JP2019108822A - 回転機械 - Google Patents

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Abstract

【課題】軸線回りに回転する回転軸と、軸線の周方向に間隔をあけて複数設けられた翼からなる翼列と、を備える回転機械において、翼列の振動応力を低減する。【解決手段】軸線回りに回転する回転軸と、軸線の周方向に間隔をあけて複数設けられた翼からなる翼列と、を備え、各翼は、複数の繊維シート１１を積層させてなる繊維積層体９と、繊維積層体９を含浸して翼の外形を形成する樹脂と、を有し、翼列における少なくとも二つの翼が、それぞれの繊維積層体９が互いに異なる構造をなす回転機械を提供する。【選択図】図６

Description

本発明は、回転機械に関する。
ガスタービン、ジェットエンジン等のように流体のエネルギーを複数の翼を介して回転運動に変換する回転機械では、起動中や高負荷運転時にフラッタと呼ばれる振動現象が発生することがある。一方、軽量化を図るために翼を炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ，Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）によって形成する技術も知られている（例えば、特許文献１参照。）。このような翼の軽量化・長翼化によりフラッタに対する耐性が重要となっている。
特開２０１３−２３１４０２号公報
ところで、フラッタに対する耐性を高めるには翼自体の剛性を高めることが必要となる。翼の剛性を高める方法としては、翼の厚みを増やしたり、翼のコード長を長くしたりする方法が考えられる。しかしながら、このような方法を用いた場合には空力性能に影響するため、翼の形状を変更することなく耐フラッタ性を向上させる方法が望まれている。
この発明は、翼列の振動応力を低減することができる回転機械を提供することを目的とする。
本発明の第一の態様によれば、回転機械は、軸線回りに回転する回転軸と、前記軸線の周方向に間隔をあけて複数設けられた翼からなる翼列と、を備え、各前記翼は、複数の繊維シートを積層させてなる繊維積層体と、前記繊維積層体を含浸して前記翼の外形を形成する樹脂と、を有し、前記翼列における少なくとも二つの前記翼が、それぞれの繊維積層体が互いに異なる構造をなす。
回転機械の運転中は、翼は翼周りを流れている流体によって励振され、振動応力が発生している。
翼列における少なくとも二つの翼が、それぞれの繊維構造体が互いに異なる構造をなしているため、翼列の振動モードは流体による励振モードと一致することがなくなる。このような構成によれば、翼列の振動モードと翼を励振させる励振モードとが一致することがなくなるため、翼列の振動応力を低減することができる。
上記回転機械において、複数の前記翼は、同一の外形をなしてよい。
このような構成によれば、複数の翼の形状を同じにしながら、翼の固有振動数を異なるものとすることができるため、空力性能に影響を与えることなく翼列の振動応力を低減することができる。
上記回転機械において、互いに異なる構造をなす前記繊維積層体は、前記複数の繊維シートのうち、一層以上の前記繊維シートの一部の繊維方向が異なってよい。
このような構成によれば、容易に翼の形状を同じにすることができる。
上記回転機械において、互いに異なる構造をなす前記繊維積層体は、前記複数の繊維シートのうち、一層以上の前記繊維シートの一部の繊維種類が異なってよい。
このような構成によれば、繊維方向を変更することなく、翼の構造を異ならせることができる。
上記回転機械において、互いに異なる構造をなす前記繊維積層体は、前記複数の繊維シートのうち、一層以上の前記繊維シートの一部の繊維径が異なってよい。
このような構成によれば、繊維方向を変更することなく、翼の構造を異ならせることができる。
本発明によれば、翼列の振動応力を低減することができる。
