JP2010031870A - ガスタービンエンジン用のファンケーシング - Google Patents

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Abstract

【課題】複合ファンブレード又は他の軽量ファンブレードで使用するのに特に適したガスタービンエンジン用の捕捉アッセンブリを提供する。
【解決手段】 ガスタービンエンジン用ファンケーシングが、ファンブレードの半径方向外方に設けられたファントラック有する。ファントラックは、ブレードが外れた場合、周知の構成におけるようにブレードが捕捉システムを通過するのでなく、ブレードをファントラックで破壊し、曲げるのに十分な強度及び剛性を備えている。随意であるが、ブレードの前縁部分がファントラックを貫通し、ファンケーシング内に捕捉されるように、ファントラックに弱め領域を設けてもよい。これは、前縁領域の剛性及び圧縮強度がブレードの残りの領域におけるよりもかなり高いファンブレード、例えば金属製中空ファンブレード又は金属製前縁キャップを持つ複合ファンブレードに特に適している。
【選択図】図5

Description

本発明はガスタービンエンジンに関し、更に詳細には、このようなエンジンのファンケーシングの閉じこめ構造すなわち捕捉構造(containment arrangement)に関する。
従来、ガスタービンエンジンのファンブレードは、ファンケーシング内に設けられたファントラックとして公知の環状の研磨性材料層内で回転する。作動では、ファンブレードは、この研磨性層内に切り込んで経路を形成し、これによって、ブレード先端周囲の漏れを最少にしている。
ファンケーシングには、ファンブレードが何らかの理由により破損した場合、外れたブレードやデブリ(破片)を捕捉するように設計された捕捉システムが、ファントラックのほぼ半径方向外方に設けられている。発生したデブリ(破片)のエネルギを吸収するため、ファンケーシングの強度及びコンプライアンスを正確に計算しなければならない。従って、ブレードが外れる事態において、ファントラックがブレードの軌跡(飛翔経路)を遮ってはならないということが重要である。従って、外れたブレードやブレードの破片が、本質的に妨げられずに、ファントラックを通って捕捉システムに到達できるように、ファントラックは比較的弱くなければならない。
ファントラックの後方には、従来、環状氷衝突パネルが設けられていた。これは、代表的には、ガラス強化プラスチック(GPR)成型体又は何らかの他の材料で形成されたトレー又はパネルである。衝突強度を増大するため、GPRで包囲してもよい。ファンブレード上で形成した氷には、遠心力及び空気流の力の両方が作用し、これらの力の夫々により、氷をブレードからの離脱前に外方及び後方に移動する。
従来のファンブレードは、氷がブレードの後縁から離脱し、離脱した氷がファントラックの後方の氷衝突パネルに当たるような形状を備えている。氷は、氷衝突パネルを損傷することなく、このパネルによって跳ね返り、又は逸らされる(偏向させられる)。
スウェプトファンブレードは、中央部の弦長(chord length)が従来のファンブレードよりも大きい。スウェプトファンブレードは、効率において従来のブレードよりも大きな利点を提供するため、ガスタービン産業で益々好まれている。スウェプトファンブレードは、弦長が大きいため、このようなブレード上に形成された氷は、従来のブレードにおけるのと同じ後方及び外方への経路を辿るが、後縁に達する前にブレードの半径方向外先端に達する可能性がある。従って、氷は、ブレードの先端から離脱し、ファントラックに当たる。
しかしながら、従来のファントラックは、氷の衝突を許容するのに十分な強度を備えておらず、そのため、従来の構成は、スウェプトファンブレードで使用するには適していない。ファントラックを強化するだけでは氷の衝突に適応することは不可能である。これは、ブレードが外れる事態中のブレードの軌跡を遮り、ファンケーシング捕捉システムの作動を損なってしまうためである。
ガスタービン産業では、近年、より軽量のファンブレードを開発することもまた奨励されている。こうしたブレードは、代表的には、金属製中空構造又は複合構造のいずれかである。この開発により別の問題点が持ち上がった。ブレードが軽量であるため、従って、変形に対する抵抗が小さいため、氷の通過に対して抵抗し、しかも、外れたファンブレードの軌跡と干渉しないケーシング構成を考案するのが更に困難である。更に、軽量スウェプトブレードは、ファンケーシングとの衝突時に、従来のブレードとは異なる態様で壊れる傾向があり、従来のケーシング設計はこれに適合するように設計されていない。
