JP2017166473A - V刃v溝継手の成形複合材磨耗エッジガード - Google Patents

V刃v溝継手の成形複合材磨耗エッジガード Download PDF

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Abstract

【課題】航空用ガスタービンエンジンのナセルのクラムシェルファンカウルをエンジンのファンケーシングにクランプ締めするカウルクランプ締め機構を提供する。【解決手段】環状成形複合材磨耗スリーブが、接着剤で溝リング64にある環状V溝34内に結合される。磨耗スリーブは、前方及び後方スリーブ壁を含み、スリーブ底部と前方及び後方スリーブ壁との間に、環状前方及び後方スリーブフィレットを含む。後方スリーブ壁が、環状溝リング上の環状後方テーパに準拠する後方フラップを含む。ファンケーシング26にクラムシェルカウル20をクランプ締めする航空用ガスタービンエンジンカウルクランプ締め機構22が、溝リングと、接着剤で溝リングにある環状V溝内に結合されている成形複合材磨耗スリーブとを含む。環状V刃30が、環状V刃を環状V溝内に挿入するために回転可能なクラムシェルカウル上にある。【選択図】図1

Description

本発明は、全般的に航空用ガスタービンエンジンカウルに関し、より具体的には、カウルを閉じた状態に保つのを助けるのに使用されるV刃およびV溝に関する。
航空用バイパスガスタービンエンジンは、通常、接地減速のためのスラストリバーサを使用する。スラストリバーサは、径方向に外部ナセルとエンジンコアカウルとの間に、軸方向にファンとファンノズルとの間に、ファンバイパスダクト内に配置されていてもよい。スラストリバーサの一種が、エンジンを、リバーサの長さに亘ってその外周部の周りで包んでいる。整備のために、スラストリバーサにより包まれているエンジンの部分にアクスセスするために、スラストリバーサは、エンジンが動いていない時にパイロンから枢動しかつ開くことができる2つのクラムシェル構造体として構造化されている外側カウリングの内部に配置されていてもよい。
クラムシェルは航空機パイロン上で蝶番で動き、クラムシェルの前端部は、エンジンが動作している時に2つの目的を果たす、主エンジンへの舌溝嵌合(tongue−in−groove fit)を有する。第1の目的は、ファンバイパスからスラストリバーサまたはファンノズルのどちらかの中へ方向付けられている流動を封止することである。第2の目的は、その前端部においてスラストリバーサの支持を与えることである。通常、クラムシェル蝶番の反対側のラッチのみが、クラムシェルの2つの半片を一緒に保持する。このラッチは、エンジン動作中、2つのクラムシェルの輪形の完全性をもたらすが、それ以外、エンジン溝(V溝と呼ばれることが多い)内のスラストリバーサの舌(V刃と呼ばれることが多い)をさらに抑制しない。舌はV刃と呼ばれることが多く、通常はカウル上にあり、エンジンファンケーシング上の、V溝と呼ばれることが多いエンジン溝内に嵌合する。(V刃および対応するV溝に類似した)ナイフエッジと嵌合用溝を組み込んでいるクランプ締め装置が、カウルを固定するかまたはクランプ締めするのに使用されてきた。
スラストリバーサのクラムシェル半片の固有の柔軟性、クラムシェル半片には2つの円周拘束点しかないことに因る剛性の欠如、および特にスラストリバーサの配備中に空気荷重(aero load)と戦うことにより誘発される高振動性の環境に因り、V刃とV溝との間の境界面において多くの相対運動が存在することが多い。これらのV刃構造とV溝構造との間の高接触応力および相対運動が、2つの部品が互いに過剰にフレッティングしないようにするために、該2つの間の接触面に磨耗コーティングを必要とする。該フレッティングは、継手の耐荷重能力を寸法的に弱める可能性があり、かつ/またはそれを腐食によりさらに低下させる可能性がある。
