JP2019500537A - 前縁保護体 - Google Patents

Abstract

本発明は、ターボ機械翼の分野に関し、より詳細には、ターボ機械翼（１６）のための前縁保護体（３２）に係わり、該前縁保護体（３２）は、圧力側翼部（３４）と吸込側翼部（３６）とを具備する。各圧力側翼部（３４）及び吸込側翼部（３６）は、下縁（５０）から上縁（５１）まで高さ方向において及び前縁（１８）から後縁（４０、４２）まで長手方向において延び、更にそれらは、前縁（１８）を介して共に接続され、更に吸込側翼部（３６）の後縁（４２）は、少なくとも１つの成形された構成部分（Ｓ１、Ｓ２）を有し、前記構成部分（Ｓ１、Ｓ２）は、この構成部分内の吸込側翼部（３６）の長さが、この構成部分（Ｓ１、Ｓ２）の各端部における吸込側翼部（３６）の長さ（ｌ２、ｌ３、ｌ２１、ｌ２２、ｌ３１、ｌ３２）よりも短いような状態で成形される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ターボ機械翼のための前縁保護体に関する。「ターボ機械」という用語は、本明細書において、流体流と少なくとも１式の翼との間でエネルギーを伝達可能な、任意の機械、例えば、圧縮機、ポンプ、タービン、プロペラ、又は実際には上記の少なくとも２つの組み合わせ等、を意味するように使用される。

その様な前縁保護体は一般的に、回転翼又は案内羽根の前縁を衝撃から保護するためのものである。「翼」という用語は、本明細書において、航空機プロペラのファン翼及び翼の両方のために使用される。それらの重量を制限するために、その様な翼は一般的に、主として、例えばポリマー製等の、有機マトリックスを有する、繊維で強化された複合材料により製作された翼本体の形態である。その様な材料は、特にはそれらの重量と比較すると一般に非常に有利な機械的品質を示すが、その様な材料は、それにもかかわらず、点衝撃に対して幾分敏感である。従って、チタン合金等のような非常に強い金属材料で一般的に作られた保護体は、その様な衝撃から前縁を保護するために、その様な翼の前縁に通常取り付けられる。その様な保護体は通常、前縁の上を覆う、より厚い部分により共に接合された薄い吸込側翼部と薄い圧力側翼部との形態であり、翼部及びより厚い部分は、前縁における及び隣接する圧力側及び吸込側部分における翼の形状に密接して適合する。圧力側及び吸込側翼部は、翼のこれらの圧力側及び吸込側部分のそれぞれに亘る高さ及び長さにおいて延び、更に圧力側及び吸込側翼部は主に、保護体が前縁において配置され且つ固定されることを保証するように作用し、更に圧力側及び吸込側翼部はまた、衝撃の力を分散させ、そのエネルギーを翼本体のより広い領域に亘って散逸させるように作用する。従って、前縁保護体に対する衝撃の場合において、変形の波は、翼部を具備する保護体を介して、変形の波が保護体において完全に散逸するまで伝搬する。それにもかかわらず、特定の状況下において、その様な伝搬は、翼部を部分的に分離させるまで進行し得る、変形のピーク（最高点）に導き得る。

本開示は、衝撃のエネルギーをより効果的に散逸させ更に潜在的な分離を制限する、ターボ機械翼のための前縁保護体を提案することにより、これらの欠点を改善することを目的とする。

少なくとも１つの実施の形態において、この目的は、金属材料により製作されてもよく且つ圧力側翼部と吸込側翼部とを具備する、該前縁保護体において、各々が、下縁から上縁まで高さ方向において及び前縁からそれぞれの後縁まで長手方向において延び、更に前縁を介して共に接続されており、吸込側翼部の後縁は、少なくとも１つの成形された構成部分を有し、構成部分は、この構成部分内の吸込側翼部の長さが、この構成部分の各端部における吸込側翼部の長さよりも短いような状態で成形されることによって達成される。

