JP2016527437A - ファントラックライナー - Google Patents

Abstract

ガスタービンエンジンのための封じ込め構造は、半径方向外側の環状ケーシング（１２）と、第１の圧縮強度を有するセル状材料からなる衝突域（３０）を含むケーシング内に半径方向に位置するファントラックライナー（２８）と、軸方向成分を有する方向に衝突域を通って延在する少なくとも１つの細長い隆起部であって、第１の圧縮強度よりも高い第２の圧縮強度を有する隆起部（２６）と、ファントラックライナー内に半径方向に位置するガス洗浄層（３８）とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、ターボファンエンジンのためのファンブレード封じ込め構造に関する。

ターボファンエンジンは典型的に、その上流端に向かって複数のファンブレードを含むファンを有する。各ファンブレードは、中央のファンディスクに接続されている。使用時に、ファンは、エンジンのタービン段によって回転するように駆動される。ファンの回転速度は、各ファンブレードに大きな遠心負荷を与える。例えば異物の衝突後に、ファンブレードの一部または全体がファンディスクから外れてしまう稀な事例では、ブレードの運動量により、ブレードが大きな速度で半径方向外側に移動してしまう。これは、ファンブレードオフ事象として知られている。

ファンブレードは、空気をエンジンの中に引き込むように設計された空気力学的形状を有する。各ブレードに対する空気力により、ブレードがファンディスクから外れた場合、それがエンジンの前方に移動してしまうことがある。

安全上の理由から、ファンブレード材料がターボファンエンジンの側方または前方から抜け出るのを防止することが望ましい。従って、ターボファンエンジンには典型的に、ファンの周りに円周方向に配置されたファンブレード封じ込め構造が設けられている。

公知の封じ込め構造は、外側ケーシングとハニカム状ファントラックライナーとを備える。ファンブレードオフ事象の間、外れたファンブレードまたはファンブレードの外れた部分は、ハニカム状ファントラックライナーに衝突し、このファントラックライナーは、衝突しているブレードのエネルギーを吸収するにつれて圧縮および／または圧壊される。ファンの１つ以上のさらなるブレードが、外れたブレードと衝突する場合もあり、これにより、１つ以上のさらなるブレードが壊れたり外れたりする可能性がある。ファンブレードオフ事象下にあるファンブレード材料は、それ自体の運動量および／またはファンブレード材料に衝突しているファンのさらなるブレードにより、封じ込め構造の周りで吹き飛ばされることがある。ファンブレード材料が、エンジンの前方から噴き出されることもあり、これにより航空機が危険に曝される場合がある。

ファンブレードオフ事象後は、ターボファンエンジンは通常、非常に不安定になり、これにより、エンジンおよびその支持構造（すなわち航空機の翼）に横荷重が加わり、その結果、支持構造が損傷されたり、航空機がさらに危険に曝されたりする場合がある。

本発明の第１の態様によれば、半径方向外側の環状ケーシングと、第１の圧縮強度を有するセル状材料からなる衝突域を含む、ケーシング内に半径方向に位置するファントラックライナーと、第１の圧縮強度よりも高い第２の圧縮強度を有する、軸方向成分を有する方向に衝突域を通って延在する少なくとも１つの細長い隆起部と、ファントラックライナー内に半径方向に位置するガス洗浄層とを備えた、ガスタービンエンジンのための封じ込め構造を提供する。

衝突域は、第１の圧縮強度を有するセル状材料からなる半径方向外側層と、第１の圧縮強度よりも低い第３の圧縮強度を有するセル状材料からなる半径方向内側層とを含む、セル状材料の２つの層を含んでいてもよい。３つ以上のセル状材料の層が存在してもよい。

封じ込め構造は、衝突域の半径方向外側層と半径方向内側層との間に配置された隔壁層をさらに含んでいてもよい。隔壁層は、１ｍｍ〜１０ｍｍの半径方向範囲を有していてもよい。隔壁層は、複合材料、例えば、ガラスまたは炭素繊維強化ポリマー（ＧＦＲＰ、ＣＦＲＰ）で構成されていてもよい。複合材料は一般に、異なる材料特性、例えば、強度および延性を有する２種以上の構成材料からなる。複合材料は、マトリックス材料および繊維強化材料で構成されていてもよい。

ガス洗浄層は、摩耗性層であってもよい。摩耗性層は、２ｍｍ〜１０ｍｍの半径方向範囲を有していてもよい。摩耗性層は、セル状材料で構成されていてもよい。摩耗性層のセル状材料は、発泡ハニカム構造で構成されていてもよい。セル状材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、チタンまたはチタン合金あるいはプラスチック材料で構成されていてもよい。摩耗性層のセル状材料は、エポキシまたは他のプラスチック材料を含んでいてもよい。例えば、セル状材料内の空隙は、エポキシまたは他のプラスチック材料で少なくとも部分的に充填されていてもよく、それらの材料は顆粒状であってもよい。プラスチックまたはエポキシ材料は、例えば、氷や砂に対する向上した低い耐衝突性および耐摩耗性を有する摩耗性層を提供してもよい。