この継手におけるいくつかの磨耗コーティングには、通常はV溝およびV刃の両方に適用される、Cu−Ni−INまたは硬質陽極酸化処理などのある種の金属化コーティングが含まれている。より頑強な磨耗保護が、より長い寿命およびより高い耐久性をもたらすために所望されている。
クランプ締めアセンブリ(22)が、エポキシ接着剤または他の接着剤で、溝リング(64)にある環状V溝(34)内に結合されている環状成形複合材磨耗スリーブ(40)を含む。磨耗スリーブ(40)は、スリーブ底部(44)から離れて前方および後方スリーブ鈍角(50、52)それぞれで延在している前方および後方スリーブ壁(46、48)を含んでいてもよく、環状前方および後方スリーブフィレット(54、56)は、スリーブ底部(44)と前方および後方スリーブ壁(46、48)との間にあってもよい。後方スリーブ壁(48)は、V溝(34)を含む環状溝リング(64)上の環状後方テーパ(62)に準拠している後方フラップ(60)を含んでいてもよい。
クラムシェルカウル(20)をファンケーシング(26)にクランプ締めする、航空用ガスタービンエンジンカウルクランプ締め機構(22)が、ファンケーシング(26)上の溝リング(64)と、エポキシ接着剤または他の接着剤で、溝リング(64)にある環状V溝(34)内に結合されている環状成形複合材磨耗スリーブ(40)とを含む。環状V刃(30)が、環状V刃(30)を環状V溝(34)内に挿入するために回転可能であるクラムシェルコアエンジンカウル(20)に取り付けられていてもよい。
航空用ターボファンガスタービンエンジン(10)が、クラムシェルコアエンジンカウル(20)に取り付けられている、リバーサ(80)およびバイパスダクト延長部(84)と、バイパスダクト延長部(84)の、径方向に離間された環状内側および外側ダクト壁(94、96)を、エンジン(10)の、径方向に離間された環状内側および外側ファンケーシング(100、102)それぞれにクランプ締めする、径方向に離間された内側および外側カウルクランプ締め機構(90、92)とを含む。内側および外側カウルクランプ締め機構(90、92)は、内側および外側ダクト壁(94、96)の前端部(110)上の内側および外側V刃(106、108)と、内側および外側ファンケーシング(100、102)それぞれの後端部(116)上の内側および外側溝リング(120、122)にある内側および外側V溝(112、114)とを含む。環状内側および外側成形複合材磨耗スリーブ(40)が、エポキシ接着剤または他の接着剤で、内側および外側V溝(112、114)それぞれの中に結合されている。クラムシェルコアエンジンカウル(20)は、内側および外側V刃(106、108)を内側および外側V溝(112、114)それぞれの中に挿入するために回転可能であってもよい。
環状V刃(30)と溝リング(64)にある嵌合用環状V溝(34)との間の過剰なフレッティングを防止する方法が、環状成形複合材磨耗スリーブ(40)を、エポキシ接着剤または他の接着剤で、溝リング(64)にある環状V溝(34)内にまたは嵌合可能なV刃(30)上に結合するステップを含む。本方法は、磨耗スリーブ(40)をV溝(34)内に結合する前に、環状V溝(34)のV溝表面(72)から、古い腐食した可能性がある材料をグリットブラストするかまたは別途除去するステップを含んでいてもよい。本方法は、V溝表面(72)の地金に至るまでグリットブラストし、次いで剥き出しのV溝表面(72)全体を、腐食に耐性がある構造接着剤(74)でコーティングするステップを含んでいてもよい。
本方法は、V刃(30)とV溝(34)との間の荷重伝達のための必須接触点が、剥き出しのV溝表面(72)全体を構造接着剤(74)でコーティングした後に形成されるように、環状成形複合材磨耗スリーブ(40)を置き、該磨耗スリーブ(40)をV溝(34)の3次元外形に適合させるステップをさらに含んでいてもよい。本方法は、航空機に取り付けられているエンジンで実施されてもよい。
