JP2017506185A - 逆推力装置カスケード - Google Patents

Abstract

フレーム及び本体を有する逆推力装置カスケード。本体は、付加製造プロセスにより形成される複数の層を備え、層のうちの少なくとも１つがフレームに結合される。【選択図】図３

Description

本発明は、逆推力装置カスケードに関する。

現在の航空機エンジンは、着陸中の航空機速度を減少させるのに役立つべく逆推力装置システムを含む場合がある。典型的な逆推力装置は可動要素を含み、この可動要素は、作用位置にあるときに、エンジンを通過する空気流の少なくとも一部を反転させる逆推力装置カスケードを通じて空気流を方向付ける。逆推力装置カスケードは、一般に、樹脂トランスファー成形プロセス又は手間のかかるレイアッププロセスを使用して鋳造アルミニウム又はグラファイト／樹脂複合体から形成される。

米国特許第４８５２８０５号

１つの態様において、本発明の一実施形態は、フレームと本体とを有する逆推力装置カスケードに関する。本体は、付加製造プロセスにより形成される複数の高分子樹脂層を備え、層のうちの少なくとも１つがフレームに結合される。

逆推力装置を有するターボファンジェットエンジンアセンブリなどの複数のエンジンアセンブリを伴う航空機の側面図である。 逆推力装置カスケードを有する逆推力装置を伴う図１のターボファンジェットエンジンアセンブリの一部の概略断面図である。 図２のターボファンジェットエンジンで用いるのに適した本発明の一実施形態に係る逆推力装置カスケードの斜視図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿ってとられた断面図である。 本発明の一実施形態に係る図４の細部５Ａの断面図である。 本発明の一実施形態に係る図４の細部５Ａの断面図である。 本発明の一実施形態に係る図４の細部５Ａの断面図である。 付加製造プロセスを示す逆推力装置カスケードベーンの断面図である。

図１は、胴体４を有する航空機２を示し、この場合、胴体４から外側へ向けて翼アセンブリ６が延びる。推進力を与えるために１つ以上のターボファンジェットエンジンアセンブリ８が航空機２に結合されてもよい。ジェットエンジンアセンブリ８のうちの１つを航空機２の一部に固定するためにパイロンが構成されてもよい。図示の例では、各ジェットエンジンアセンブリ８が翼アセンブリ６に対して動作可能に結合される。民間航空機２が例示されているが、本発明の実施形態は、任意のタイプの航空機、例えば、制限なく、固定翼航空機、回転翼航空機、及び、軍用機で使用されてもよいと考えられる。

図２に更に明確に示されるように、各ターボファンジェットエンジンアセンブリ８は、タービンエンジン１６、ファンアセンブリ１８、及び、ナセル２０を含んでもよい。明確にするためにナセル２０の一部が切り取られてしまっている。ナセル２０は、矢印２１により示されるような略前後方向のバイパス空気流経路を規定するべく、タービンエンジン１６を取り囲んで、ターボファンジェットエンジンアセンブリ８を貫く環状空気流経路又は環状バイパスダクトを画定する。

バイパス空気流の方向を変えるために、反転位置へ及び反転位置から移動できる少なくとも１つの可動要素２４、ブロッカドア３０、及び、逆推力装置カスケード２８を伴う逆推力装置２２が使用されてもよい。反転位置では、可動要素（すなわち、トランスカウル）２４及び逆推力装置カスケード２８は、バイパス空気流の少なくとも一部を反転させるように構成されてもよい。ターボファンジェットエンジンアセンブリ８で逆推力を得る幾つかの方法がある。典型的な目的のため、ターボファンジェットエンジンアセンブリ８で使用されてもよい逆推力装置２２の１つの例が示されている。逆推力装置２２は、少なくとも１つの可動制御面又は可動要素２４、ブロッカドア３０、及び、逆推力装置カスケード２８を含む。可動要素２４は、ナセル２０の前部に対して軸方向移動できる外側カウリングの摺動可能部として示されている。可動要素２４及び／又はブロッカドア３０を反転位置へと及び反転位置から移動させるために、油圧（又は空気圧、又は電気、又は電気油圧）アクチュエータ２６が可動要素２４に結合されてもよい。反転位置では、図示のように、ブロッカドア３０は、可動要素２４とタービンエンジン１６との間の環状バイパス領域を制限するとともに、可動要素２４とナセル２０の前部との間の部分を開放し、それにより、空気流経路は、矢印により示されるように逆推力装置カスケード２８を通過して反転され得る。逆推力装置カスケード２８は、空気流経路を可動要素２４とナセル２０の前部との間で方向付けるのに役立つ。逆推力装置カスケード２８は、空気流経路を最適化するように構成される複数のエーロフォイル形ベーンを含んでもよい。逆推力装置カスケード２８は、バイパス空気流の少なくとも一部を反転させることによって推力の方向を変える。