本発明の第一実施形態のジェットエンジンの概略構成を示す構成図である。 本発明の第一実施形態の圧縮機の正面図である。 本発明の第一実施形態の動翼の断面図である。 繊維積層体を構成する繊維シートの繊維方向について説明する概略図である。 第一動翼の繊維積層体を構成する繊維シートの繊維方向を説明する概略図である。 第二動翼の繊維積層体を構成する繊維シートの繊維方向を説明する概略図である。 ４種類の繊維積層体を構成する繊維シートの比率について説明するグラフである。 ４種類の繊維積層体のＴ１モード（ねじりモード）の振動数変化を示すグラフである。 ４種類の繊維積層体のＢ１モード（翼高さ方向の曲げモード）の振動数変化を示すグラフである。 翼の各節の直径モード（進行波と後退波）を翼の枚数分プロットしたグラフである。 本発明の第一実施形態の変形例の第二動翼の繊維積層体を構成する繊維シートの繊維方向を説明する概略図である。 本発明の第二実施形態の第二動翼の繊維積層体を構成する繊維シートの繊維方向を説明する概略図である。 本発明の第四実施形態の圧縮機の正面図である。
〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態の回転機械について図面を参照して詳細に説明する。
以下の説明では、本発明をジェットエンジン（航空機用ガスタービン）に適用した場合について説明するが、本発明は、軸線回りに回転する回転軸と、軸線の周方向に間隔をあけて複数設けられた翼からなる翼列とを備えた他の回転機械、例えば、発電用ガスタービンについても適用することができる。
図１に示すように、本実施形態のジェットエンジン１００は、航空機の推力を得るためのものである。このジェットエンジン１００は、主に、圧縮機１と、燃焼室２０と、タービン３０と、を備えている。
圧縮機１は、吸気ダクト１３から取り込まれた空気を圧縮することで高圧空気を生成する。図１及び図２に示すように、圧縮機１は、圧縮機ロータ３と、圧縮機ケーシング２と、を備えている。圧縮機ケーシング２は、圧縮機ロータ３を外周側から覆っており、軸線Ａに沿って延びている。
圧縮機ロータ３の外周面には、軸線Ａ方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼列５が設けられている。圧縮機動翼列５は、複数の圧縮機動翼６をそれぞれ備えている。各圧縮機動翼列５の圧縮機動翼６は、圧縮機ロータ３の外周面上で軸線Ａの周方向に間隔をあけて配列されている。
圧縮機ケーシング２の内周面には、軸線Ａ方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機静翼列１５が設けられている。これら圧縮機静翼列１５は、軸線Ａ方向で圧縮機動翼列５と交互に配置されている。これら圧縮機静翼列１５は、複数の圧縮機静翼１６をそれぞれ備えている。各圧縮機静翼列１５の圧縮機静翼１６は、圧縮機ケーシング２の内周面上で軸線Ａの周方向に間隔をあけて配列されている。
燃焼室２０は、圧縮機１で生成された高圧空気に燃料Ｆを混合して燃焼させることで、燃焼ガスＧを生成する。燃焼室２０は、ケーシング２とタービン３０のタービンケーシング３２との間に設けられている。燃焼室２０によって生成された燃焼ガスＧは、タービン３０に供給される。
タービン３０は、燃焼室２０で生成された高温高圧の燃焼ガスＧによって駆動する。より具体的には、タービン３０は、高温高圧の燃焼ガスＧを膨張させて、燃焼ガスＧの熱エネルギーを、回転エネルギーに変換する。タービン３０は、タービンロータ３１と、タービンケーシング３２と、を備えている。
タービンロータ３１は、軸線Ａに沿って延びている。このタービンロータ３１の外周面には、軸線Ａ方向に間隔をあけて配列された複数のタービン動翼列３３が設けられている。これらタービン動翼列３３は、複数のタービン動翼２４をそれぞれ備えている。各タービン動翼列３３のタービン動翼２４は、タービンロータ３１の外周面上で軸線Ａの周方向に間隔をあけて配列されている。