概括的に述べると、ガスタービン産業における開発は、一方では、スウェプトファンブレードに向かっており、他方では、より軽量のファンブレードに向かっており、これにより、こうした構成で必要とされる三つの機能、即ち研磨性(研磨可能な)ファントラック、離脱した氷に対する抵抗、及びブレード又はブレードの破片の捕捉(すなわち、閉じこめ)、を提供するファンケーシング及び捕捉(すなわち、閉じこめ)構造の設計が益々困難になっている。
従って、本発明の目的は、上文中に説明した問題点を実質的に解決する、複合ファンブレード又は他の軽量ファンブレードで使用するのに特に適したガスタービンエンジン用の閉じこめ(すなわち、捕捉)アッセンブリを提供することである。
次に、本発明の実施例を添付図面を参照して例として説明する。
図1は、公知の種類のガスタービンエンジンの半分の概略断面図である。 図2(a)は、従来のファンブレードの概略側面図であり、図2(b)は、スウェプトファンブレードの概略側面図である。 図3は、複合スウェプトファンブレードの概略側面図である。 図4は、本発明によるファンケーシングの第1実施例の断面図である。 図5は、本発明によるファンケーシングの第2実施例の断面図である。 図6は、本発明によるファンケーシングの第3実施例の上流部分の断面図である。 図7は、本発明によるファンケーシングの第4の変形例の上流部分の断面図である。
先ず最初に図1を参照すると、ガスタービンエンジン10は、軸線方向で、インテーク11、ファン12、中圧コンプレッサ13、高圧コンプレッサ14、燃焼器15、高圧タービン16、中圧タービン17、及び低圧タービン18の夫々、及び排気ノズル19を備えている。
空気は、インテーク11を通ってエンジンに入り、ファン12によって加速され、二つの空気流を発生する。外側の空気流は、エンジン10からファンダクト(図示せず)を通って排出され、推進力を提供する。内側の空気流は、中圧コンプレッサ13に差し向けられ、ここで圧縮され、次いで高圧コンプレッサ14に差し向けられ、ここで更に圧縮される。
次いで、圧縮空気を燃焼器15で燃料と混合し、混合物を燃焼する。結果的に発生した燃焼生成物は、次いで、排気ノズル19を通って排気される前に、高圧タービン16、中圧タービン17、及び低圧タービン18の夫々を通って膨張し、追加の推進力を提供する。高圧タービン16、中圧タービン17、及び低圧タービン18は、高圧コンプレッサ14、中圧コンプレッサ13、及びファン12の夫々を同心の駆動シャフト20、21、22を介して駆動する。
ファン12は、ファンディスク24に取り付けられ周方向に配列されたファンブレード23を備えている。ファン12は、ファンケーシング25によって取り囲まれている。このファンケーシング25は(図示していない別の構造とともに)ファンダクトを形成する。使用の際、ファンブレード23は、X−X軸線を中心として回転する。
図2(a)は、従来のファンブレード123を示す。矢印Aは、氷片がブレード123の表面を横切って辿る概念的経路(想像的な経路)を示す。氷は、ブレード123の後縁126から放出され、従って、ファントラックの後方の氷衝突パネルに当たる。ブレードが外れる事態(blade-off event)では、ファンブレード123の一部又は全体がいきなり外れる。外れたブレードの軌跡には、ガスの負荷による影響がほとんど及ぼされず、そのため本質的に半径方向外方に破線矢印Bによって示すように移動し、ファントラックに当たる。
図2(b)は、スウェプトファンブレード223を示す。矢印Aは、氷片がブレード223の表面を横切って辿る概念的経路(想像的な経路)を示す。この経路は、図2(a)で従来のファンブレード123の表面を横切って辿る経路と本質的に同じである。同様に、外れたファンブレード又はブレード破片の軌跡Bは、図2(a)の軌跡Bと本質的に同じである。しかしながら、図2(b)では、スウェプトブレード223の弦寸法が比較的大きいため、氷は、後縁226のところでなく、ブレードの先端228のところで放出されるということがわかる。上文中に説明した従来のファンケーシング構成では、この氷は、この場合、氷衝突パネルでなくファントラックに当たる。問題は、氷の衝突エネルギが、外れたブレード又はブレードの破片の局所的衝突エネルギよりも大きいということである。従来のファンケーシング構成は、従って、外れたファンブレード又はブレードの破片を本質的に妨げることなく捕捉システムまで通すことができるが、しかも、衝突エネルギが比較的高い外れた氷の方向を変えるという相反する(又は矛盾した)特性を備えていなければならない。
図3では、複合スウェプトファンブレード323は、エーロフォイル部分32と、ルート(根本)部分34とを備えている。エーロフォイル部分32は、複合材料製の本体36と、金属製の前縁キャップ38とを備えている。前縁キャップ38は、使用中、異物による損傷と腐蝕とから、本体36を保護する。前縁キャップ38が設けられていないと、複合材料は、異物による損傷や腐蝕により、外れたり剥離したりしてしまう。