本発明は、好適かつ例示的な実施形態に基づいて、添付図面と併用されている以下の詳細な説明においてより詳細に記載されている。
カウルとV刃V溝カウルクランプ締め機構のための磨耗エッジガードとを備えた、例示的航空用ターボファンガスタービンエンジンの斜視図である。 図1の例示的航空用ターボファンガスタービンエンジンのV刃V溝クランプ締め機構の拡大斜視図である。 エンジンのファンケース上に、図2に示されているV溝を含む例示的航空用ターボファンガスタービンエンジンの横断面概略図である。 図3に示されているV刃とV溝との間に配置されている磨耗スリーブの横断面概略図である。 図4に示されている磨耗スリーブの斜視図である。 カウルに取り付けられたリバーサと、内側および外側V刃V溝カウルクランプ締め機構のための径方向内側および外側磨耗スリーブとを備えた、例示的航空用ターボファンガスタービンエンジンの横断面概略図である。 図6に示されている内側および外側V刃V溝カウルクランプ締め機構のための、径方向内側および外側磨耗スリーブの図の拡大横断面概略図である。
図1〜図3は、支持部材またはパイロン上に取り付けるための例示的航空用ガスタービンエンジン10と、長手方向中心線軸12を中心にガスタービンエンジン10の部分を大まかに画定しているナセル16とを示す。ナセル16は、クラムシェルファンカウル18が後に続く入口17を含む。ナセル16は、ファンカウル18の後方に下流にクラムシェルコアエンジンカウル20をさらに含み、スラストリバーサまたはバイパスダクト延長部を伴わずに図1に示されている。クラムシェルカウル20をエンジン10のファンケーシング26にクランプ締めするカウルクランプ締め機構22が、クラムシェルコアエンジンカウル20上の環状V刃30と、図2により詳細に示されているファンケーシング26上の溝リング64にある環状V溝34とを含む。あるいは、V刃30はファンケーシング26上にあってもよく、溝リング64にあるV溝34はクラムシェルカウル20上にあってもよい。溝リングはまた、非金属複合材料からできてもよい。
V刃30およびV溝34は環状であり、クラムシェルコアエンジンカウル20が蝶番(本明細書において説明せず)を中心に回転し、カウル分野では公知であるように閉鎖した場合、V刃30はV溝34内に嵌合(mate or fit)する。クラムシェルカウル20が閉鎖し、V刃30がV溝34内に受容された場合、クラムシェルカウル20または航空機エンジンナセルに使用される他のタイプのカウルの固有の柔軟性に因り、このV刃V溝境界面38において多くの相対運動が存在することが多い。クラムシェルカウル半片に2つの円周拘束点しかないことに因り、剛性の欠如が存在する。また、特にスラストリバーサの配備中に空気荷重と戦うことにより誘発される、高振動性の環境も原因である。
V溝34とV刃30との間の高接触応力および相対運動により、以前に、2つの部分が互いに過剰にフレッティングしないようにするために、V刃V溝境界面38の接触面上にCu−Ni−INまたは硬質陽極酸化処理などの金属化磨耗コーティングを採用するに至った。このフレッティングは、クランプ締め継手の耐荷重能力を寸法的に弱める可能性があり、かつ/またはそれを腐食によりさらに低下させる可能性がある。しかし、これらの金属化磨耗コーティングは、依然として、このフレッティングおよび/または腐食に対抗する適切な耐久性を有さず、エンジンの普通のライフサイクルの範囲内で何度も改装されなければならない。
V溝34内にエポキシ接着剤または他の接着剤で結合されるかまたは別途取り付けられて、V刃V溝境界面38をフレッティングから保護し、それを腐食から保護する磨耗材料システムとしての機能を果たしてもよい環状成形複合材磨耗スリーブ40が、本明細書に開示され、図4および図5に示されている。磨耗スリーブ40は先行技術のコーティングより長い寿命をもたらす。磨耗スリーブ40は、その磨耗耐久性を危うくしないように、V刃30上の相対する磨耗コーティングに対して犠牲的である。あるいは、また、複合磨耗スリーブは、V刃30に結合されることが可能であると考えられ、V溝34は金属化コーティングでコーティングされてもよい。クラムシェルコアエンジンカウル20は、環状V刃30を環状V溝34内に挿入するために回転可能である。