タービンケーシング２２は、タービンロータ３１を外周側から覆っている。このタービンケーシング２２の内周面には、軸線Ａ方向に間隔をあけて配列された複数のタービン静翼列３５が設けられている。タービン静翼列３５は、軸線Ａ方向で上記タービン動翼列３３と交互に配置されている。これらタービン静翼列３５は、複数のタービン静翼３６をそれぞれ備えている。各タービン静翼列３５のタービン静翼３６は、タービンケーシング２２の内周面上で軸線Ａの周方向に間隔をあけて配列されている。
圧縮機ロータ３とタービンロータ３１とは、軸線Ａ方向に一体に接続されている。これら圧縮機ロータ３とタービンロータ３１とによって、ガスタービンロータ９１が構成されている。同様に、圧縮機ケーシング１２とタービンケーシング２２とは、軸線Ａに沿って一体に接続されている。これら圧縮機ケーシング１２とタービンケーシング２２とによってガスタービンケーシング９２が構成されている。
ガスタービンロータ９１は、ガスタービンケーシング９２の内部で軸線Ａ回りに一体に回転可能とされている。
圧縮機動翼６（以下、動翼６と呼ぶ。）は、主に炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ，Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）によって形成されている。ＣＦＲＰは、複数の炭素繊維からなる繊維シートを積層させてなる繊維積層体と、繊維積層体を含浸する樹脂と、を有している。樹脂は、動翼の外形を形成している。
繊維シートを構成する各々の炭素繊維は、繊維方向が揃えられている。即ち、繊維シートは、繊維シートを構成する複数の炭素繊維の延在方向が同じになるように形成されている。
また、繊維積層体に含浸させる樹脂としては、紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂等が用いられている。
図３に示すように、動翼６は、芯材８と、芯材８を覆う繊維積層体９と、繊維積層体９を含浸して動翼６の外形を形成する樹脂１０と、を有している。繊維積層体９は、複数の繊維シート１１を積層させてなり、繊維シート１１と芯材８の面とが面接触するように配置されている。
芯材８は、動翼６の翼厚方向Ｔの中心に配置されている。
以下、繊維積層体９を構成する繊維シート１１の繊維方向について定義する。
図４（ａ）に示すように、繊維シート１１を平面視した際に、所定の一方向Ｄに沿って炭素繊維が延在している繊維シート１１を０°方向繊維シート１１Ａと定義する。
図４（ｂ）に示すように、０°方向繊維シート１１Ａの炭素繊維に対して９０°の角度で交差する方向に炭素繊維が延在している繊維シート１１を９０°方向繊維シート１１Ｂと定義する。即ち、０°方向繊維シート１１Ａの炭素繊維と、９０°方向繊維シート１１Ｂの炭素繊維とは、略直交している。
図４（ｃ）に示すように、０°方向繊維シート１１Ａの炭素繊維に対して４５°の角度で交差する方向に炭素繊維が延在している繊維シート１１を４５°方向繊維シート１１Ｃと定義する。
図４（ｄ）に示すように、０°方向繊維シート１１Ａの炭素繊維に対して−４５°の角度で交差する方向に炭素繊維が延在している繊維シート１１を−４５°方向繊維シート１１Ｄと定義する。即ち、４５°方向繊維シート１１Ｃの炭素繊維と、−４５°方向繊維シート１１Ｄの炭素繊維とは、略直交している。
図２に示すように、本実施形態の圧縮機動翼列５（以下、動翼列５と呼ぶ。）は、第一の構造をなす複数の第一動翼６Ａ（ベース動翼）と、第一の構造と異なる構造である第二の構造をなす複数の第二動翼６Ｂと、を有している。第一動翼６Ａと第二動翼６Ｂとは、周方向に互い違いに配置されている。即ち、第一動翼６Ａと第二動翼６Ｂとは、周方向に隣り合うように配置されている。第一動翼６Ａと第二動翼６Ｂとは、同一の外形をなしている。即ち、第一動翼６Ａの外形を形成する樹脂１０と第二動翼６Ｂの外形を形成する樹脂１０とは、同一の形状である。