隆起部は、連続していなくてもよい。隆起部は、分離した隆起要素を含んでいてもよく、それらは互いに軸方向に分離されていてもよい。あるいは、隆起部は連続していてもよい。

隆起部の断面は、任意の好適な形状を有していてもよい。一実施形態では、この断面は、実質的に三角形である。他の実施形態では、隆起部の断面は、実質的に半円筒状または実質的に立方状であってもよい。隆起部は、平らな半径方向内面を提供するように切頭形状を有していてもよい。隆起部は、片側または両側に傾斜部を有していてもよい。

隆起部の軸方向範囲は、ファントラックライナーの軸方向範囲と実質的に等しいかそれよりも小さくてもよい。隆起部は、実質的に軸方向に延在していてもよいが、いくつかの実施形態では、隆起部は、ケーシングの軸に対して傾いていてもよく、例えば、後退構造または螺旋状構造を有していてもよい。

ファントラックライナーは、各パネルが衝突域の衝突部を形成する複数のパネル含んでいてもよい。各パネルは、第１の圧縮強度を有するセル状材料で構成されていてもよい。各パネルは、第１の圧縮強度を有するセル状材料からなる半径方向外側層と第１の圧縮強度よりも低い第３の圧縮強度を有するセル状材料からなる半径方向内側層とを含む、セル状材料の２つの層を含んでいてもよい。各パネルは、セル状材料の３つ以上の層を含んでいてもよい。

隆起部は、２つの隣接するパネルの間に配置されていてもよい。隆起部は、パネルのうちの１つの衝突部に形成された凹部に少なくとも部分的に配置されていてもよい。２つの隣接するパネルには、その間に隆起部を収容する、空隙を画定する縁凹部が設けられていてもよい。あるいは、隆起部は、パネルのうちの１つの衝突部に形成された凹部に全体が配置されていてもよい。

隆起部は、半径方向内側縁部を有していてもよく、この縁部は、衝突域の半径方向内面の半径方向外側に位置する。

ファントラックライナーパネルの衝突域および／または衝突部は、２０ｍｍ〜５０ｍｍ、２５ｍｍ〜４０ｍｍまたは３０ｍｍ〜３５ｍｍの半径方向範囲を有していてもよい。

隆起部は、１０ｍｍ〜４０ｍｍ、１５ｍｍ〜３０ｍｍまたは２０ｍｍ〜２５ｍｍの半径方向範囲を有していてもよい。隆起部は、１０ｍｍ〜５０ｍｍ、１５ｍｍ〜３５ｍｍまたは２０ｍｍ〜３０ｍｍの円周範囲を有していてもよい。

衝突域のセル状材料は、発泡構造、押出構造および／またはハニカム構造で構成されていてもよい。上記セル状材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、チタンまたはチタン合金で構成されていてもよい。

隆起部は、セル状材料で構成されていてもよい。衝突域のセル状材料は、発泡構造、押出構造および／またはハニカム構造で構成されていてもよい。隆起部のセル状材料は、発泡構造、押出構造および／またはハニカム構造で構成されていてもよい。上記セル状材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、チタンまたはチタン合金で構成されていてもよい。

ファントラックライナーは、円周方向に離間した複数の隆起部を含んでいてもよい。一実施形態では、４個の隆起部が存在していてもよいが、他の実施形態では、５個以上、例えば最大１２個の隆起部が存在していてもよい。

本発明の第２の態様によれば、複数のファンブレードを含むファンと、ファンブレードの周囲に延在する本発明の第１の態様に係る封じ込め構造とを備えた、ガスタービンエンジンが提供される。

各ファンブレードは、複合材料で構成されていてもよい。各複合材製ファンブレードには、前縁、後縁および／または先端金属細工物が設けられていてもよい。

各ファンブレードは、金属製であってもよい。

本発明の第３の態様によれば、ファンブレードオフ事象が生じる本発明の第２の態様に係るガスタービンエンジンのための、ファンブレード封じ込め方法が提供され、本方法では、（ａ）外れたブレードまたはブレード断片を衝突域に取り込み、（ｂ）衝突域内のブレードまたはブレード断片の円周方向変位により衝突域材料を掘り出し、（ｃ）ブレードまたはブレード断片と掘り出された衝突域材料とを含む破片の円周方向変位を隆起部によって制止し、（ｄ）この破片が、外れていないファンブレードの経路の中に突出し、（ｅ）外れていないファンブレードを突出している破片に衝突させて、それにより短くする。

ファンブレード材料が複合材料からなり、かつ先端金属細工物をさらに含む場合、各ファンブレードの先端金属細工物は、ファンブレードがその破片と衝突した際に、それぞれのファンブレードから外れることがある。

本発明の第４の態様によれば、ガスタービンエンジンのための封じ込め構造の環状ファントラックライナーのためのファントラックライナーパネルであって、ファントラックライナーパネルは、円周方向および軸方向に延在し、かつセル状材料からなり、ファントラックライナーパネルには軸方向成分を有する方向に延在する細長い凹部が設けられており、凹部は、パネルの少なくとも半径方向外面で開放され、かつファントラックライナーの細長い隆起部の少なくとも一部を受け入れるように構成されているファントラックライナーパネルが提供される。