図4は、本発明によるファンケーシングの第1実施例の断面を示す。ファンケーシング625は、ガスタービンエンジンの周囲に亘って延びる。使用の際、エンジンのファンブレード623が、ファンケーシング625内で回転する。ファンブレード623は、図3に示す種類の複合スウェプトファンブレードである。
ファンケーシング625は、鍛造により形成された二つの環状の部分、即ち、上流(前方)鍛造部662と、下流(後方)鍛造部664とを備えている。これらの上流鍛造部と下流鍛造部662、664は、フランジが設けられており、これらのフランジによりガスタービンエンジンの他の構造(図示せず)に取り付けられている。上流鍛造部662の前端には、環状のファンケースフック643が設けられている。この環状ファンケースフックの目的を以下に説明する。
上流鍛造部662と後方鍛造部664との間に、環状の外ケーシング666が設けられている。この外ケーシング666は、上流鍛造部662及び下流鍛造部664の夫々に溶接線668及び670に沿って溶接されている。外ケーシング666の半径方向内方には、環状の隔壁支持構造672が設けられている。この実施例では、隔壁支持構造672は、機械加工によって形成したハニカム材料層を含む。別の態様では、金属層又はポリマーフォーム層、又は構造的な充填層を含んでいてもよい。このような材料は周知であり、本明細書中、これ以上詳細には説明しない。隔壁支持構造672は、上流鍛造部662と下流鍛造部664との間を軸線方向に延びる。隔壁支持構造672は、接着剤又は機械的ファスナによって外ケーシング666に取り付けられている。
隔壁支持構造672の半径方向内面に、隔壁674が接着剤で取り付けられている。隔壁674は、前方に延びてファンケースフック643に当接している。隔壁674は、これに衝突したブレードが壊れるように比較的剛性であり且つ強く構成されている。隔壁は、ファンブレード623の先端の半径方向外方にファントラックを形成している。
隔壁674の半径方向内面は、研磨性コーティング678によって覆われている。使用の際、ファンブレード623の先端は、研磨性層678内に切り込んで経路を形成し、これによりブレード先端周囲の漏れを最少にする。
隔壁支持構造672には、更に、隔壁674の後方に音響ライナ680が設けられている。このようなライナは周知であり、使用時にファンブレード623が発生する騒音エネルギを吸収する。このような音響ライナを接着剤によって、又は機械的ファスナによって取り付けることが周知である。
ファンブレード623が作動中に外れた場合、ブレード623が研磨性コーティング678及び隔壁674に衝突する。
外れたファンブレード623が研磨性コーティング678及び隔壁674と接触したとき、複合材料の強度を越える大きな圧縮負荷が(ブレードの長さ方向に)発生する。
従って、ファンブレード623の本体636は、衝突時に壊れて比較的小さな破片になり、これらの破片は、隔壁674によって、この隔壁を損傷することなく、方向が変えられ、空気流によって運び去られる。研磨性コーティング678だけが隔壁を覆っているファンケーシング625のこの部分の構造により、ファンブレード本体636の破壊が更に促される。
これとは対照的に、前縁キャップ638は比較的強く、衝突時に容易には壊れない。前縁キャップもまた隔壁674に捕捉されるが、壊れない(又は、少なくとも、ブレード623の残りと同程度まで壊れることはない)。前縁キャップ638は、フック643の半径方向内面に当たって前方に偏向される(曲がる)かもしれない。前縁キャップ638は、従って、ファンケーシング625内に捕捉される。
図5は、本発明によるファンケーシングの第2実施例の断面を示す。幾つかの特徴が図4に示すものと同じであり、同じ参照番号が付してある。ファンケーシング625は、ガスタービンエンジンの周囲に亘って延びる。使用の際、エンジンのファンブレード623が、ファンケーシング625内で回転する。ファンブレード623は、図3に示す種類の複合スウェプトファンブレードである。
ファンケーシング625は、二つの環状の鍛造部、即ち、上流(前方)鍛造部662と、下流(後方)鍛造部664とを備えている。これらの鍛造部662、664は、フランジが設けられており、これらのフランジによりガスタービンエンジンの他の構造(図示せず)に取り付けられる。上流鍛造部662の前端には、環状のファンケースフック643が設けられている。この環状ファンケースフックの目的を以下に説明する。