図５は、動翼列５を構成する複数の動翼６のうち、第一動翼６Ａの繊維積層体９を構成する繊維シート１１の繊維方向を説明する概略図である。繊維積層体９は、複数の０°方向繊維シート１１Ａと、複数の９０°方向繊維シート１１Ｂと、を有している。０°方向繊維シート１１Ａと９０°方向繊維シート１１Ｂとは、翼厚方向Ｔに交互に積層されている。
即ち、第一動翼６Ａの繊維積層体９は、翼厚方向Ｔに隣り合う繊維シート１１の炭素繊維同士が直交している。
図６は、動翼列５を構成する複数の動翼６のうち、第二動翼６Ｂの繊維積層体９を構成する繊維シート１１の繊維方向を説明する概略図である。繊維積層体９は、複数の０°方向繊維シート１１Ａと、複数の９０°方向繊維シート１１Ｂと、４５°方向繊維シート１１Ｃと、を有している。０°方向繊維シート１１Ａと９０°方向繊維シート１１Ｂとは、交互に積層されており、いずれかの繊維シート１１が４５°方向繊維シート１１Ｃに変更されている。
第二動翼６Ｂの繊維積層体９が、４５°方向繊維シート１１Ｃを有することによって、第一動翼６Ａと第二動翼６Ｂとは、それぞれの繊維積層体９が互いに異なる構造をなす。第一動翼６Ａと第二動翼６Ｂとは異なる構造であるため、第一動翼６Ａの固有振動数と第二動翼６Ｂの固有振動数とは異なる。即ち、動翼列５を構成する動翼６の固有振動数にばらつきがある状態であるため、動翼列５は、所謂ミスチューンの状態となる。
ジェットエンジンの運転中は、動翼６は動翼６周りを流れている空気によって励振され、振動応力が発生している。動翼６は周方向に等間隔に配置されているため、励振モードは周方向に等間隔となる。
一方、本実施形態の動翼列５を構成する複数の動翼６は、固有振動数が異なる動翼６が互い違いに配列されているため、動翼列５の振動モードは周方向に等間隔にならない。
上記実施形態によれば、動翼列５の振動モードと動翼６を励振させる励振モードとが一致することがなくなるため、動翼列５の振動応力を低減することができる。
また、複数の動翼６の形状を同じにしながら、動翼６の固有振動数を異なるものとすることができるため、空力性能に影響を与えることなく動翼列５の振動応力を低減することができる。
また、繊維方向を異ならせることで、第一動翼６Ａと第二動翼６Ｂとの構造を異ならせることによって、容易に形状を同じにすることができる。
なお、ベース翼である第一動翼６Ａの構造と異なる構造である上記実施形態の第二動翼６Ｂは、０°方向繊維シート１１Ａ、９０°方向繊維シート１１Ｂ、及び４５°方向繊維シート１１Ｃの三種の繊維シート１１によって構成されているが、これに限ることはない。
例えば、０°方向繊維シート１１Ａ、９０°方向繊維シート１１Ｂ、４５°方向繊維シート１１Ｃに加え、−４５°方向繊維シート１１Ｄを有するものとしてよい。
また、０°方向繊維シート１１Ａ、９０°方向繊維シート１１Ｂ、４５°方向繊維シート１１Ｃ、及び−４５°方向繊維シート１１Ｄの比率も適宜変更することができる。
ここで、繊維シート１１の比率を変更することによる繊維積層体９の固有振動数の変化について、４種類の繊維積層体９を用いて説明する。図７は、４種類の繊維積層体９を構成する繊維シート１１の比率について説明するグラフである。
４種類の繊維積層体９のうち第一の繊維積層体９（Ｉ）は、図７に示すように、０°方向繊維シート１１Ａと９０°方向繊維シート１１Ｂとから構成されている繊維積層体９である。これらの比率は、０°方向繊維シート１１Ａ、９０°方向繊維シート１１Ｂの順に、５０：５０である。第一の繊維積層体９は、４５°方向繊維シート１１Ｃ及び−４５°方向繊維シート１１Ｄ（以下、±４５°方向繊維シートと呼ぶ。）は有していない。
第二の繊維積層体９（ＩＩ）は、０°方向繊維シート１１Ａ、４５°方向繊維シート１１Ｃ、−４５°方向繊維シート１１Ｄ、９０°方向繊維シート１１Ｂとから構成されている繊維積層体９であり、これらの比率は、０°方向繊維シート１１Ａ、４５°方向繊維シート１１Ｃ、−４５°方向繊維シート１１Ｄ、９０°方向繊維シート１１Ｂの順に、２５：２５：２５：２５である。