凹部は、パネルの半径方向外面および周縁部の両方において開放されている縁凹部であってもよい。パネルの周縁部は、実質的に軸方向に延在していてもよいが、いくつかの実施形態では、パネルの周縁部は、ファントラックライナーパネルの軸方向に対して傾斜していてもよく、例えば、それらは、後退構造または螺旋状構造を有していてもよい。

凹部は、パネルの縁部の間に位置していてもよく、パネルの半径方向外面で開放されていてもよい。

凹部の半径方向範囲は、２０ｍｍ〜５０ｍｍ、２５ｍｍ〜４０ｍｍまたは３０ｍｍ〜３５ｍｍであってもよい。

凹部の円周範囲は、５ｍｍ〜５０ｍｍ、８ｍｍ〜３５ｍｍまたは１０ｍｍ〜３０ｍｍであってもよい。

凹部の断面は、任意の好適な形状を有していてもよい。一実施形態では、当該断面は実質的に三角形である。他の実施形態では、凹部の断面は、実質的に半円筒状、１／４円筒状または実質的に立方状であってもよい。凹部は、平らな半径方向内面を与えるために切頭形状を有していてもよい。

凹部および隆起部は、実質的に三角形の断面などの相補的な断面を有していてもよい。

本発明の第５の態様によれば、ガスタービンエンジンのための封じ込め構造の環状ファントラックライナーの部品のためのキットが提供され、部品キットは、各パネルが円周方向および軸方向に延在し、かつファントラックライナーの衝突域の衝突部を構成するために第１の圧縮強度のセル状材料からなる複数のファントラックライナーパネルであって、ファントラックライナーパネルの少なくとも１つは、軸方向成分を有する方向に延在する細長い凹部を有し、凹部は、パネルの少なくとも半径方向外面で開放され、かつ細長い隆起部の少なくとも一部を受け入れるように構成されているファントラックライナーパネルと、凹部の形状に相補的な形状を有し、かつ第１の圧縮強度よりも高い第２の圧縮強度を有する細長い隆起部とを含む。

各パネルは、本発明の第４の態様に係るものであってもよい。複数の隆起部が存在していてもよく、複数のファントラックライナーパネルには凹部が設けられていてもよい。

パネルの少なくとも２つは、一方のパネルが他方のパネルに隣接して配置されている場合、それぞれの凹部がその間に空隙を画定するように配置されていてもよく、凹部は、隆起部を空隙に受け入れることができるように空隙が隆起部の形状に相補的であるように構成されている。

隆起部の断面は、任意の好適な形状を有していてもよい。一実施形態では、当該断面は実質的に三角形である。他の実施形態では、隆起部の断面は、実質的に半円筒状または実質的に立方状であってもよい。隆起部は、平らな半径方向内面を与えるために切頭形状を有していてもよい。隆起部は、片側または両側に傾斜部を有していてもよい。

隆起部は、１つ以上のそれぞれのファントラックライナーパネルに接合されていてもよい。

ファントラックライナーパネルの少なくとも１つは、隆起部を受け入れるための凹部を有していなくてもよい。

本発明は、相互に排他的であるような特徴の組み合わせを除く、本明細書に言及されている特徴および／または限定のあらゆる組み合わせを含むことができる。

以下、本発明の実施形態について、一例として添付の図面を参照しながら説明する。

ファン封じ込め構造を備えたターボファンエンジンを斜視図で概略的に示す。 図１の封じ込め構造の半径方向内面に向かう概略斜視図である。 図２の封じ込め構造を断面図で概略的に示す。 図３に対応するが、ファンブレードオフ事象の第１の段階の間の図２の封じ込め構造を示す。 図３に対応するが、ファンブレードオフ事象の第２の段階の間の図２の封じ込め構造を示す。 図３に対応するが、ファンブレードオフ事象の第３の段階の間の図２の封じ込め構造を示す。 図２に対応するが、他の実施形態を示す。

図１は、その上流端にファン４を有するターボファンエンジン２を示す。ファンは、ディスク６から延在する複数のファンブレード８を含み、環状ファンケーシング１２を備えるファン封じ込め構造１０によって封じ込まれている。エンジン２は、ファン４の直接下流であって外部案内羽根１１の上流に、環状の破片保持空間１３を備える。

図２は、封じ込め構造１０に隣接するファンブレード８の半径方向外側部分を示す。封じ込め構造は、環状ファンケーシング１２と、複数の封じ込めパネル１４とを備え、各パネル１４は、封じ込め構造１０のセグメントを形成している。各パネル１４は、ケーシング１２に接合されている。本実施形態では、８個のパネルが存在する。

封じ込め構造１０は、パネル１４の前方および後方に配置され、かつ留め具によってケーシング１２に固定された前方および後方の音響処理済ライナー１６、１８をさらに備える。