図4〜図5に示されている成形複合材磨耗スリーブ40は、スリーブ底部44と、スリーブ底部44から離れて前方および後方スリーブ鈍角50、52それぞれで延在している前方および後方スリーブ壁46、48とを有して、環状である。環状前方および後方スリーブフィレット54、56が、スリーブ底部44を、前方および後方スリーブ壁46、48それぞれに接続している。後方スリーブ壁48は、V溝34を含む溝リング64の後方テーパ62に準拠している後方フラップ60を含む。後方テーパ62は、V刃30をV溝34内に据え付けるのを助ける。磨耗スリーブ40は、図4の磨耗スリーブ40と溝リング64との間の結合層70として本明細書に説明されている接着剤で、溝リング64などの基板63に結合されている。
磨耗スリーブ40は、Kevlar(登録商標)/Teflon(登録商標)織布、Fiberglass/Teflon(登録商標)織布、または他の耐磨耗性織布コーティングを含む複合材料であってもよい。そのような材料の例が、DuPont(商標)CP−0664、Kamatics KAron V、Kmatics P54、およびUltem 4001である。磨耗スリーブ40は、公知でありかつDuPontおよびKAMATICS CORPORATIONなどの会社により製造される磨耗ストリップから作製されていてもよい。DuPontのVespel(登録商標)磨耗ストリップは、磨耗スリーブ40に適した磨耗ストリップ材料を提供する。Vespel(登録商標)磨耗ストリップは、シート成形繊維強化ポリアミド樹脂複合材料から作製されていてもよい。KAMATICS CORPORATIONは、繊維ガラスの一方または両方の側面に当てられるKAron Vライナシステムを用いた様々な厚さの繊維ガラス/エポキシ裏張りの形の、KAron磨耗ストリップ材料として知られている磨耗ストリップ材料を作製している。KAronライナシステムは、シート形状またはストリップ形状で利用可能であり、不慮の摩擦、摺減りまたはフレッティングを含む問題領域での用途に関して公知である。
磨耗スリーブ40は、新しい製造の間にまたは修理もしくは分解修理工程時に、溝リング64などの基板63に結合されてもよい。溝リング64の修理または改装に適した1つの例示的方法が、V溝表面72から、古い腐食した可能性がある材料をグリットブラストするかまたは別途除去するステップを含む。基板63は、V溝表面72の地金に至るまでグリットブラストされ、次いで、剥き出しのV溝表面72全体が、腐食に耐性がある構造接着剤74でコーティングされる。次に、成形磨耗スリーブ40は接着剤74上に置かれ、該成形磨耗スリーブは、V刃30とV溝34との間の荷重伝達のための必須接触点をそれらが形成するような方法で、V溝34の3次元(3D)外形に適合する。接着剤は、V刃30がV溝34に伝達する圧縮荷重および剪断荷重に対して耐久性があるべきである。
適切な接着剤が、液体、ペーストまたはフィルム中のエポキシ、または室温もしくは高温で硬化しかつV溝/刃荷重および腐食環境に耐えるために磨耗スリーブを定位置に十分に結合する他の接着剤タイプを含む。そのような接着剤の例が、Hysol(登録商標)EA9394、Hysol(登録商標)EA9396、3M(商標)AF3901フィルム接着剤、3M(商標)AF163フィルム接着剤、PTV/シリコーンゴム接着剤、Hysol(登録商標)9309、Hysol(登録商標)EA9460、3M(商標)Scotchweld(商標)460、およびAraldite(登録商標)2011を含む。修理または改装方法は、例えば翼上または航空機の胴体上など、航空機に依然として取り付けられているエンジンに関して行われてもよい。