上流鍛造部662と後方鍛造部664との間に、環状の外ケーシング666が設けられている。この外ケーシング666は、上流鍛造部662及び下流鍛造部664の夫々に溶接線668及び670に沿って溶接されている。外ケーシング666の半径方向内方には、環状の隔壁支持構造672が設けられている。この実施例では、隔壁支持構造672は、機械加工によって形成したハニカム材料層を含む。別の態様では、金属層又はポリマーフォーム層、又は構造的充填層を含んでいてもよい。このような材料は周知であり、本明細書中、これ以上詳細には説明しない。隔壁支持構造672は、上流鍛造部662と下流鍛造部664との間を軸線方向に延びている。隔壁支持構造672は、接着剤によって、又は機械的ファスナによって、外ケーシング666に取り付けられている。
隔壁支持構造672の半径方向内面に、隔壁674が接着剤で取り付けられている。隔壁674は、前方に延びてファンケースフック643に当接している。図4の実施例におけるのと同様に、隔壁674は、これに衝突したブレードが壊れるように比較的剛性であり且つ強く構成されている。しかしながら、図4の実施例とは対照的に、この実施例では、上流(前方)部分676は、隔壁674の残りよりも弱いように構成されている。隔壁674の比較的弱い前方部分676は、離脱した氷がケーシングに衝突する領域の上流にあり、そのため、この領域が比較的弱いことは問題でない。隔壁は、ファンブレード623の先端の半径方向外方にファントラックを形成する。
隔壁支持構造672の上流(前方)部分(即ち、破線で示す、隔壁674の上流(前方)部分676の半径方向外側)もまた、隔壁支持構造672の残りの部分よりも弱いように構成されている。
図4の実施例と同様に、隔壁674の半径方向内面は、研磨性コーティング678によって覆われている。
ファンブレード623が作動中に外れた場合、ブレード623は研磨性コーティング678及び隔壁674に衝突する。
外れたファンブレード623が研磨性コーティング678及び隔壁674と接触したとき、複合材料の強度を越える大きな圧縮負荷が(ブレードの長さ方向に)発生する。圧縮力に良好に耐えることができる比較的剛性の前縁キャップは、例外であり、比較的長期に亘って残り、従って、捕捉(閉じこめ)ケーシングに多くの脅威を与える。
そのため、ファンブレード623の本体636は、衝突時に壊れて比較的小さな破片になり、これらの破片は、隔壁674によって、この隔壁を損傷することなく、偏向され(すなわち、方向が変えられ)、空気流によって運び去られる。研磨性コーティング678だけが隔壁を覆っているファンケーシング625のこの部分の構造により、ファンブレード本体636の破壊や粉砕が更に促される。
これとは対照的に、前縁キャップ638は比較的強く、衝突時に容易には壊れない。前縁キャップ638は、隔壁674の比較的弱い前方部分676を通って進み(この際にエネルギを放散し)、隔壁支持構造672の比較的弱い前方部分内に進み(食い込み)、ファンケーシング625に当たり、前方に偏向され(曲がり)、ファンケースフック643と係合する。従って、前縁キャップ638は、ファンケーシング625内に捕捉される。
別の実施例では、ファンブレード623は、公知の種類の金属製の中空スウェプトブレードであってもよい。この種のブレードでは、ブレードの中空中央領域は、ブレードの前縁、後縁、及び先端周りで、周囲中実領域によって包囲されている。これは、場合によっては、「額縁」とも呼ばれる。衝突及び異物による損傷に対して適切な保護を提供するため、この中実領域は、ブレードの前縁のところが最も厚くなっている。ブレードのこの中実の前縁領域は、使用時に、図5に示す複合ブレードの前縁キャップ638と同様の挙動を示すということは理解されよう。これは、中実の前縁領域が(前縁キャップ638と同様に)比較的剛性であり、圧縮強度がブレードの中空中央領域よりも大きいためである。従って、本発明によるファンケーシング625との衝突時のこのようなブレードの挙動は、上文中に説明した複合ブレード623の挙動と同様であり、ブレードの中空中央領域が比較的容易に壊れるのに対し、中実の前縁領域は隔壁674の比較的弱い前方部分676を通って進み、ケーシング625に当たって前方に偏向し(すなわち曲がり)、ファンケースフック643と係合する。このようにして、中実の前縁領域はファンケーシング625内に捕捉される。
従って、本発明は、前縁の挙動が、複合ブレード及び金属製中空ブレードの両方の場合について特に要求を満たすという点で、複合ブレード及び金属製中空ブレードに等しく適している。