図３に示すように、各パネルは、セル状材料からなる半径方向外側の衝突部２２を含む。

本実施形態では、衝突部２２は、隔壁３４によって分離されたセル状材料の２つの層２３、２４を含む。半径方向外側層２３は中密度セル状材料からなり、半径方向内側層２４は低密度セル状材料からなる。

層２３の中密度セル状材料は、セル方向がケーシング１２の半径方向に揃えられた、押出アルミハニカム材料である。中密度セル状材料は、半径方向に１４．５ＭＰａ〜２２．８ＭＰａの圧縮強度を有する。具体的な実施形態では、当該圧縮強度は、約１８．５ＭＰａであり、セル方向に対して横方向に約３．２ｍｍのセルサイズと、約１９０ｋｇ／ｍ^３の密度とを有する中密度材料を用いて達成される。

層２４の低密度セル状材料は、中密度セル状材料よりも低い圧縮強度および低い圧壊強度を有する。低密度セル状材料は、半径方向に２．４ＭＰａ〜４．５ＭＰａの圧縮強度を有する。具体的な実施形態では、当該圧縮強度は約３．４ＭＰａであり、セル方向に対して横方向に約６．４ｍｍのセルサイズと、約７０ｋｇ／ｍ^３の密度とを有する低密度材料を用いて達成される。本実施形態では、衝突部２２の半径方向範囲は約３２ｍｍであり、そのうち、半径方向外側層２３の半径方向範囲は約２０ｍｍであり、半径方向内側層２４の半径方向範囲は約１２ｍｍである。

隔壁３２は、衝突部２２の半径方向外側層２３と半径方向内側層２４との間に配置されている。本実施形態では、隔壁３２は、約５ｍｍの厚さのガラス繊維強化ポリマー（ＧＦＲＰ）などの複合材料からなる。隔壁３２は、半径方向外側層２３および半径方向内側層２４に接合されている。

衝突部２２は、ケーシング１２に接合されているか、それ以外の方法で固定されている。図３〜図６に示す実施形態では、衝突部２２は、衝突部２２の半径方向外面に、その軸方向に延在する周縁部のうちの１つにおいて開放された凹部２５を有する。本実施形態では、凹部２５は、大きな縁面取り形態であるため、凹部２５は、縁凹部と表わすことができる。本実施形態では、凹部２５の半径方向範囲は約１６ｍｍであり、凹部２５の円周範囲は約１２ｍｍである。従って、本実施形態では、凹部２５は、衝突部２２の半径方向外側層２３にのみ形成されている。但し、当然のことながら、他の実施形態では、凹部２５は、半径方向外側層２３および半径方向内側層２４の両方に形成されていてもよく、従って、隔壁３２を横切って延在していてもよい。

図３に示すように、一対の隣接するパネル１４は、それぞれの衝突部２２に形成された凹部２５がケーシング１２と一緒になって、実質的に三角形の細長い空隙を画定するように配置されている。

衝突部２２の凹部２５と実質的に同じ軸方向範囲を有する細長い隆起部２６は、上記空隙内に配置されている。隆起部２６は、凹部２５によって画定された空隙と実質的に同じ実質的に三角形の断面形状を有する。組み立てられた封じ込め構造１０では、隆起部２６は、衝突部２２およびケーシング１２に接合されている。

隆起部２６は、衝突部２２のセル状材料よりも高い圧縮強度を有する（すなわち、衝突部２２の半径方向外側層２３および半径方向内側層２４の両方の圧縮強度よりも高い）高密度セル状材料で形成されている。当該セル状材料は、セル方向がケーシング１２の半径方向に実質的に揃えられた、高密度押出アルミハニカムである。高密度セル状材料は、半径方向に１５ＭＰａ〜９０ＭＰａの圧縮強度を有する。具体的な実施形態では、当該圧縮強度は、約３５ＭＰａであり、セル方向に対して横方向に約１．６ｍｍのセルサイズと、約３２０ｋｇ／ｍ^３の密度とを有する高密度材料を用いて達成される。

封じ込め構造１０は、４対の隣接するパネル１４（全部で８個のパネル１４）を含むため、全部で４個の実質的に三角形の細長い空隙が存在する。空隙の半径方向内側に、隣接するパネル１４の衝突部２２は、互いに当接しているか、それらの側面が実質的に隣接するように位置合わせされている。

パネル１４の衝突部２２およびその間に配置された４個の隆起部２６は、環状ファントラックライナー２８を形成している。それぞれのパネルの衝突部２２は、ファントラックライナー２８の衝突域３０を形成している。ファントラックライナー２８は、大部分が衝突域３０からなり、隆起部２６は、衝突域を通って延在している。衝突域３０は、隆起部２６をそれらの半径方向内面側で覆っている。ファントラックライナー２８の半径方向内面は、衝突域３０を形成している衝突部２２の半径方向内面によって画定されており、ファントラックライナー２８の半径方向外面は、衝突部２２および隆起部２６の半径方向外面によって画定されている。

