JP2010540840A - 二次的なブレード部分閉じ込め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】 ブレード部分の故障の間に展開しエンジンケーシングを包囲する装置が提供されて故障によって生じる損傷を防ぐ。柔軟な編み合わせ構造またはネットのようなブレード閉じ込め装置が、エンジンケーシングおよびブレード故障経路を包囲し、またはエンジンケーシングに組込まれ、エンジンブレードの破壊といったブレード故障の場合に展開する。ネットは、ブレード部分が故障した時に展開し、ブレード故障経路に沿って伸張し始め、そして互いに付着された多数のリンクを含み得る。破損ブレード部分との衝突時、それによりブレード部分の運動エネルギーをネットに伝達して、リンクの一部または全部は互いに破断することができ、それによりネットが展開するのを可能にし、拡張する破損ブレードによって生じる運動エネルギーを散逸させる。従って、ブレードはネット内に閉じ込められたままであり、ブレード閉じ込めは改善される。
【選択図】

Description

（関連出願の相互参照）
この出願は、参照によってここに完全に採り入れられる、米国特許庁において２００７年１０月４日出願の「二次的なブレード部分閉じ込め装置」の名称による仮出願番号第６０／９６０５７３号に基づく優先権を主張する。

本発明の態様は、エンジンまたはファンブレード部分閉じ込め装置に、より詳しくは、故障したブレードをエンジンまたはファンケーシングの外部構造の二次的な保持システムに捕捉することによってエンジンまたはファンブレード故障の間展開する装置に関する。

例えばジェットエンジンまたはプロペラにおける例えばエンジンまたはファンブレード故障状態の際に有用なブレード閉じ込め（containment）の技術には一般的な必要性が存在する。ブレードアウト（blade out）とも呼ばれるエンジンまたはファンブレード故障の間、ブレードはエンジンケーシング内部でのその高速回転のために極めて高い運動エネルギーを獲得することができ、それによりブレードが破断した場合には、空気圧系の液圧装置といった航空機部品を激しく傷つけたり、または他の航空機損傷を引き起こし得る。ブレードアウトは一般にまれであるが、特に例えば海洋上を高高度で飛行している航空機でのそれらの損傷は、機器の損傷および乗客の安全に関して深刻となり得る。他の損傷の中でも、ブレードは、それがエンジンから飛び出して胴体を貫通した場合、航空機の乗客に危害を及ぼすことになり得る。

従来の構成は一般に、故障の間ブレードを閉じ込めるために高強度鋼、ケブラーなどといった重量材料でファンまたはエンジンケーシングを設計することを含む。しかし、これらの技法は一般に航空機に相当の重量を付加し、従ってエネルギー消費および関係するコストを増大させる。

相対的に軽量であり関連技術の装置に比べて比較的安価であり得る、ブレードアウト中に破損ブレード部分の閉じ込めをもたらす装置の必要性が依然として存在する。

ブレードアウトの間、航空機の制御の喪失または構造上の損傷といった深刻な損害が航空機に起こり得る。破損ブレード部分は、それが胴体を貫通した場合、航空機の乗客に危害を及ぼすことになり得るし、またエンジン故障を引き起こすこともあり得る。本発明の種々の例示的態様によれば、エンジンまたはファンのブレードアウトの間に展開するメッシュまたはネットといった柔軟な編み合わせ（interwoven）構造が提供される。装置はエンジンケーシングの全部または一部を包囲し得る。

本発明の例示的態様によれば、ブレード閉じ込めはエンジンケーシングおよびブレード故障経路を包囲する。ブレード閉じ込めネットは、ブレードアウトが発生した時にブレード部分が飛び出し得る方向でエンジンケーシングのまわりの領域を包囲することができる。スペース占有を低減するために、ブレード閉じ込めネットは、エンジンの通常動作中エンジンケーシングの表面に折り畳むことができ、ブレードアウトの場合にだけ展開され得る。本発明の種々の態様によれば、ブレード閉じ込めネットは、エンジンケーシングに組込むことができる。構造上、ネットは、金属（例えば鋼または他の金属編組ワイヤ）だけでなく、複合材料、炭素繊維、ケブラーまたはセラミックスといった、高引張り強さおよび低脆性を付与するあらゆる材料から作ることができる。高引張り強さおよび低脆性を付与する他の材料もまたネットの全部または部分を構成することができる。