これらの構成により、衝撃の場合において、より速く且つより効果的な衝撃のエネルギーの散逸を得るような状態で、変形の波が吸込側翼部を介して伝播する。また、この形状は、その上縁及び／又はその下縁から始まる吸込側翼部の分離に対して妨げを形成する別の利点を追加的に提供する。

衝撃エネルギーをより良好に散逸させるために、吸込側翼部の後縁の該構成部分は、特に、吸込側翼部の下縁よりも上縁により近くてもよい。また、散逸効果を高めるために、吸込側翼部の該後縁は、各構成部分内の吸込側翼部の長さが、同じ構成部分の各端部における吸込側翼部の長さよりも短くなるような状態で成形される、複数の成形された構成部分を有してもよい。

力集中を避けるために、吸込側翼部の後縁は、保護体の高さ全体に亘って接線方向の連続性を示してもよいので、特に、何らかの所定の最小値よりも小さい曲率半径に対応する、過度の湾曲を回避するように、吸込側翼部の長さは徐々に変化する。

本開示はまた、翼根元から翼先端まで高さ方向に延びる、翼であって、翼本体と、翼本体に組み付けられたその様な前縁保護体と、を具備する翼であって、翼本体は、繊維で補強された、例えばポリマーマトリックス等の有機マトリックスを有する複合材料により製作され、更に前縁保護体は、翼本体の複合材料よりも耐点衝撃性のより優れた材料により製作される、翼を提供する。

この翼において、より良い空気力学的効率のために、前縁は、特に、少なくとも局所的に３０度以上の後傾斜を有してもよい。吸込側翼部の後縁の形状は、その様な後傾斜を有する、翼の前縁の近傍において衝撃を散逸させるために特に有用である。

本開示はまた、複数のその様な翼を有するターボ機械と、複数のその様な翼を有するファンと、その様なファンを具備するターボファンと、を提供する。

本発明は、非限定的な例として示される実施の形態の以下の詳細な説明を読むことにより、良好に理解可能であり、そしてその利点は、より良好に明らかになる。説明は、添付図面を参照する。

図１は、ターボファンの図式的立体図である。 図２は、翼の第１の実施の形態における、図１のターボジェットのファンの回転翼の吸込側の図式的立体図である。 図３は、図２の翼の平面ＩＩＩ−ＩＩＩにおける部分断面図である。 図４は、翼の第２の実施の形態における、図１のターボジェットのファンの回転翼の吸込側の図式的立体図である。

図１は、ガス発生器ユニット（装置）１２とファン１４とを有する、ターボファン１０を示す。ファン１４は、中心軸線Ｘの周りに半径方向に配置された複数の回転翼１６を有し、翼は、回転する場合に、空気力学的に輪郭形成されて、空気を排出する。従って、図２及び３において示されるように、各翼１６は、前縁１８と、後縁２０と、圧力側２２と、吸込側２４と、翼先端２６と、翼根元２８と、を有する。

通常の動作において、相対的な空気流は、各翼１６の前縁１８に向かって実質的に向けられる。従って前縁１８は、特に衝撃に曝される。特に、翼１６が、特に繊維により強化されたポリマーマトリックスを有する複合材料により製作される、翼本体３０を具備する場合に、各翼において一体化された前縁保護体３２により前縁１８を保護することが、適切である。言い換えれば、前縁保護体３２は、翼本体３０に組み付けられる。

前縁保護体３２は、翼本体３０の複合材料よりも耐点衝撃性のより優れた材料により製作される。前縁保護体３２は、金属により、例えば、更により具体的には、チタン系合金、ＴＡ６Ｖ（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）等により主に製作される。前縁保護体３２は、登録された商標Ｉｎｃｏｎｅｌ（商標登録）と一般的に呼ばれる鋼又は金属合金により、同様に良好に製作可能である。「インコネル」という用語は、ニッケル及びクロムにより合金化された鉄に基づく合金を参照するように、以下において使用される。