複数のパネル１４の複数の隔壁３２は一緒になって、ファントラックライナー２８の衝突域３０に埋め込まれた環状隔壁層３４を形成している。

各パネル１４は、衝突部２２内に半径方向に配置され、かつ衝突部２２に接合または接着された摩耗性ライニング３６をさらに含む。本実施形態では、摩耗性ライニング３６は、セル方向がケーシングの半径方向に揃えられた押出アルミハニカムなどのセル状材料からなる。複数のパネル１４の複数の摩耗性ライニング３６は一緒になって、ファントラックライナー２８の半径方向内側に配置された環状摩耗性層３８を形成している。

本実施形態では、図２に示すように、各ブレード８のエアロフォイル部の大部分は、複合材料からなるが、そこには、その複合材料に接合され、かつブレード８の前縁および後縁をそれぞれ形成する前縁および後縁保護金属細工物４２、４４が設けられている。前縁および後縁金属細工物４２、４４は、ファンブレード８の先端を画定する先端金属細工物４６と一体的に形成されており、先端金属細工物４６もブレード８のエアロフォイル部の複合材料に接合されている。

使用中、封じ込め構造１０は、摩耗性層３８が封じ込め構造１０の半径方向内側のガス洗浄表面を画定するように、ファン４の周囲に配置されている。エンジン２の初期運転の間、ファンブレード８は、遠心力下で伸長し、摩耗性層３８内のトラックを摩耗させて、ブレード８の先端と摩耗性層３８との間でシールを形成する。

封じ込め構造１０は、破片がエンジン２の側方または前方から抜け出るのを防止するために、破片を吸収するように設計されている。ファンブレード８によって偏向されたボルトや小さい滑走路上の破片などの小さい物体が、封じ込め構造１０に衝突すると、摩耗性層３８が典型的に貫入および局所的に圧壊され、小さい物体が衝突域３０の半径方向内側層２４に進入することができ、その中にそれを保持することができる。隔壁層３４は、半径方向外側層２３のより大きな領域全体に半径方向内側層２４内の負荷を伝達し、これにより、衝突域３０の圧壊に対す抵抗性が向上する。どんなに小さい物体が隔壁層３４に到達した場合であっても、隔壁層は、貫入に対して抵抗し、物体を衝突域３０の半径方向内側層２４の中に偏向させることができ、そこに物体を保持することができる。

封じ込め構造１０に衝突している、より大きい／高いエネルギーを有する物体は典型的に、隔壁層３４に貫入し、衝突域３０の半径方向外側層を圧壊し始めるが、これも衝突域３０内に保持される。

衝突域３０の半径方向外側層２３および半径方向内側層２４の中密度および低密度セル状材料は、ファンブレードオフ事象においてファンブレード材料のエネルギーを吸収する間にそれらの貫入、変形、圧縮および／または圧壊を可能にする圧縮強度および圧壊強度特性に対して選択する。対照的に、隆起部２６の材料は、そのような貫入、変形、圧縮および／または圧壊に抵抗するように選択する。本実施形態では、隆起部２６は、高密度セル状材料からなるが、他の実施形態では、例えば、固体アルミニウムなどの他の材料を使用してもよい。

図４、図５および図６に示すように、ファンブレードオフ事象の間に、ファンブレード８またはファンブレード８の一部がファン２から外れ、矢印４７、４８で示すように、半径方向外側および回転方向に高速で移動する。図４に示す最初の衝突段階では、先端金属細工物４６は、摩耗性層３８および衝突域３０の半径方向内側層２４に衝突および貫入し、ブレード運動の回転成分が衝突域３０を圧壊または掘り出し始める。この目的のために、先端金属細工物４６の幾何学的形状を、回転方向に切断縁を設けるように成形してもよい。ブレードの前方（すなわち、ブレードの前方の回転経路内）の摩耗性層３８および衝突域の半径方向内側層から掘り出された材料は、破片領域４９を形成する。

ブレードまたはブレード断片８は、後続のブレードによってファンケースライナー１４に沿って吹き飛ばされる。図５に示すように、ブレードが回転しながら衝突部を通って半径方向外側に移動する間、衝突域３０の半径方向内側層２４は、圧壊または掘り出され続け、ブレード８は、隔壁層３４に貫入し、衝突域３０の半径方向外側層２４を圧壊または掘り出し始める。ブレード８が衝突域３０内に衝突し、かつブレード８が衝突域３０を通って移動することにより、衝突域３０およびファンブレード８の両方に圧縮応力が加わる。複合材製ブレードは、衝突域３０に衝突しているブレード８の先端部が破断する圧縮加重下で、徐々にモジュラス（ｍｏｄｕｌｕｓ）が損なわれる。その後に、ファンブレード８の破断した材料は、破片領域４９の一部を形成し、ブレードの残部は、ファントラックライナー２８の衝突域３０に衝突し、それを圧壊または掘り出し続ける。衝突し続けることにより、再びブレード８に圧縮応力が加わり、衝突域３０に衝突しているブレード８のさらなる先端部が再び破断する。ブレード８のモジュラスが徐々に損なわれることより、ブレード８は、衝突域３０に衝突してそこを通って移動する間に短くなる。ファンブレード８の破断した材料は、摩耗性ライナー３８、隔壁層３４ならびに衝突域３０の内側および外側半径方向の層２３、２４の破断した材料と一緒になって、外れたファンブレード８の残部の前方の破片領域４９を増加させる。