本発明の別の態様によれば、ネットはエンジンケーシングまたはナセルのまわりに密着しスペース占有を低減するために、またはエンジンケーシングに組込まれるために、圧縮できるとしてよく、ネットの種々の部分は、破損ブレード部分との衝突時にある量の伸張抵抗を付与するために、ネットの種々の点で束縛（tying）といった付着機能によって互いに付着することができる。従って、ネットは、ブレード部分が故障した時、破損した時、さもなければエンジンケーシングを貫通することを含み得るブレード故障経路に沿って拡張し始めた時に展開する。代替として、ネットの部分が、その部分のしきい値エネルギーよりも大きい運動エネルギーであるとしてよい十分な運動エネルギーで破損ブレードがネットのその部分に衝突した時だけ、選択的に展開してもよい。本発明の種々の態様によれば、ネットは互いに付着された多数のリンクを含み得る。破損ブレード部分との衝突時に、リンクの一部または全部が、ブレード部分からネットへの破損ブレード部分の運動エネルギーの移動の結果として、互いに破断し得る。

破損ブレードとの衝突からネットおよびネットのリンクに付与されたエネルギーはそれによって運動エネルギーからネットでの散逸エネルギーに変換され、それによりネット全体において散逸消散され得る。本発明の種々の態様によれば、破損ブレード部分の運動エネルギーは、ネットと破損ブレード部分との間の衝撃の結果としてリンクの一部または全部の順次的破壊の形態で散逸され得る。従って、ブレードはネット内部に閉じ込められたままであることができ、それによってブレード閉じ込めは改善される。ブレード閉じ込め装置の種々の部分またはリンクの付着を説明するために束縛が一例として使用されるが、溶接、テーピング、接着、束縛、ボルト締めなどといった、あらゆる他の適格なリンクの付着技法を使用できることに留意しなければならない。

本発明の別の態様によれば、束縛といった付着機能によって互いに付着されたリンクおよびネットの種々の部分は、可変の付着強度を、従って可変の故障レベルを有し得る。ネットの異なる部分、またはネットを形成する異なるリンクは、異なる強度レベルで互いに付着され得る。従って、一部のリンクは、衝突時にネットに伝達されリンクの一部の破壊を生じるエネルギーに変換される破損ブレード部分の運動エネルギーである第１の運動エネルギーでの破損ブレード部分との衝突時に分離または破断し得るのに対し、他のリンクは第２の異なる運動エネルギーでの衝突時に破断し得る。破損ブレード部分がネットと接触しその運動エネルギーをネットおよびネットのリンクに伝達した時に、リンクは同時に互いに破断するのではなく、ネットの異なるリンクが異なる強度レベルで互いに付着され得るので可変に破断することができる。例えば、より脆弱に付着されたリンクが最初に破断するとしてよく、より大きい強度で付着されたリンクが次に破断し、そして最も大きい付着強度のリンクが最後に破断するとしてよい。このように、リンクは破損ブレード部分との接触時にそれぞれの付着強度に基づいて連続的に破断する。リンクのこの可変の付着および破断の結果、破損ブレード部分の運動エネルギーはより効率的に散逸され、ブレードはより効果的に閉じ込められる。

本発明の他の効果の中でも、上述したブレード閉じ込め装置の種々の態様は、破損ブレードから伝達された運動エネルギーを散逸させるネットの能力のために、故障ブレード部分を閉じ込めるために従来のエンジンケーシングよりも軽い軽量媒体を使用できる能力を提供する。別の効果は、ネットがエンジンケーシングのまわりに折り畳むことができ通常動作の間に最小限の大きさを占めることができることから、スペースの節減にある。

本発明の付加的な効果および新規な特徴は、以下に続く説明においてある程度述べられるであろうし、以下の検討に際し、または本発明の実施によって習得した時に、当業者にはある程度より明らかになるであろう。

本発明に従ったシステムおよび方法の種々の例示的態様を以下の図に関して詳細に説明する。

本発明の例示的態様に従ったブレード閉じ込め装置の斜視図である。 ブレード故障の異なる段階の間のブレード閉じ込め装置の別の例示的態様の側面図である。 ブレード故障の間に生じるブレード閉じ込めの例示的態様の図である。

この発明の上記および他の特徴および利益は、本発明に従ったブレード閉じ込め装置の種々の例示的態様についての以下の詳細な説明および図に記載され、またはそれらから明白である。

