン・エンジン(１)の上記の長手方向軸(Ｌ−Ｌ)に対し少なくとも６０度の角度をなすことを特徴とするタービン・エンジン。
  2. 上記吸気口(２)の上記内壁(５.１から５.６)と上記ファン(３)の上記ケーシング(１２.１から１２.６)とがレジンと繊維との複合体で作成されていることを特徴とする請求項１に記載したタービン・エンジン。
  3. 上記の固定具の軸(ｘ１−ｘ１からｘ６−ｘ６)がタービン・エンジン(１)の長手方向軸(Ｌ−Ｌ)に少なくともほぼ直交することを特徴とする請求項１あるいは２に記載したタービン・エンジン。
  4. 上記吸気口(２)の上記内壁の後端(５.１Ｒから５.３Ｒ)と上記ファン(３)の上記ケーシングの前端(１２.１Ａから１２.３Ａ)とが入れ子式に嵌め合わせられており、固定具が上記の前端と後端とを貫通することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載したタービン・エンジン。
  5. 上記の吸気口(２)の内壁の後端(５.１Ｒ)が上記ファン(３)のケーシングの前端(１２.１Ａ)に侵入することを特徴とする請求項４に記載したタービン・エンジン。
  6. 上記ファン(３)のケーシングの前端(１２.１Ａ、１２.３Ａ)が上記の吸気口(２)の内壁の後端(５.２Ｒ、５.３Ｒ)に侵入することを特徴とする請求項４に記載したタービン・エンジン。
  7. 入れ子式に嵌め合わせられている上記の前端と後端(５.１Ｒ、５.２Ｒ―１２.１Ａ、１２.３Ａ)とが相互に直接接触することを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載したタービン・エンジン。
  8. 入れ子式に嵌め合わせられている上記の前端と後端との間に少なくとも一つのスペーサ・リング(２７、２８)が位置し、上記の固定具が上記のスペーサ・リングを貫通することを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載したタービン・エンジン。
  9. それを介して上記の前端と上記の後端が入れ子式に嵌め合わせられている面(２５、２９)が筒状であることを特徴とする請求項４から８のいずれか１項に記載したタービン・エンジン。
  10. それを介して上記の前端と上記の後端が入れ子式に嵌め合わせられている面(２５、２９)が円錐状であることを特徴とする請求項４から８のいずれか１項に記載したタービン・エンジン。
  11. 上記の吸気口の内壁の後端とファン・ケーシングの前端とはこれらが侵入する連結用リング(３０、３５、３６)を介して結合され、固定具が、相互に対面する、上記の連結リング(３０、３５、３６)と上記の吸気口の内壁の後端との一部分を貫通し、その他の固定具が、相互に対面する、上記の連結リング(３０、３５、３６)と上記のファン・ケーシングの前端との一部分を貫通することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項にきさいしたタービン・エンジン。
  12. 上記の連結リングが少なくとも２つの区分から作成されていることを特徴とする請求項１１に記載したタービン・エンジン。
  13. 上記の連結リング(３０)が横断隔壁(３１)を備えることを特徴とする請求項１１に記載したタービン・エンジン。
  14. 上記の固定具の少なくとも幾つかがボルトであって、そのナット(２３.１から２３.３)が上記の前端と後端の一方あるいは他方に捕らえられることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載したタービン・エンジン。
  15. 上記の固定具の少なくとも幾つかが、上記の前端と上記の後端との一方を他方に対し揺動させる可塑変形可能な部材(３７)を介して前端と後端の一方に連結されていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載したタービン・エンジン。
  16. センターリング(中心決め)手段(４２)が、タービン・エンジンの長手方向軸の周囲で上記の前端あるいは後端の一方を他方に対し位置決めするために設けられていることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載したタービン・エンジン。
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