従来のファンケーシングとは異なり、本発明の隔壁支持構造は、ファンケーシングの強度及び剛性に大きく寄与するように設計されている。ケーシングの他の部分は、従って、従来の構成におけるよりも簡単であり且つ軽量に形成できる。比較的剛性であり且つ強度のある隔壁支持構造は、隔壁と関連して、外れたファンブレードの破壊を促す。図5の実施例等の実施例では、ブレードの前縁領域は、ファントラックの比較的弱い領域を通って、隔壁支持構造の比較的弱い領域内に入り込み、その結果、そこに捕捉される。氷を逸らさなければならないが、外れたファンブレードが貫通できるという従来のファントラックの相反する要求は、これによって、なくなる。
本発明の第3実施例を図6に示す。多くの特徴が、図5に示す実施例における特徴と対応しており、適切である場合には、同じ参照番号を使用した。
この実施例では、上流鍛造部662が、図5の実施例におけるよりも幾分大きく後方に延びている。環状フェンス690が、上流鍛造部662から半径方向内方に延びている。ファンブレード623が作動中に外れた場合、ファンブレードは、ほぼ前縁キャップ638の後方部分でフェンス690に当たる。これにより、第1に、ブレード623の本体636からの前縁キャップ638の分離を促し、第2に、前縁キャップ638を前方に偏向させて(曲げて)ファンケースフック643と係合させる。従って、フェンス690を設けることにより、上文中に更に詳細に説明した所望のブレード破壊挙動を促進し、ブレードの本体636が壊れて小片になると同時に、前縁キャップ638は実質的に無傷のままであり、ファンケース625によって捕捉される。
図7は、本発明の第4の変形例を示す。この実施例でも、多くの特徴が、図5に示す実施例における特徴と対応しており、適切である場合には、同じ参照番号を使用した。
この実施例では、図5及び図6の比較的弱い前方部分676の代わりに、環状音響パネル792を使用する。隔壁674及び音響パネル792が互いにファントラックを形成する。これは、従来の方法で隔壁支持構造672に取り付けられる。図5の実施例におけるのと同様に、隔壁支持構造672の前方部分(音響パネル792の半径方向外方の部分)が、隔壁支持構造672の残りの部分よりも弱いように構成されていてもよい。作動中にファンブレード623が外れた場合、ブレードの本体636が隔壁674に当たる。ブレード破壊機構は図5の実施例で説明したのと全く同じである。前縁キャップ638は音響ライナ792に当たる。音響ライナ792の機械的特性は、前縁キャップのエネルギを所望の通りに多かれ少なかれ吸収するように構成されており、そのため、前縁キャップ638は、全体が音響ライナ792内に捕捉されてもよいし、音響ライナ792を通して前方及び外方に案内されるだけであってもよく、その後、ファンケーシング625内に捕捉される。
この実施例の上流鍛造部762は、他の実施例の上流鍛造部よりも設計が簡単である。といのは、他の図に示すファンケースフックが設けられていないからである。
本発明のこの実施例の利点は、音響パネル792がファンブレード623の上流部分の周囲に設けられており、並びに音響パネル680がファンブレード623の後方に設けられているため、使用時のエンジンの騒音レベルが低下するということである。
本発明の別の利点は、上文中に説明した全ての実施例において、ファンケーシング625が、全体として軽量であり且つ設計が簡単であるということである。これは、外れたファンブレード全体を捕捉する必要がなく、前縁キャップ(又は、金属製中空ブレードの場合には中実の前縁領域)だけを捕捉すればよいためである。詳細には、外ケーシング666を従来の構成におけるよりもかなり薄く形成できる。更に、図7の実施例では、音響ライナ792は、外れた前縁キャップ638のエネルギの幾分か又は全部を吸収するように構成でき、そのため、ファンケーシング625についての捕捉要件を更に減らすことができる。
ファンケーシングが簡単であり且つ軽量であるため、その製造に様々な(及び安価な)製造方法を使用できる。例えば、図4及び図5の実施例では、先ず最初に隔壁支持構造を発泡体(フォーム)又はハニカムで製造でき、次いで、外ケーシング、隔壁、及び音響ライナをこれに取り付け、その後、研磨性コーティングを付ける。別の実施例では、製造プロセスを外ケーシングから始め、他の構成要素をその中に組み込んでファンケーシングを形成する。
本発明の実施例を複合ファンブレードを参照して概略に説明した。しかしながら、本発明は、外れたブレードのエネルギが比較的小さく、従って、外れたブレードがファンケーシングの氷衝突領域を貫通するのが困難な、即ちライナの見掛強度が高い、任意のファンブレード設計に等しく適用できるということは理解されよう。
これは、例えば、中実構造の小型ファンブレードの場合である。
本発明は、ファンブレードの前縁がブレードのその他の領域よりもかなり剛性であり且つ強い場合にも利点を提供する。これには、金属製ブレード、発泡体からなるブレード、又は他の構造材料製のブレードが含まれ、これらブレードでは、前縁の特性が当該ブレードの本体の特性と異なっており、また、バードストライク、雹、及び腐蝕等の脅威に対するブレードの保護を高めるために、別体の前縁キャップが設けられる、複合材料(例えばカーボンファイバ又はガラスファイバ)製のブレードが含まれる。しかし、これらのブレードに限定されるものではない。