図１は、本発明の例示的態様に従った、航空機のナセルまたはエンジンケーシング１３０を包囲することができるブレード閉じ込め装置１００の斜視表現図である。図１において、エンジンケーシング１３０は、柔軟な編み合わせ構造またはネット１５０としてよいブレード閉じ込め装置によって少なくとも部分的に覆われている。本発明の種々の態様によれば、ブレード閉じ込めネット１５０はエンジンケーシング１３０に組込まれてもよい。ブレード閉じ込め装置またはネット１５０は、メッシュパターン１１０のネットから構成され得る。メッシュパターンは、異なってもよく、例えば周方向メッシュパターンまたは軸方向メッシュパターンであってよい。ブレード故障またはブレードアウトの場合に、ネット１５０はエンジンケーシング１３０の中心Ａから遠くへ径方向１２０で外方に展開されて、ブレード故障の間に破断し中心Ａから遠くへ放出され得るあらゆるブレード部分１４０を閉じ込めることができる。図１の例示的な図において、ブレード閉じ込め装置またはネット１５０は、エンジンケーシング１３０のまわりに静止非展開位置に折り畳まれ、エンジンケーシング１３０を包囲している。さらに、図１は閉じ込め装置またはネット１５０がエンジンケーシング１３０のまわりでその全幅にわたり分布されているものと図示しているが、閉じ込め装置またはネット１５０はまた、最も損傷を受けそうな領域といったようにケーシング１３０の幅の一部分だけにわたりエンジンケーシング１３０のまわりで分布されていてもよい。閉じ込めネット１５０は、溶接、ボルト締め、接着、テーピングまたは束縛といったあらゆる固定装置または方法によってエンジンケーシング１３０に固定するか、エンジンケーシング１３０に組込むか、または単に、例えばベルトといった付着機構によってエンジンケーシング１３０に巻き付けることができる。

図２Ａ〜２Ｂは、ブレード故障の異なる段階の間のブレード閉じ込め装置２００の例示的態様の部分側面図である。図２Ａにおいて、柔軟な編み合わせ構造またはネット２１０であるとしてよいブレード閉じ込め装置は、例えば、図１に記載の非展開位置のような非展開位置で折り畳まれている。本発明の種々の態様によれば、図２Ａのブレード閉じ込めネット２１０は、エンジンケーシングのまわりに密に配置してもよく、またはエンジンケーシングに組込んでもよい。ネット２１０の種々の点に、特にネット２１０を形成するメッシュの種々の点に、ネット２１０のリンク２３０を一体に付着する種々の付着点２２０を設けることができる。これらの付着点２２０は、例えば束縛によるなどの付着手段によって種々のリンク２３０を互いに付着させることができる。従って、ブレード故障がない時には、ネット２１０はエンジンケーシング上に折り畳まれており、そしてリンク２３０は付着点２２０で互いに付着されている。ブレード閉じ込め装置の種々の部分の付着を説明するためにこの説明では束縛の例を使用したが、テーピング、接着、束縛、ボルト締めなどといったあらゆる他の適格な付着技法を使用することができることに留意しなければならない。

図２Ｂは、ブレードアウト事象のためにその後に展開が生じた後のネット２１０を例示している。ブレードアウト事象の間、破損ブレード部分の運動エネルギーは衝撃で一部または全部の付着点２２０に伝達され、位置エネルギーに変換され、それは一部または全部の付着点２２０の破断をもたらし、リンク２３０が互いに分離し、破損ブレード部分の衝撃を受けて伸張するのを可能にする。従って、ネット２１０は、破損ブレード部分の衝撃のために、図１に例示された中心Ａといったエンジンケーシングの中心線から遠くへ一般に径方向で外方に伸張する。付着点２２０の破断は破損ブレード部分の運動エネルギーの位置エネルギーへの変換の結果であるが、いったんリンク２３０のほとんどまたは全部が破断されると、破損ブレード部分におけるあらゆる残りの運動エネルギーはネット２１０の散逸エネルギーに変換され、ネット２１０の径方向展開をもたらすことに留意しなければならない。

本発明の種々の態様によれば、付着点２２０の強度は、同一または極めて類似であるとしてよいが、また異なる付着点２２０の間で異なってもよい。種々の付着点２２０の付着強度がネット２１０全体で異なる場合、付着点２２０は、破損ブレード部分の衝撃および、破損ブレード部分によって各々の付着点２２０に伝達され散逸エネルギーに変換される運動エネルギーの量に応じて、選択的に破断し得る。脆弱に付着された点２２０が最初に破断し、引き続き強い付着点２２０が連続的に破断し得る。ほとんどまたは全部の付着点２２０が破断すると、ネット２１０は、破損ブレード部分の衝撃のために径方向で外方に展開し、それはその運動エネルギーをネットに伝達し、ネット２１０によって散逸エネルギーに変換され、それによりネット２１０を展開する。ネット２１０が展開すると、故障の間にエンジンケーシングを飛び出したブレード部分は捕捉され閉じ込められる。