図３は、本発明の一実施形態に係る逆推力装置カスケード１００を示す。線ＩＶ−ＩＶに沿ってとられる逆推力装置カスケード１００の断面が図２に示される逆推力装置カスケード２８に対応する。逆推力装置カスケード１００はフレーム１０２と本体１０４とを備える。フレーム１０２及び本体１０４は、装着部１０６、支持レール１０８、及び、ベーン１１０を形成する。支持レール１０８及びベーン１１０は複数の空気流通路１１２を画定する。

支持レール１０８は装着部１０６に取り付く。ベーン１１０は支持レール１０８に取り付く。装着部１０６は、支持レール１０８及びベーン１１０を取り囲むとともに、本体１０４及びフレーム１０２に一体形成される図示しない装着穴を含んでもよい。装着部１０６、支持レール１０８、及び、ベーン１１０は全て、フレーム１０２の一部及び本体１０４の一部を構成し、この場合、フレーム１０２は本体１０４に結合される。本体に対するフレームの結合は、蟻継ぎと同様な幾何学的形態又は特徴の結果としての機械的なロックによって、或いは、接着剤又は他の結合材料の使用によって達成されてもよい。

フレーム１０２は、付加製造プロセス、機械加工プロセスから形成され、或いは、機械加工され、成形され、溶接され、結合され、蟻継ぎされ、又は、互いに機械的に締結されてもよい様々な小さい簡単な構成要素から組み付けられる、金属製又はグラファイト／樹脂複合構造体を備える。フレーム１０２は、複数の要件を満たすべく逆推力装置カスケード１００に対して構造的完全性を与える簡単なモノリシックグリッドなどの骨格を形成する。

本体１０４は、付加製造プロセスにより形成される図６において最も良く見える複数の高分子層又は樹脂層を備える。本体１０４は、逆推力要件及び空気流要件を満たすように逆推力装置の空気力学的動態を与える。樹脂層の少なくとも１つは、フレーム１０２と本体１０４とを接合して逆推力装置カスケード１００を形成するようにフレーム１０２に結合される。

逆推力装置カスケード１００は、装着部１０６で図２に示されるナセル２０に装着される。空気が逆推力装置カスケード１００を通じてそらされると、空気は、空気流通路１１２を通過して流れ、逆推力を与える。

図４は、図３の部分ＩＶの断面図を示す。ベーン１１０は、逆推力装置カスケード１００の空気流通路１１２を通過する空気流を最適化するように構成されるエーロフォイル断面を有する。逆推力装置が作動されると、逆推力装置カスケード１００を通過する空気流は、図４における方向矢印１１３により示され、この方向矢印１１３は、図２における方向矢印２１に対応する。

図５Ａ、図５Ｂ、及び、図５Ｃは本発明の異なる実施形態を示す。明確にするために、ベーン断面のみがフレーム及び本体の形態を表わすように示されるが、それぞれの実施形態に関して以下に記載されるフレーム及び本体の形態が逆推力装置カスケード全体に適用されてもよいことが理解される。

図５Ａは、本発明の一実施形態に係る図４の細部５Ａの断面図を示す。ベーン１１４は、逆推力装置カスケードのための骨格を形成する内部フレーム１１６を備える。本体１１８が内部フレーム１１６を少なくとも部分的に包む。

フレームは、付加製造プロセス、機械加工プロセスによって形成されてもよく、或いは、機械加工され、成形され、溶接され、結合され、蟻継ぎされ、又は、互いに機械的に締結されてもよい様々な小さい簡単な構成要素から組み付けられてもよい。内部フレーム１１６は、アルミニウム、マグネシウム、チタン、スチール、又は、グラファイト／樹脂複合体を含んでもよい材料から形成されてもよい。

本体１１８は、付加製造プロセスを使用して内部フレーム１１６に対して樹脂層を塗布することによって内部フレーム１１６を覆うように形成される。樹脂層は、逆推力装置カスケードの所望の空気力学的動態を得るためにベーン１１４のエーロフォイル形状を形成する。

図５Ｂは、本発明の他の実施形態に係る図４の細部５Ａの断面図を示す。図５Ｂに示される実施形態は、図５Ａのそれと略同様である。それは、ベーン１２０が同じ内部フレーム１１６と内部フレーム１１６を少なくとも部分的に包む本体１２２とを有するという点において同様であり、また、付加製造プロセスを使用して内部フレーム１１６に対して樹脂層を塗布することにより本体１２２が内部フレーム１１６を覆うように形成されるという点においても同様である。それは、腐食制御に役立つべく本体１２２の外表面に金属コーティング１２４を塗布するために本体１２２が僅かに小さいサイズに形成され得るという点において異なる。金属コーティング１２４は、付加製造プロセス又は当該技術分野において知られるコーティング方法を使用して塗布されてもよい。