本明細書中に説明した実施例に対し、様々な変更を行うことができるということは理解されよう。例えば、ファンケースフックは、本発明の任意の実施例に設けられていてもよいし、なくてもよい。ファンケースフックが設けられている場合には、ファンケースフックは、ファンケーシングに局所的剛性を追加する傾向がある。
本発明は、従って、ファンブレードが変形し壊れる態様に合わせて更に正確に調整した捕捉構造を提供し、その設計は、捕捉する必要があるファンブレードのこれらの部分だけを捕捉する機構を提供することによって最適化される。
10 ガスタービンエンジン
11 インテーク
12 ファン
13 中圧コンプレッサ
14 高圧コンプレッサ
15 燃焼器
16 高圧タービン
17 中圧タービン
18 低圧タービン
19 排気ノズル
20、21、22 駆動シャフト
23 ファンブレード
24 ファンディスク
25 ファンケーシング
223 スウェプトファンブレード
226 後縁
228 ブレード先端

Claims (6)

  1. ガスタービンエンジン用ファンケーシングであって、
    前記エンジンは、使用時に前記エンジンの軸線を中心として回転する複数のファンブレードを備え、
    前記ケーシングは、前記ファンブレードの半径方向外方に環状構造を含み、この環状構造は、前記ファンブレードの上流及び下流の両方で軸線方向に延び、使用時にファンブレードがほぼ半径方向外方に外れて前記ケーシングに当たり可能性があり、
    前記ケーシングは、使用時に前記ファンブレードの半径方向外方にあるファントラックを備えた、ファンケーシングにおいて、
    外れたブレードのほぼ全てが、前記ファントラックによって偏向させられる、ことを特徴とするファンケーシング。
  2. 請求項1に記載のファンケーシングにおいて、
    前記ファントラックは、弱くした領域を含み、使用時に、外れたファンブレードの部分が前記弱くした領域に入り込んで通過し、外れたファンブレードの残りの部分が前記ファントラックによって偏向させられる、ファンケーシング。
  3. 請求項2に記載のファンケーシングにおいて、
    前記弱くした領域は、前記ファンブレードの前記前縁領域だけに亘って延びる、ファンケーシング。
  4. 請求項2に記載のファンケーシングにおいて、
    前記弱くした領域は、音響ライナを備えている、ファンケーシング。
  5. 請求項1に記載のファンケーシングにおいて、
    前記ケーシングの半径方向内面は、研磨性層を備えている、ファンケーシング。
  6. 請求項5に記載のファンケーシングにおいて、
    前記研磨性層は、前記ファントラックの軸線方向全長に亘って延びる、ファンケーシング。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9003800B2 (en) 2011-07-07 2015-04-14 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Gas turbine combustor

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2925118B1 (fr) * 2007-12-14 2009-12-25 Snecma Panneau de support d'abradable dans une turbomachine
GB0916823D0 (en) * 2009-09-25 2009-11-04 Rolls Royce Plc Containment casing for an aero engine
GB0917149D0 (en) * 2009-10-01 2009-11-11 Rolls Royce Plc Impactor containment
GB201103682D0 (en) * 2011-03-04 2011-04-20 Rolls Royce Plc A turbomachine casing assembly
GB201120105D0 (en) 2011-11-22 2012-01-04 Rolls Royce Plc A turbomachine casing assembly
EP2620653B1 (en) * 2012-01-25 2015-06-24 Rolls-Royce plc A turbomachine casing assembly with blade containment cavity