図6および図7は、クラムシェルコアエンジンカウル20に取り付けられている、カウルに取り付けられたリバーサ80とバイパスダクト延長部84とを備えた、例示的航空用ターボファンガスタービンエンジン10を示す。径方向に離間された内側および外側カウルクランプ締め機構90、92が、バイパスダクト延長部84の、径方向に離間された環状内側および外側ダクト壁94、96を、エンジン10の、径方向に離間された環状内側および外側ファンケーシング100、102それぞれにクランプ締めする。内側および外側カウルクランプ締め機構90、92は、内側および外側ダクト壁94、96の前端部110上の内側および外側V刃106、108と、エンジン10の内側および外側ファンケーシング100、102それぞれの後端部116上の内側および外側溝リング120、122にある内側および外側V溝112、114とを含む。
図4および図5に示されておりかつ前段で記載されている成形複合材磨耗スリーブ40が、内側および外側V溝112、114内に結合されてもよい。成形複合材磨耗スリーブ40は、V溝内にエポキシ接着剤もしくは他の接着剤で結合されているかまたは別途取り付けられており、V刃V溝境界面38をフレッティングから保護する磨耗材料システムとしての機能を果たす。溝リング64はファンケーシング26に取り付けられており、その両方が金属で作製されていてもよいかまたはそれらがどちらも複合材料製であってもよい。V刃30、およびV溝34を含む溝リング64は、織り複合マトリクス材で作製されたものなどの複合材料から作製されていてもよい。
好適と考えられるものおよび本発明の例示的実施形態を本明細書に記載したが、本発明の他の修正形態が、本明細書の教示から当業者に明らかであるはずであり、したがって、全てのそのような修正形態が、添付の特許請求の範囲において、本発明の真の精神および範囲内に入ると保証されることが望まれる。
したがって、アメリ合衆国の特許証により保証されることを望まれるものが、以下の特許請求の範囲において定められ、差別化される本発明である。
10 ガスタービンエンジン
12 長手方向中心線軸
16 ナセル
17 入口
18 クラムシェルファンカウル
20 クラムシェルカウル/クラムシェルコアエンジンカウル
22 クランプ締めアセンブリ/カウルクランプ締め機構
26 ファンケーシング
30 V刃
34 V溝
38 V刃V溝境界面
40 磨耗スリーブ
44 スリーブ底部
46 前方スリーブ壁
48 後方スリーブ壁
50 前方スリーブ鈍角
52 後方スリーブ鈍角
54 前方スリーブフィレット
56 後方スリーブフィレット
60 後方フラップ
62 後方テーパ
63 基板
64 溝リング
70 結合層
72 V溝表面
74 構造接着剤
80 リバーサ
84 バイパスダクト延長部
90 内側カウルクランプ締め機構
92 外側カウルクランプ締め機構
94 内側ダクト壁
96 外側ダクト壁
100 内側ファンケーシング
102 外側ファンケーシング
106 内側V刃
108 外側V刃
110 前端部
112 内側V溝
114 外側V溝
116 後端部
120 内側溝リング
122 外側溝リング

Claims (10)

  1. エポキシ接着剤または他の接着剤で、溝リング(64)にある環状V溝(34)内に結合されている環状成形複合材磨耗スリーブ(40)を含むクランプ締めアセンブリ(22)。
  2. スリーブ底部(44)から離れて前方および後方スリーブ鈍角(50、52)それぞれで延在している前方および後方スリーブ壁(46、48)を含む前記磨耗スリーブ(40)をさらに含む、請求項1記載のアセンブリ(22)。
  3. 前記スリーブ底部(44)と前記前方および後方スリーブ壁(46、48)との間に、環状前方および後方スリーブフィレット(54、56)をさらに含む、請求項2記載のアセンブリ(22)。
  4. 前記V溝(34)を含む前記環状溝リング(64)上の環状後方テーパ(62)に準拠している後方フラップ(60)を含む前記後方スリーブ壁(48)をさらに含む、請求項3記載のアセンブリ(22)。