図３Ａ〜３Ｃは、本発明の別の態様に従った、ブレードアウト事象の間に生じるブレード閉じ込めの代表的な図である。図３Ａにおいて、ネット３１０はエンジンの通常動作中、折り畳まれた位置にあり、ネットの種々の点３２０および３３０は溶接、テーピング、接着、束縛、ボルト締めなどといった付着機能によって一体に付着されている。本発明の種々の態様によれば、付着点３２０および３３０は異なる付着強度を有してもよい。言い換えると、付着点３３０は、破断してネット３１０が展開し破損ブレード部分の閉じ込めを達成できるようにするために付着点３２０よりも大きい運動エネルギーが破損ブレード部分から伝達される必要があり得る。２つの異なる付着強度を有する２種類の付着点３２０および３３０だけが図３Ａおよび３Ｂに例示されているが、ネット３１０は、破損ブレード部分によって伝達される異なる運動エネルギーで破損ブレード部分によって衝撃を受けた際に破断する可変の付着強度の複数の他の形式の付着点を含み得ることに留意しなければならない。ネット３１０の種々の付着点は種々の付着強度を有し得ることに留意しなければならない。

ネット３１０の付着点の可変の付着強度の結果、それらの付着点の順次的破壊および、結果として生じる閉じ込めネット３１０の以降の展開は、破損ブレード部分がネット３１０に衝突した時に達成され得る。図３Ａの例示的な図において、付着点３２０および３３０はワイヤといった数本の付着材料として例示されている。付着点３２０および３３０がネット３１０の重なり合った部分３３０を付着するワイヤを含む場合、付着点３２０および３３０はネット３１０の重なり合った部分３３０を結びつける別個の数本のワイヤを含んでもよい。本発明の種々の態様によれば、ワイヤ結束は、種々の引張り強さを付与し、種々のネット部分の異なる付着強度をもたらすために、異なる太さおよび材料のワイヤの使用を含んでもよい。ワイヤの使用と同様に、他の形式の付着もしくは結束、または他の材料を使用してもよい。

図３Ｂにおいて、ネット３１０は、ブレードアウトが起きた後といった、ほとんど完全に展開されて示されており、ブレードアウト前に無傷であった以前の付着点３２０はブレードアウト事象の間に破損ブレード部分の付与された運動エネルギーのために破断している。しかし付着点３３０は、この例ではこれらの付着点３３０が付着点３２０よりも強い付着強度を有するので、依然として無傷であり、破損ブレード部分から伝達される大きい運動エネルギーを維持することができる。この例の場合、付着点３３０もまた、ブレードアウト事象の間に付着点３３０に伝達された破損ブレード部分の残りの運動エネルギーが十分に大きければ、分離することができることに留意しなければならない。

ネット３１０全体での付着点３２０および３３０の順次的分離は、ブレードアウト事象の間の破損ブレード部分の運動エネルギーの向上した消散および散逸を可能にする。付着点３２０および３３０の順次的分離および、ネット３１０の以降の展開は、破損ブレード部分の閉じ込めをもたらす。図３Ｂに例示されたネットは付着点３３０の一部が破断されていないままなので半展開位置にあることに留意しなければならない。付着点の全部が破断された時に、ネットは完全に展開される。

図３Ｃは、半展開位置にあるエンジンケーシングおよびエンジンに対するネットの側面図である。２種類の付着強度が図３Ａ〜３Ｃに例示されているが、異なる付着強度を備えたより多数の付着点がネット３１０の種々の領域に設けられ、それにより付着点の順次的破壊およびネット３１０の順次的展開をもたらすことができ、それはブレードアウト事象の間、破損ブレード部分の運動エネルギーをより効率的に散逸させることに留意しなければならない。

この発明の態様を上に概説した例示的態様と関連づけて説明したが、既知であろうとなかろうと、または現在予想されていないか、予想されていないかもしれない、種々の代替、修正、変更、改良および／または実質的等価物は、当業者には明白となるであろう。従って、上述の本発明の例示的態様は、例証であって制限ではないものと意図されている。その精神および範囲を逸脱しなければ種々の変更を行ってもよい。従って、本発明の態様は、全部の既知または後に開発の代替、修正、変更、改良および／または実質的等価物を包含するものと意図されている。

Claims (24)