図５Ｃは、本発明の更なる他の実施形態に係る図４の細部５Ａの断面図である。ベーン１２６は、逆推力装置カスケードのための外骨格を形成する外部フレーム１３０を備える。外骨格を形成する外部フレーム１３０は、本体１２８を少なくとも部分的に包む。

本体１２８は、付加製造プロセスを使用して高分子又は樹脂から形成される。外部フレーム１３０は、付加製造プロセスを使用して本体１２８に対して金属材料又は樹脂／グラファイト複合体の層を塗布することにより本体１２８を覆うように形成される。外部フレーム１３０は、逆推力装置カスケードの適切な空気力学的動態を得るためにベーン１２６のエーロフォイル形状を形成する。図５Ａ及び図５Ｂでは、フレーム１１６が図５Ａ及び図５Ｂに示されるように平坦であってもよく、或いは、フレームが構造的要件及び／又は空気力学的要件を満たす任意の幾何学的形態であってもよいことに留意すべきである。

図６は、逆推力装置カスケードの本体を形成するための内部フレーム１３２に対する高分子層又は樹脂層の付加を示す逆推力装置カスケードベーンの断面図を示す。付加製造プロセスを使用して、第１の樹脂層１３４が内部フレーム１３２上にわたって塗布される。中間樹脂層１３６が先の層に対して付加され、この場合、それぞれの層が本体の全体形状に寄与する。最後の層１３８は、本体を完成させて、所望のエーロフォイル形状、したがって所望の空気力学的動態をベーンに与える。このプロセスが外部フレームの外骨格又は金属コーティングを本体に適用するために使用されてもよいことが理解される。

付加製造プロセスが材料の付加による部品の形成に関連することが理解される。１つの公知の付加プロセスは、樹脂、高分子、金属粒子、又は、これらの何らかの組み合わせを使用してデジタルモデルから３Ｄ物体を形成するプロセスである三次元（３Ｄ）印刷である。プロセスは、一般に、コンピュータ制御下で付加製造プロセスを行なうことができる一種の産業ロボットである３Ｄプリンタを使用する。

フレームと本体とを含む逆推力装置カスケードの異なる実施形態は、コスト、耐用寿命、空気力学的動態、重量、強度、剛性、荷重伝達、耐久性、及び、耐腐食性を含む逆推力装置カスケードの分野で存在する様々な要件を満たすように構成されてもよい。フレーム及び本体の寸法付け並びにフレーム及び本体のための構成材料はいずれも、単一材料から成る付加製造プロセスを使用して達成できないこれらの要件を達成するように選択される。本明細書中に記載される実施形態は、かなりの耐用寿命、一般的には故障又は交換を伴うことなく最大で５００００時間を超える耐用寿命を得ることができる逆推力装置カスケードを提供する。また、本明細書中に記載される実施形態は、逆推力装置カスケードが１００％鋳造アルミニウムから形成された場合よりも軽い重量を有する逆推力装置カスケードを提供する。更に、本明細書中に記載される実施形態は、逆推力装置カスケードが１００％鋳造アルミニウムから形成された場合よりも大きい強度を有する逆推力装置カスケードも提供する。

前述した実施形態は、現在の樹脂／グラファイト複合樹脂トランスファー成形されたハンドレイアップ逆推力装置カスケードよりもかなり低いコストで、現在の鋳造アルミニウム逆推力装置カスケードよりも軽い重量及び大きい強度を有しつつ、耐用寿命、空気力学的動態、重量、強度、剛性、荷重伝達、耐久性、及び、耐腐食性の全ての要件を満たすように本発明に係る逆推力装置カスケードを形成できることを含む様々な利点をもたらす。また、付加製造プロセスを利用することにより、付加製造プロセスプログラムを単に変更するだけで、空気力学的動態及び空気流を最適化するための設計の異なる繰り返しを実行でき、それにより、他の逆推力装置カスケードのために必要とされる高価な工具及び金型の変更の必要性を排除できるとともに、完全に自動化されて急速なサイクル時間を有するプロセスが与えられる。利用される材料は、付加製造プロセスのために利用できる樹脂、高分子、繊維強化高分子、高分子／金属の組み合わせ、及び、金属粒子を含む材料の範囲から選択されてもよい。

未だ説明されていない範囲まで、様々な実施形態の異なる特徴及び構造を望み通りに互いに組み合わせて使用できる。１つの特徴が実施形態の全てにおいて例示されていないことは、それが不可能であると解釈されるように意図されておらず、説明を簡単にするためになされている。したがって、異なる実施形態の様々な特徴を望み通りに混ぜ合わせて適合させることにより、新たな実施形態を、その新たな実施形態が明示的に説明されるか否かにかかわらず形成することができる。本明細書中に記載される特徴の全ての組み合わせ又は置換がこの開示によって網羅される。