特に図３に示されるように、前縁保護体３２は、圧力側翼部３４と、吸込側翼部３６と、翼本体３０の縁部に重なるべきであって且つ前縁１８において圧力側翼部３４及び吸込側翼部３６を共に接続する、より厚い厚さの中央部分３８と、を有する。圧力側及び吸込側翼部３４及び３６は、翼体３０上に保護体３２を配置すると共に、衝撃エネルギーを散逸するように作用する。圧力側及び吸込側翼部３４、３６の各々は、下縁５０から上縁５１まで高さＨに亘って高さ方向に延び、更に前縁１８から対応する後縁４０、４２まで長手方向に延びる。

衝撃の結果として保護体３２を介して伝播する変形波のエネルギーをより良好に散逸させるために、吸込側翼部の後縁４２は、その全長に亘って前縁１８に平行ではないが、しかし代わりに、下縁５２よりも上縁５１により近い、例えば、下縁５０から始まる保護体３２の高さＨの少なくとも６０％を越える、成形された構成部分Ｓ１を有し、その構成部分は、この構成部分内の吸込側翼部３６の長さｌ１が、この構成部分５２の各端部における吸込側翼部３６の長さｌ２、ｌ３よりも短くなるような状態で成形される。従って、長さｌ１は、長さｌ２、ｌ３の各々よりも、少なくとも１０％又は１５％又は更には３０％だけ、より短く製作可能である。吸込側翼部３６の長さのこの局所的な減少が、吸込側翼部に亘る変形波の伝播をより複雑にすることにより衝撃エネルギーの散逸を容易にするだけではなく、長さのこの局所的な減少はまた、保護体３２の任意の局部的な分離が後縁４２に沿って伝播することを防止することにも寄与する。

この第１の実施の形態において、後縁４２は、この構成部分内の吸込側翼部３６の長さｌ１が、この構成部分Ｓ１の各端部における吸入側翼部３６の長さｌ２、ｌ３よりも短いような状態で形成される、唯一つの構成部分Ｓ１を有するが、しかしそれらの効果を強化するために、複数のその様な構成部分を連続して組み合わせることもまた想定可能である。従って、図４に示す第２の実施の形態において、吸込側翼部３６の後縁４２は、各構成部分Ｓ１、Ｓ２内の吸込側翼部３６の各長さｌ１１、ｌ１２が、同じ構成部分Ｓ１、Ｓ２の各端部における吸込側翼部３６の長さｌ２１、ｌ２２、ｌ３１、ｌ３２よりも短いような状態で形成される、２つの連続した構成部分Ｓ１及びＳ２を有する。この第２の実施の形態における保護体３２及び翼１６の残りの要素は全て、第１の実施の形態のこれら（要素）と類似しており、従って残りの要素は、図面において同じ参照番号が付される。

本発明は、特定の実施の形態を参照して説明されるが、特許請求の範囲により規定される本発明の一般的な範囲を逸脱することなく、これらの実施の形態に対して様々な修正及び変更を実施可能であることは明らかである。また、上述された様々な実施の形態の個々の特徴は、追加の実施の形態において組み合わされてもよい。その結果、説明及び図面は、限定的よりむしろ、例示的な意味で考慮されるべきである。

Claims (12)