図６に示すように、長さが短くなった外れたファンブレード８は、衝突域の半径方向外側層２４の掘り出しおよび圧壊を続け、最終的に隆起部２６に到達する。隆起部２６の圧縮強度は、ファンブレードによる貫入、変形、圧縮および／または圧壊を防止するのに十分な程に高いため、ファンブレード８の先端部は、隆起部２６によって制止される。ブレードの後退角を有する形状により（図２を参照）、ファンブレード８の前縁の先端が隆起部２６によって制止されると、ブレードは、その半径方向軸の周りを枢動する。これにより、ブレードは、ブレード８が軸方向成分を有する方向に沿って位置するように、前縁の先端の周りを後方に回転する。隆起部２６の傾斜側により、ブレード８は、後方に回転して隆起部２６上で転覆または転倒することがある。ファンブレード８の大きな断片およびブレードの根元は、図１に示す破片保持空間１３の中に後方に移動することができる。ファンブレード８を含み得る蓄積された破片領域４９は、封じ込め構造内に制止され、かつ残りのファンブレード８の経路内に突出する破片５０の塊を形成する。言い換えると、塊５０は、外れたブレードまたはブレード断片８がライナーアセンブリの近くに位置している状態で、封じ込め構造１０のガス洗浄表面の概念的な半径方向位置の半径方向内側に突出している。

ファン４が回転し続ける間、後続のファンブレード８は、塊５０に衝突し、それにより、塊５０およびそれが埋め込まれているファントラックライナー２８の一部が半径方向外側にさらに圧縮される。後続のファンブレード８が塊５０に衝突する度に、ファンブレード８の先端部５２が破断する。典型的には、各後続のブレードの先端金属細工物４６は塊５０に衝突し、破壊されて外れる。後続のブレードの破壊は、ブレードの複合材料内で生じる。破壊されて外れた先端部５２は、塊５０の一部を形成して保持空間１３に保持されるか（図１）、エンジンの中に吸い込まれる。

ファン４の数回の回転後に、各ブレード８の先端部５２はブレード８から外れ、各ブレード８は互いに実質的に同じ量だけ制御された方法で短くなる。従って、ファン４は、著しく減少した重量および著しく減少した慣性モーメントを有し、これにより、１つ以上のファンブレードの全体または部分的喪失によりエンジンが均衡を失う度合いが低下する。

実験結果から、上記のようにファンブレードオフ事象においてファンブレード８が短くなることで、ファンブレードオフ事象後のウィンドミリングの際にエンジンが均衡を失う度合いを典型的な値から６０％低下できることが分かる。ファンブレードオフ事象後のエンジン不均衡の標準的な尺度は、例えば、ファンの周りに存在する重量によって当量数のロータブレードを評価することにより、ファンの周りの他の位置のブレード材料の量と比較した場合に事象位置で失われているブレード材料の量から導出される。

封じ込め構造１０内に円周方向に離間された複数の隆起部２６を設けることにより、ブレードが外れた直後に、外れたファンブレード８（またはファンブレード８の外れた部分）を隆起部２６のうちの１つによって制止するように束縛することができる。隆起部が要求される数の計算は、第一に、ファンブレードの数、それぞれのファンブレードの１分当たりの典型的な回転数、ファンブレードが衝突域を通って移動する速度、および数多くの他の因子によって決まる。

衝突域は隆起部の上方（すなわち半径方向内側に）に延在しているため、外れたファンブレード８は常に、衝突域の少なくとも一部を通って移動した後、隆起部２６によって制止される。

外れたファンブレード８の先端部の上記記載における言及は、全く無傷であるか材料の除去後であるかに関わらず、ブレードの半径方向最外部を示すために使用する。従って、「先端部」という意味は、外れたファンブレード８または外れていないファンブレード８の元の先端に限定されない。

図７は、各隆起部５４がケーシングの軸に対して傾斜しているという点で、上記とは異なる封じ込め構造の他の実施形態を示す。言い換えると、隆起部５４は、後退角を有するか、ケーシングの周りに螺旋状に延在している。本実施形態では、パネル１４は、隆起部５４をパネルの縁凹部２５内に受け入れることができるように、それに応じて傾斜した縁部を有する。但し、他の実施形態では、パネル１４は、軸方向に延在する側面およびそこを通って延在する傾斜した凹部を有していてもよい。

ファンブレードオフ事象では、隆起部２６の傾斜角度は、大きな破片の断片およびブレードの根元が隆起部５４に衝突した際に、それらを破片保持空間１３の中へと後方に導く。従って、この破片が、前方に移動してエンジンの前方から排出されるのを防止する。破片領域４９および塊５０は、後続するファンブレードまたは外れた各ファンブレード８の長さを短くするように、上記のように形成される。