この書かれた説明は、実施例を使用して、最良の態様を含む発明を開示するとともに、任意の装置又はシステムを形成して使用すること、及び、任意の組み入れられた方法を実行することを含めて、任意の当業者が発明を実施できるようにする。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、また、当業者が想起する他の実施例を含んでもよい。そのような他の実施例は、それらが特許請求項の文字通りの言葉とは異ならない構造的要素を有する場合には、或いは、それらが特許請求項の文字通りの言葉と実質的に異ならない等価な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲内に入るべく意図される。

２ 航空機
４ 胴体
６ 翼アセンブリ
８ ターボファンジェットエンジンアセンブリ
１６ タービンエンジン
１８ ファンアセンブリ
２０ ナセル
２２ 逆推力装置
２４ 可動要素
２６ アクチュエータ
２８ 逆推力装置カスケード
３０ ブロッカドア
１００ 逆推力装置カスケード
１０２ フレーム
１０４ 本体
１０６ 装着部
１０８ 支持レール
１１０ ベーン
１１２ 空気流通路
１１４ ベーン
１１６ 内部フレーム
１１８ 本体
１２０ ベーン
１２２ 本体
１２４ 金属コーティング
１２６ ベーン
１２８ 本体
１３０ 外部フレーム
１３２ 内部フレーム
１３４ 第１の樹脂層
１３６ 中間樹脂層
１３８ 最後の層

Claims (14)

1. フレーム（１１６、１３０、１３２）と、
   付加製造プロセスにより形成される複数の層（１３４、１３６、１３８）を備える本体（１１８、１２２、１２８）であって、前記本体の前記層のうちの少なくとも１つと前記フレーム（１１６、１３０、１３２）とが互いに結合される、本体（１１８、１２２、１２８）と、
   を備える逆推力装置カスケード（１００）。
2. 前記フレームは、前記本体（１１８、１２２）の少なくとも一部によって少なくとも部分的に包まれる内部フレーム部（１１６、１３２）を備える請求項１記載の逆推力装置カスケード（１００）。
3. 前記内部フレーム部（１１６、１３２）が少なくとも骨格を備え、前記本体（１１８、１２２）が前記骨格を少なくとも部分的に包む請求項２記載の逆推力装置カスケード（１００）。
4. 前記内部フレーム部（１１６、１３２）が前記本体（１１８、１２２）によって完全に包まれる請求項２記載の逆推力装置カスケード（１００）。
5. 前記内部フレーム部（１１６、１３２）が金属又はグラファイト／樹脂複合体のうちの少なくとも一方を備える請求項４記載の逆推力装置カスケード（１００）。
6. 前記フレームは、前記本体（１２８）の少なくとも一部を少なくとも部分的に包む外部フレーム部（１３０）を備える請求項１記載の逆推力装置カスケード（１００）。
7. 前記外部フレーム部（１３０）は、前記本体（１２８）を少なくとも部分的に包む外骨格を備える請求項６記載の逆推力装置カスケード（１００）。
8. 前記外骨格が前記本体（１２８）を完全に包む請求項７記載の逆推力装置カスケード（１００）。
9. 前記外骨格が金属又はグラファイト／樹脂複合体のうちの少なくとも一方を備える請求項８記載の逆推力装置カスケード（１００）。
10. 複数のベーン（１１０）を更に備える請求項１記載の逆推力装置カスケード（１００）。
11. 前記ベーン（１１０）のうちの少なくとも一部がエーロフォイル断面を有する請求項１０記載の逆推力装置カスケード（１００）。
12. 前記フレーム（１１６、１３０、１３２）及び前記本体（１１８、１２２、１２８）の材料は、故障又は交換を伴うことなく少なくとも５００００時間の耐用寿命を前記逆推力装置カスケード（１００）に与えるように選択される請求項１記載の逆推力装置カスケード（１００）。
13. 前記フレーム（１１６、１３０、１３２）及び前記本体（１１８、１２２、１２８）の材料は、前記逆推力装置カスケード（１００）がそれが１００％鋳造アルミニウムから形成された場合よりも軽い重量となるように選択される請求項１記載の逆推力装置カスケード（１００）。
14. 前記フレーム（１１６、１３０、１３２）及び前記本体（１１８、１２２、１２８）の材料は、前記逆推力装置カスケード（１００）の強度がそれが１００％鋳造アルミニウム又は１００％高分子から形成された場合よりも大きくなるように選択される請求項１３記載の逆推力装置カスケード（１００）。