1. 回転しているブレードをブレード故障時に閉じ込めるブレード閉じ込め装置であって、
   前記ブレード閉じ込め装置は、
   前記ブレードのまわりに配置された柔軟な編み合わせ構造と、
   前記柔軟な編み合わせ構造の複数の部分に付着された複数のリンクとを含み、
   前記複数のリンクは前記柔軟な編み合わせ構造の部分の少なくとも対を付着しており、
   各々のリンクは付着強度を有しており、
   前記リンクの前記付着強度は前記リンクが可変衝撃レベルのもとで前記柔軟な編み合わせ構造を解放するように異なっている、ブレード閉じ込め装置。
2. 前記柔軟な編み合わせ構造は前記回転しているブレード部分を前記ブレード故障時に閉じ込めることができる、請求項１のブレード閉じ込め装置。
3. 前記柔軟な編み合わせ構造は、金属、セラミックス、複合材料および繊維からなる群から選択される少なくとも１つよりなる、請求項１のブレード閉じ込め装置。
4. 前記柔軟な編み合わせ構造は、金属、セラミックス、複合材料および繊維からなる群から選択される少なくとも１つよりなるメッシュよりなる、請求項１のブレード閉じ込め装置。
5. 前記リンクは、溶接、ボルト締め、接着、テーピングおよび束縛からなる群から選択される少なくとも１つによって前記柔軟な編み合わせ構造の部分の少なくとも対を付着する、請求項１のブレード閉じ込め装置。
6. 前記複数のリンクのうちの２つ以上は異なる付着強度を有する、請求項１のブレード閉じ込め装置。
7. 前記複数のリンクのうちの前記２つ以上の前記異なる付着強度は、前記２つ以上のリンクが異なる衝撃力レベルで各自の部分を解放するようなものである、請求項６のブレード閉じ込め装置。
8. 前記柔軟な編み合わせ構造の部分の前記少なくとも対は、束縛、溶接、テーピング、接着、ボルト締めのうちの少なくとも１つによって付着される、請求項１のブレード閉じ込め装置。
9. 前記束縛された付着部分は１つ以上のワイヤによって束縛される、請求項８のブレード閉じ込め装置。
10. 前記１つ以上ワイヤは異なる強さ、太さ、長さまたは材質を有する、請求項９のブレード閉じ込め装置。
11. 前記ブレード故障は破損ブレードである、請求項２のブレード閉じ込め装置。
12. 前記破損ブレードの一部分は前記柔軟な編み合わせ構造に衝撃を与える、請求項１１のブレード閉じ込め装置。
13. 前記回転しているブレード部分はエンジンと一体になっている、請求項１のブレード閉じ込め装置。
14. 前記エンジンはエンジンケーシングに囲われている、請求項１３のブレード閉じ込め装置。
15. 前記柔軟な編み合わせ構造は前記エンジンケーシングに組込まれる、請求項１４のブレード閉じ込め装置。
16. 前記リンクのうちの１つ以上は前記柔軟な編み合わせ構造との衝突時に前記破損ブレード部分からの衝撃を受けて前記柔軟な編み合わせ構造を解放する、請求項１２のブレード閉じ込め装置。
17. 前記ブレード部分は、ジェットエンジン、航空機エンジンおよびプロペラエンジンからなる群から選択される少なくとも１つの一部である、請求項１３のブレード閉じ込め装置。
18. 前記回転しているブレードを故障時に閉じ込めるブレード閉じ込め装置であって、前記ブレード閉じ込め装置は、
    前記ブレードのまわりの柔軟な閉じ込め手段と、
    前記柔軟な閉じ込め手段の複数の部分を付着するための手段とを含み、
    前記付着するための手段は複数の付着強度を有しており、前記複数の付着強度は前記柔軟な閉じ込め手段の前記複数の付着された部分の選択的分離を可能にする、ブレード閉じ込め装置。
19. 前記柔軟な閉じ込め手段は、金属、セラミックス、複合材料および繊維からなる群から選択される少なくとも１つよりなる、請求項１８のブレード閉じ込め装置。
20. 複数の部分を付着するための前記手段は、溶接、ボルト締め、接着、テーピングおよび束縛からなる群から選択される少なくとも１つよりなる、請求項１８のブレード閉じ込め装置。
21. 前記複数の付着された部分の選択的分離は故障時の前記回転しているブレードからの衝撃の結果である、請求項１８のブレード閉じ込め装置。
22. 前記ブレードはエンジンブレードである、請求項１８のブレード閉じ込め装置。
23. 前記ブレードは前記エンジンと一体になっている、請求項１８のブレード閉じ込め装置。
24. 前記柔軟な閉じ込め手段は前記エンジンのケーシングに組込まれる、請求項２３のブレード閉じ込め装置。

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