1. ターボ機械翼（１６）のための前縁保護体（３２）であって、
   該前縁保護体（３２）は、圧力側翼部（３４）と吸込側翼部（３６）とを具備し、
   前記圧力側翼部（３４）と前記吸込側翼部（３６）の各々が、下縁（５０）から上縁（５１）まで高さ方向において且つ前縁からそれぞれの後縁（４０、４２）まで長手方向において延びていて更に前記前縁を介して共に接続される、前縁保護体（３２）において、
   前記吸込側翼部（３６）の前記後縁（４２）は、少なくとも１つの成形された構成部分（Ｓ１、Ｓ２）を有し、前記構成部分（Ｓ１、Ｓ２）は、前記構成部分（Ｓ１、Ｓ２）内の前記吸込側翼部（３６）の長さ（ｌ１、ｌ１１、ｌ１２）が、前記構成部分（Ｓ１、Ｓ２）の各端部における前記吸込側翼部（３６）の長さ（ｌ２、ｌ３、ｌ２１、ｌ２２、ｌ３１、ｌ３２）よりも短いような状態で成形される、ことを特徴とする前縁保護体（３２）。
2. 前記吸込側翼部（３６）の前記後縁（４２）の該構成部分（Ｓ１、Ｓ２）は、前記吸込側翼部（３６）の前記下縁（５０）よりも前記上縁（５１）により近い、ことを特徴とする請求項１に記載の前縁保護体（３２）。
3. 前記構成部分（Ｓ１、Ｓ２）内の前記吸込側翼部（３６）の前記長さ（ｌ１、ｌ１１、ｌ１２）は、前記構成部分（Ｓ１、Ｓ２）の各端部における前記吸込側翼部（３６）の長さ（ｌ２、ｌ３、ｌ２１、ｌ２２、ｌ３１、ｌ３２）に比べて、少なくとも１０％、より短い、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の前縁保護体（３２）。
4. 前記構成部分（Ｓ１、Ｓ２）内の前記吸込側翼部（３６）の前記長さ（ｌ１、ｌ１１、ｌ１２）は、前記構成部分（Ｓ１、Ｓ２）の各端部における前記吸込側翼部（３６）の前記長さ（ｌ２、ｌ３、ｌ２１、ｌ２２、ｌ３１、ｌ３２）に比べて、少なくとも１５％、より短い、ことを特徴とする請求項３に記載の前縁保護体（３２）。
5. 前記構成部分（Ｓ１、Ｓ２）内の前記吸込側翼部（３６）の前記長さ（ｌ１、ｌ１１、ｌ１２）は、前記構成部分（Ｓ１、Ｓ２）の各端部における前記吸込側翼部（３６）の長さ（ｌ２、ｌ３、ｌ２１、ｌ２２、ｌ３１、ｌ３２）に比べて、少なくとも３０％、より短い、ことを特徴とする請求項４に記載の前縁保護体（３２）。
6. 前記吸込側翼部（３６）の該後縁（４２）は、各構成部分（Ｓ１、Ｓ２）内の前記吸込側翼部（３６）の長さ（ｌ１１、ｌ１２）が、同じ構成部分（Ｓ１、Ｓ２）の各端部における前記吸込側翼部（３６）の長さ（ｌ２１、ｌ２２、ｌ３１、ｌ３２）に比べてより短いような状態で成形される、複数の成形された構成部分（Ｓ１、Ｓ２）を有する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の前縁保護体（３２）。
7. 金属材料により製作される、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の保護体（３２）。
8. 翼根元から翼先端まで高さ方向に延びる、翼（１６）であって、
   翼本体（３０）と、前記翼本体（３０）に組み付けられた請求項１〜７のいずれか一項に記載の前縁保護体（３２）と、を具備する翼（１６）において、
   前記翼本体（３０）は、繊維で補強された有機マトリックス複合材料により製作され、更に前記前縁保護体（３２）は、前記翼本体の前記有機マトリックス複合材料よりも耐点衝撃性のより優れた材料により製作される、ことを特徴とする翼（１６）。
9. 前記前縁は、少なくとも局所的に、３０度以上の後傾斜を有する、ことを特徴とする請求項８に記載の翼（１６）。
10. 請求項８又は９に記載の複数の翼（１６）を具備することを特徴とするターボ機械。
11. 請求項８又は９に記載の複数の翼（１６）を具備することを特徴とするファン（１４）。
12. 請求項１１に記載のファンを具備することを特徴とするターボファン（１０）。

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