セル状材料が押出アルミハニカム材料からなる本発明の実施形態について記載してきたが、当然のことながら、他のセル状材料を使用してもよい。例えば、セル状材料は、アルミニウム合金、チタンまたはチタン合金で構成されていてもよい。さらに、当該材料は、発泡性であってもよく、発泡もしくは固形プラスチックであってもよい。

隆起部が、隣接するパネルの２つの凹部によって画定された空隙に配置されている本発明の実施形態について記載してきたが、当然のことながら他の実施形態では、隆起部は、１つのパネル内の単一の凹部に配置されていてもよい。

隆起部および衝突部の対応する凹部が衝突部と実質的に同じ軸方向範囲を有する本発明の実施形態について記載してきたが、隆起部および／または対応する凹部は、衝突部の軸方向範囲よりも小さい軸方向範囲を有していてもよい。

隆起部がセル状材料からなる本発明の実施形態について記載してきたが、当然のことながら他の実施形態では、隆起部は、衝突部の圧縮強度よりも高い圧縮強度を有するあらゆる材料で作られていてもよい。例えば、隆起部は、アルミニウムまたは複合材料の固体片で構成されていてもよい。

隆起部が単一長さの連続的な材料であり、かつ対応する凹部が隆起部を受け入れるための連続的な溝である本発明の実施形態について記載してきたが、当然のことながら、他の実施形態では、隆起部は、連続していなくてもよく、軸方向成分を有する細長い線に沿って配置された分離した隆起要素を含んでいてもよい。例えば、隆起部は、複数の１列に並べられた小さい三角形の隆起要素を含んでいてもよい。当然のことながら、凹部は、対応する一連の分離した凹部を含んでいてもよい。

ブレードまたはブレード断片８は、後続のブレードによってファンケースライナー１４に沿って吹き飛ばされる。図５に示すように、ブレードが回転しながら衝突部を通って半径方向外側に移動する間、衝突域３０の半径方向内側層２４は、圧壊または掘り出され続け、ブレード８は、隔壁層３４に貫入し、衝突域３０の半径方向外側層２３を圧壊または掘り出し始める。ブレード８が衝突域３０内に衝突し、かつブレード８が衝突域３０を通って移動することにより、衝突域３０およびファンブレード８の両方に圧縮応力が加わる。複合材製ブレードは、衝突域３０に衝突しているブレード８の先端部が破断する圧縮加重下で、徐々にモジュラス（ｍｏｄｕｌｕｓ）が損なわれる。その後に、ファンブレード８の破断した材料は、破片領域４９の一部を形成し、ブレードの残部は、ファントラックライナー２８の衝突域３０に衝突し、それを圧壊または掘り出し続ける。衝突し続けることにより、再びブレード８に圧縮応力が加わり、衝突域３０に衝突しているブレード８のさらなる先端部が再び破断する。ブレード８のモジュラスが徐々に損なわれることより、ブレード８は、衝突域３０に衝突してそこを通って移動する間に短くなる。ファンブレード８の破断した材料は、摩耗性ライナー３８、隔壁層３４ならびに衝突域３０の内側および外側半径方向の層２３、２４の破断した材料と一緒になって、外れたファンブレード８の残部の前方の破片領域４９を増加させる。

図６に示すように、長さが短くなった外れたファンブレード８は、衝突域の半径方向外側層２３の掘り出しおよび圧壊を続け、最終的に隆起部２６に到達する。隆起部２６の圧縮強度は、ファンブレードによる貫入、変形、圧縮および／または圧壊を防止するのに十分な程に高いため、ファンブレード８の先端部は、隆起部２６によって制止される。ブレードの後退角を有する形状により（図２を参照）、ファンブレード８の前縁の先端が隆起部２６によって制止されると、ブレードは、その半径方向軸の周りを枢動する。これにより、ブレードは、ブレード８が軸方向成分を有する方向に沿って位置するように、前縁の先端の周りを後方に回転する。隆起部２６の傾斜側により、ブレード８は、後方に回転して隆起部２６上で転覆または転倒することがある。ファンブレード８の大きな断片およびブレードの根元は、図１に示す破片保持空間１３の中に後方に移動することができる。ファンブレード８を含み得る蓄積された破片領域４９は、封じ込め構造内に制止され、かつ残りのファンブレード８の経路内に突出する破片５０の塊を形成する。言い換えると、塊５０は、外れたブレードまたはブレード断片８がライナーアセンブリの近くに位置している状態で、封じ込め構造１０のガス洗浄表面の概念的な半径方向位置の半径方向内側に突出している。

図７は、各隆起部２６がケーシングの軸に対して傾斜しているという点で、上記とは異なる封じ込め構造の他の実施形態を示す。言い換えると、隆起部２６は、後退角を有するか、ケーシングの周りに螺旋状に延在している。本実施形態では、パネル１４は、隆起部２６をパネルの縁凹部２５内に受け入れることができるように、それに応じて傾斜した縁部を有する。但し、他の実施形態では、パネル１４は、軸方向に延在する側面およびそこを通って延在する傾斜した凹部を有していてもよい。