即ち、第二の繊維積層体９（ＩＩ）は、０°方向繊維シート１１Ａ、４５°方向繊維シート１１Ｃ、−４５°方向繊維シート１１Ｄ、及び９０°方向繊維シート１１Ｂを、等しい割合で有しており、±４５°繊維シートの割合が５０％である。
第三の繊維積層体９（ＩＩＩ）は、第二の繊維積層体９（ＩＩ）と同様に、０°方向繊維シート１１Ａ、４５°方向繊維シート１１Ｃ、−４５°方向繊維シート１１Ｄ、９０°方向繊維シート１１Ｂとから構成されている繊維積層体９であり、これらの比率は、０°方向繊維シート１１Ａ、４５°方向繊維シート１１Ｃ、−４５°方向繊維シート１１Ｄ、９０°方向繊維シート１１Ｂの順に、４０：２５：２５：１０である。
即ち、第三の繊維積層体９（ＩＩＩ）は、±４５°方向繊維シートの割合が５０％である。
第四の繊維積層体９（ＩＶ）は、第二の繊維積層体９（ＩＩ）と同様に、０°方向繊維シート１１Ａ、４５°方向繊維シート１１Ｃ、−４５°方向繊維シート１１Ｄ、９０°方向繊維シート１１Ｂとから構成されている繊維積層体９であり、これらの比率は、０°方向繊維シート１１Ａ、４５°方向繊維シート１１Ｃ、−４５°方向繊維シート１１Ｄ、９０°方向繊維シート１１Ｂの順に、７０：１０：１０：１０である。
即ち、第四の繊維積層体９（ＩＶ）は、±４５°方向繊維シートの割合が２０％である。
図８は、４種類の繊維積層体９のＴ１モード（ねじりモード）の振動数変化を示すグラフである。図８の横軸は、繊維積層体９における±４５°方向繊維シートの割合であり、縦軸は、±４５°方向繊維シートが０％の第一の繊維積層体９（Ｉ）を基準としたＴ１モードの振動数変化である。
図８に示すように、繊維シート１１の比率を変更することにより、Ｔ１モードの振動数を変化させることができる。
図９は、４種類の繊維積層体９のＢ１モード（翼高さ方向の曲げモード）の振動数変化を示すグラフである。図９の横軸は、繊維積層体９における±４５°方向繊維シートの割合であり、縦軸は、±４５°方向繊維シートが０％の第一の繊維積層体９（Ｉ）を基準としたＢ１モードの振動数変化である。
図９に示すように、繊維シート１１の比率を変更することにより、Ｂ１モードの振動数を変化させることができる。
また、動翼列５中に異なる繊維方向の動翼６を１枚以上入れることによって、空力性能に影響を与えることなく、節直径毎に異なる空力減衰を平均化させることができる。即ち、繊維方向を変更することにより、固有振動数にばらつきを与えることができる。
図１０は、横軸を翼の振動数、縦軸をダンピング（空力減衰）として、翼の各節の直径モード（進行波と後退波）を翼の枚数分プロットしたグラフである。図１０（ａ）は、翼の振動数にばらつきがないチューン系のグラフであり、図１０（ｂ）は、翼の振動数のばらつきが中（単独翼の固有振動数の標準偏差が１％）、図１０（ｃ）は、翼の振動数のばらつきが大（単独翼の固有振動数の標準偏差が３％）のランダムミスチューン系のグラフである。
図１０（ａ）に示すようなチューン系に対して、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）に示すようなミスチューン系として翼の振動数にばらつきを与えることによって、空力減衰の平均化が可能となる。即ち、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）に示すようなミスチューン系の場合、（１）振動数は分布がくずれて、グラフの横軸方向の分布にばらつきが生じ、その結果、（２）減衰が不安定（ダンピング０以下）であったものが、ダンピング０以上となり、安定となる。
即ち、ミスチューン系とすることで、空力減衰の平均化ができるとともに、空力減衰を大きくすることができる。これにより、空力減衰が小さく強制振動応答が大きかった振動を小さくすることができる。
なお、上記実施形態では、第二動翼６Ｂを、交互に積層された０°方向繊維シート１１Ａと９０°方向繊維シート１１Ｂのいずれかの繊維シート１１が４５°方向繊維シート１１Ｃに変更されているものとしたが、これに限ることはない。例えば、図１１に示す変形例のように、交互に積層された０°方向繊維シート１１Ａと９０°方向繊維シート１１Ｂの少なくとも一つの繊維シート１１の一部の繊維角度を変更してもよい。