US9534505B2 (en) * 2012-07-23 2017-01-03 United Technologies Corporation Integrated nacelle inlet and metallic fan containment case
GB201302493D0 (en) * 2013-02-13 2013-03-27 Rolls Royce Plc A Fan Containment System
US10024191B2 (en) * 2013-03-11 2018-07-17 Rolls-Royce Corporation Fan track liner designed to yield next to fan case hook
US10077671B2 (en) 2013-03-13 2018-09-18 United Technologies Corporation Thermally conformable liner for reducing system level fan blade out loads
US9789534B2 (en) 2015-01-20 2017-10-17 United Technologies Corporation Investment technique for solid mold casting of reticulated metal foams
US9737930B2 (en) 2015-01-20 2017-08-22 United Technologies Corporation Dual investment shelled solid mold casting of reticulated metal foams
US9789536B2 (en) 2015-01-20 2017-10-17 United Technologies Corporation Dual investment technique for solid mold casting of reticulated metal foams
US9884363B2 (en) 2015-06-30 2018-02-06 United Technologies Corporation Variable diameter investment casting mold for casting of reticulated metal foams
US9731342B2 (en) 2015-07-07 2017-08-15 United Technologies Corporation Chill plate for equiax casting solidification control for solid mold casting of reticulated metal foams
US10830136B2 (en) 2015-11-19 2020-11-10 General Electric Company Fan case for use in a turbofan engine, and method of assembling a turbofan engine
US10563537B2 (en) * 2016-02-05 2020-02-18 United Technologies Corporation Energy absorbing beam and sandwich panel structure
US10634002B2 (en) * 2016-05-25 2020-04-28 Rolls-Royce Corporation Soft wall containment system for gas turbine engine
US10487684B2 (en) 2017-03-31 2019-11-26 The Boeing Company Gas turbine engine fan blade containment systems
US10550718B2 (en) 2017-03-31 2020-02-04 The Boeing Company Gas turbine engine fan blade containment systems
US10677261B2 (en) * 2017-04-13 2020-06-09 General Electric Company Turbine engine and containment assembly for use in a turbine engine
GB201816989D0 (en) * 2018-10-18 2018-12-05 Rolls Royce Plc Debris retention