ファンブレードオフ事象では、隆起部２６の傾斜角度は、大きな破片の断片およびブレードの根元が隆起部２６に衝突した際に、それらを破片保持空間１３の中へと後方に導く。従って、この破片が、前方に移動してエンジンの前方から排出されるのを防止する。破片領域４９および塊５０は、後続するファンブレードまたは外れた各ファンブレード８の長さを短くするように、上記のように形成される。

Claims (25)

1. 半径方向外側の環状ケーシングと、
   第１の圧縮強度を有するセル状材料からなる衝突域と、
   前記第１の圧縮強度よりも高い第２の圧縮強度を有する、軸方向成分を有する方向に前記衝突域を通って延在する少なくとも１つの細長い隆起部と、
   を含む前記ケーシング内に半径方向に位置するファントラックライナーと、
   前記ファントラックライナー内に半径方向に位置するガス洗浄層と、
   を備えた、ガスタービンエンジンのための封じ込め構造。
2. 前記衝突域は、前記第１の圧縮強度を有するセル状材料からなる半径方向外側層と、前記第１の圧縮強度よりも低い第３の圧縮強度を有するセル状材料からなる半径方向内側層とを含む、請求項１に記載の封じ込め構造。
3. 前記衝突域の前記半径方向外側層と前記半径方向内側層との間に配置された隔壁層をさらに含む、請求項２に記載の封じ込め構造。
4. 前記ガス洗浄層は摩耗性である、前記請求項のいずれか１項に記載の封じ込め構造。
5. 前記隆起部は分離した隆起要素を含む、前記請求項のいずれか１項に記載の封じ込め構造。
6. 前記隆起部は実質的に連続している、前記請求項のいずれか１項に記載の封じ込め構造。
7. 前記隆起部の断面は実質的に三角形である、前記請求項のいずれか１項に記載の封じ込め構造。
8. 前記隆起部の軸方向範囲は、前記ファントラックライナーの軸方向範囲に実質的に等しい、前記請求項のいずれか１項に記載の封じ込め構造。
9. 前記隆起部は、前記ケーシングの軸に対して傾斜している、前記請求項のいずれか１項に記載の封じ込め構造。
10. 前記隆起部は、実質的に軸方向に延在している、請求項１〜８のいずれか１項に記載の封じ込め構造。
11. 前記隆起部は、前記衝突域の前記半径方向内面の半径方向外側に位置する半径方向内側縁部を有する、前記請求項のいずれか１項に記載の封じ込め構造。
12. 前記ファントラックライナーは、複数のパネルを含み、各パネルは、前記衝突域の衝突部を形成し、各パネルは、前記第１の圧縮強度を有する前記セル状材料からなる、前記請求項のいずれか１項に記載の封じ込め構造。
13. 前記隆起部は、２つの隣接するパネルの間に配置されている、請求項１２に記載の封じ込め構造。
14. 前記隆起部の少なくとも一部は、前記パネルの少なくとも１つの前記衝突部内に形成された凹部に配置されている、請求項１３に記載の封じ込め構造。
15. ２つの隣接するパネルには、その間に前記隆起部を収容する空隙を画定する縁凹部が設けられている、請求項１３または１４に記載の封じ込め構造。
16. 前記衝突域の前記セル状材料は、発泡構造、押出構造および／またはハニカム構造からなる、前記請求項のいずれか１項に記載の封じ込め構造。
17. 前記隆起部はセル状材料からなる、前記請求項のいずれか１項に記載の封じ込め構造。
18. 前記隆起部の前記セル状材料は、発泡構造、押出構造および／またはハニカム構造からなる、前記請求項のいずれか１項に記載の封じ込め構造。
19. 前記ファントラックライナーは、円周方向に離間した複数の隆起部を含む、前記請求項のいずれか１項に記載の封じ込め構造。
20. ガスタービンエンジンのための封じ込め構造の環状ファントラックライナーのためのファントラックライナーパネルであって、前記ファントラックライナーパネルは、円周方向および軸方向に延在し、かつセル状材料からなり、前記ファントラックライナーパネルには軸方向成分を有する方向に延在する細長い凹部が設けられており、前記凹部は、前記パネルの少なくとも半径方向外面で開放され、かつ前記ファントラックライナーの細長い隆起部の少なくとも一部を受け入れるように構成されている、ファントラックライナーパネル。
21. 前記凹部は、前記パネルのうちの１つの縁部に形成されている、請求項２０に記載のファントラックライナーパネル。
22. 前記パネルの前記縁部は、実質的に軸方向に延在している、請求項２０または２１に記載のファントラックライナーパネル。
23. 前記パネルの前記縁部は、前記ファントラックライナーの軸に対して傾斜している、請求項２０または２１に記載のファントラックライナーパネル。
24. 前記細長い隆起部は、前記凹部内に位置している、請求項２０〜２３のいずれか１項に記載のファントラックライナーパネル。
25. 前記凹部および前記隆起部は、相補的な実質的に三角形の断面を有する、請求項２４に記載のファントラックライナーパネル。

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