また、上記実施形態では、０°方向繊維シート１１Ａと９０°方向繊維シート１１Ｂとが交互に積層されており、いずれかの繊維シート１１が４５°方向繊維シート１１Ｃに変更されている構成であるが、４５°方向繊維シート１１Ｃに変更する繊維シート１１の数は、一層に限らず一層以上としてよい。
また、上記実施形態では、第一動翼６Ａと第二動翼６Ｂとを周方向に互い違いに配置したが、これに限ることはなく、ロータ３を軸線方向から見た際に、片側の領域に第一動翼６Ａを配置し、反対側の領域に第二動翼６Ｂを配置するなどしてよい。
また、上記実施形態では、繊維シート１１を構成する繊維を炭素繊維としたが、これに限ることはない。例えば、繊維シート１１を構成する繊維を、ガラス繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、アルミナ繊維としてもよい。
〔第二実施形態〕
以下、本発明の第二実施形態の動翼列について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
本実施形態の第二動翼６Ｂは、交互に積層された０°方向繊維シート１１Ａと９０°方向繊維シート１１Ｂのいずれかの繊維シート１１が繊維種類の異なる繊維シート１１に変更されている。
図１２は、動翼列を構成する複数の動翼のうち、第二動翼６Ｂ（図２参照）の繊維積層体９Ｂを構成する繊維シート１１の繊維方向を説明する概略図である。本実施形態の繊維積層体９Ｂは、複数の０°方向繊維シート１１Ａと、複数の９０°方向繊維シート１１Ｂと、繊維種類の異なる０°方向繊維シート１１Ｅと、を有している。
例えば、０°方向繊維シート１１Ａ及び９０°方向繊維シート１１ＢをＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系炭素繊維によって形成し、繊維種類の異なる０°方向繊維シート１１Ｅをピッチ系炭素繊維で形成することができる。
上記実施形態によれば、繊維方向を変更することなく、第一動翼６Ａと第二動翼６Ｂとの構造を異ならせることができる。
なお、上記実施形態では、第二動翼６Ｂを、交互に積層された０°方向繊維シート１１Ａと９０°方向繊維シート１１Ｂのいずれかの繊維シート１１が繊維種類の異なる０°方向繊維シート１１Ｅに変更されているものとしたが、これに限ることはない。例えば、交互に積層された０°方向繊維シート１１Ａと９０°方向繊維シート１１Ｂの少なくとも一つの繊維シート１１の一部の繊維種類を変更してもよい。
〔第三実施形態〕
以下、本発明の第三実施形態の動翼列について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第二実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
本実施形態の第二動翼６Ｂは、交互に積層された０°方向繊維シート１１Ａと９０°方向繊維シート１１Ｂのいずれかの繊維シート１１が繊維径の異なる繊維シートに変更されている。
繊維積層体９は、複数の０°方向繊維シート１１Ａと、複数の９０°方向繊維シート１１Ｂと、繊維径の異なる０°方向繊維シートと、を有している。
例えば、０°方向繊維シート１１Ａ及び９０°方向繊維シート１１Ｂの炭素繊維の繊維径を５μｍとし、繊維径の異なる０°方向繊維シートの炭素繊維の繊維径を１０μｍとしている。
上記実施形態によれば、第二実施形態の動翼列５Ｂと同様に、繊維方向を変更することなく、第一動翼６Ａと第二動翼６Ｂとの構造を異ならせることができる。
なお、上記実施形態では、第二動翼６Ｂを、交互に積層された０°方向繊維シート１１Ａと９０°方向繊維シート１１Ｂのいずれかの繊維シート１１が繊維径の異なる繊維シートに変更されているものとしたが、これに限ることはない。例えば、交互に積層された０°方向繊維シート１１Ａと９０°方向繊維シート１１Ｂの少なくとも一つの繊維シート１１の一部の繊維径を変更してもよい。