US11530622B2 (en) 2020-10-16 2022-12-20 Pratt & Whitney Canada Corp. Blade containment assembly for a gas turbine engine
US20230193827A1 (en) * 2021-12-21 2023-06-22 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Fan case assembly for a gas turbine engine

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1089150A (ja) * 1996-07-03 1998-04-07 United Technol Corp <Utc> タービンエンジン用閉込め容器
JP2003269398A (ja) * 2002-02-15 2003-09-25 General Electric Co <Ge> ファンケーシングの吸音処理

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2574476B1 (fr) * 1984-12-06 1987-01-02 Snecma Carter de retention pour soufflante de turboreacteur
US6290455B1 (en) * 1999-12-03 2001-09-18 General Electric Company Contoured hardwall containment
US6227794B1 (en) * 1999-12-16 2001-05-08 Pratt & Whitney Canada Corp. Fan case with flexible conical ring
GB2361032A (en) 2000-04-05 2001-10-10 Rolls Royce Plc A gas turbine engine blade containment assembly
FR2832191B1 (fr) * 2001-11-14 2004-10-08 Snecma Moteurs Aube de soufflante a sommet fragilise
GB2416192B (en) 2004-07-14 2006-09-27 Rolls Royce Plc Ducted fan with containment structure
GB0501284D0 (en) 2005-01-21 2005-03-02 Rolls Royce Plc Aerofoil containment structure
GB2426287B (en) 2005-05-18 2007-05-30 Rolls Royce Plc Blade containment structure
GB0609632D0 (en) * 2006-05-16 2006-06-28 Rolls Royce Plc An ice impact panel

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1089150A (ja) * 1996-07-03 1998-04-07 United Technol Corp <Utc> タービンエンジン用閉込め容器
JP2003269398A (ja) * 2002-02-15 2003-09-25 General Electric Co <Ge> ファンケーシングの吸音処理

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9003800B2 (en) 2011-07-07 2015-04-14 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Gas turbine combustor
US10197284B2 (en) 2011-07-07 2019-02-05 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Gas turbine combustor

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EP2149680A3 (en) 2017-08-16
GB0813821D0 (en) 2008-09-03
JP5584440B2 (ja) 2014-09-03
US20100028130A1 (en) 2010-02-04

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