  5. クラムシェルカウル(20)をファンケーシング(26)にクランプ締めする航空用ガスタービンエンジンカウルクランプ締め機構(22)であって、前記ファンケーシング(26)上の溝リング(64)と、エポキシ接着剤または他の接着剤で、前記溝リング(64)にある環状V溝(34)内に結合されている環状成形複合材磨耗スリーブ(40)とを含む、航空用ガスタービンエンジンカウルクランプ締め機構(22)。
  6. 前記クラムシェルコアエンジンカウル(20)上の環状V刃(30)と、前記環状V刃(30)を前記環状V溝(34)内に挿入するために回転可能である前記クラムシェルカウル(20)とをさらに含む、請求項5記載の機構(22)。
  7. 航空用ターボファンガスタービンエンジン(10)であって、
    クラムシェルコアエンジンカウル(20)に取り付けられている、リバーサ(80)およびバイパスダクト延長部(84)と、
    前記バイパスダクト延長部(84)の、径方向に離間された環状内側および外側ダクト壁(94、96)を、前記エンジン(10)の、径方向に離間された環状内側および外側ファンケーシング(100、102)それぞれにクランプ締めする、径方向に離間された内側および外側カウルクランプ締め機構(90、92)と、
    ここで、前記内側および外側カウルクランプ締め機構(90、92)は、前記内側および外側ダクト壁(94、96)の前端部(110)上の内側および外側V刃(106、108)と、前記内側および外側ファンケーシング(100、102)それぞれの後端部(116)上の内側および外側溝リング(120、122)にある内側および外側V溝(112、114)とを含み、
    エポキシ接着剤または他の接着剤で、前記内側および外側V溝(112、114)それぞれの中に結合されている環状内側および外側成形複合材磨耗スリーブ(40)と
    を含む、航空用ターボファンガスタービンエンジン(10)。
  8. スリーブ底部(44)から離れて前方および後方スリーブ鈍角(50、52)それぞれで延在している前方および後方スリーブ壁(46、48)を含む前記内側および外側磨耗スリーブ(40)の各々と、
    前記スリーブ底部(44)と前記前方および後方スリーブ壁(46、48)との間にある環状前方および後方スリーブフィレット(54、56)と、
    ここで、前記後方スリーブ壁(48)は、前記内側および外側V溝(112、114)それぞれを含む前記内側および外側溝リング(120、122)の各々の環状後方テーパ(62)に準拠している後方フラップ(60)を含み、
    ここで、前記クラムシェルコアエンジンカウル(20)は、前記内側および外側V刃(106、108)を、前記内側および外側V溝(112、114)それぞれの中に挿入するために回転可能である、
    をさらに含む、請求項7記載のエンジン(10)。
  9. 環状V刃(30)と溝リング(64)にある嵌合用環状V溝(34)との間の過剰なフレッティングを防止する方法であって、環状成形複合材磨耗スリーブ(40)を、エポキシ接着剤または他の接着剤で、溝リング(64)にある前記環状V溝(34)内にまたは嵌合可能なV刃(30)上に結合するステップを含む、方法。
  10. 前記磨耗スリーブ(40)を前記V溝(34)内に結合する前に、前記環状V溝(34)のV溝表面(72)から、古い腐食した可能性がある材料をグリットブラストするかまたは別途除去するステップ、
    ここで、グリットブラストする前記ステップは、前記V溝表面(72)の地金に至るまでグリットブラストし、次いで前記剥き出しのV溝表面(72)全体を、腐食に耐性がある構造接着剤(74)でコーティングするステップを含む、
    をさらに含む、請求項9記載の方法。
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