〔第四実施形態〕
以下、本発明の第四実施形態の動翼列について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図１３は、本実施形態の動翼列５Ｄを有する圧縮機１の正面図である。本実施形態の動翼列５Ｄは、特定の動翼６のみ炭素繊維の剥離が発生しやすい構造である。炭素繊維の剥離が発生しやすい構造とするために、本実施形態の動翼列５の第二動翼６Ｄは、フラッタモードによって発生する応力発生の方向と炭素繊維の繊維方向を同じにしている。これにより、第二動翼６Ｄは、想定を超える振動が発生した場合に、炭素繊維が剥離しやすい構造となっている。第一動翼６Ｃは、想定を超える振動が発生した場合でも、振動数が変化しない通常の構成である。
上記実施形態によれば、動翼６が想定を超えて大きく振動したときは、特定の動翼６である第二動翼６Ｄのみ炭素繊維の剥離が発生しやすい構造にすることによって、振動数が大きく変化する。
これにより、ミスチューンの度合いが大きくなり、一部の動翼６に大きなフラッタが発生するようになる。一部の動翼６に大きなフラッタが発生すると、炭素繊維の剥離が発生するが、この剥離は容易に検出できることから、早期に不具合を発見できる。これによって致命的な損傷、例えば、翼が根元から飛散して、後方段の翼と衝突して多数の翼やケーシングを損傷させる事態を未然に防ぐことができる。
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、上記実施形態では、動翼列５における動翼６に対して繊維積層体９の構造を異なるものとしたが、これに限ることはなく、静翼列における静翼に対して繊維積層体９の構造を異なるものとしてもよい。
また、第二動翼６Ｂを構成する繊維積層体９の複数の繊維シート１１のうち、一の繊維シート１１の繊維方向を異ならせるとともに、他の繊維シート１１の繊維種類を異ならせるなどしてもよい。
１ 圧縮機
２ ケーシング
３ ロータ
４ 回転軸
５ 動翼列
６ 動翼
６Ａ 第一動翼
６Ｂ 第二動翼
８ 芯材
９ 繊維積層体
１０ 樹脂
１１ 繊維シート
１１Ａ ０°方向繊維シート
１１Ｂ ９０°方向繊維シート
１１Ｃ ４５°方向繊維シート
１１Ｄ −４５°方向繊維シート
１３ 吸気ダクト
１５ 圧縮機静翼列
１６ 圧縮機静翼
２０ 燃焼室
３０ タービン
３１ タービンロータ
３２ タービンケーシング
９１ ガスタービンロータ
９２ ガスタービンケーシング
１００ ジェットエンジン
Ｔ 翼厚方向

Claims (5)

  1. 軸線回りに回転する回転軸と、
    前記軸線の周方向に間隔をあけて複数設けられた翼からなる翼列と、を備え、
    各前記翼は、
    複数の繊維シートを積層させてなる繊維積層体と、
    前記繊維積層体を含浸して前記翼の外形を形成する樹脂と、を有し、
    前記翼列における少なくとも二つの前記翼が、それぞれの繊維積層体が互いに異なる構造をなす回転機械。
  2. 複数の前記翼は、同一の外形をなしている請求項１に記載の回転機械。
  3. 互いに異なる構造をなす前記繊維積層体は、
    前記複数の繊維シートのうち、一層以上の前記繊維シートの一部の繊維方向が異なる請求項１又は請求項２に記載の回転機械。
  4. 互いに異なる構造をなす前記繊維積層体は、
    前記複数の繊維シートのうち、一層以上の前記繊維シートの一部の繊維種類が異なる請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回転機械。
  5. 互いに異なる構造をなす前記繊維積層体は、
    前記複数の繊維シートのうち、一層以上の前記繊維シートの一部の繊維径が異なる請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転機械。
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