JP2019504241A - 前縁保護体 - Google Patents

Abstract

本発明は、ターボ機械翼の分野に関し、更により具体的には、下端（４０）から上端（４１）まで高さ方向に延びるターボ機械翼（１６）の前縁保護体（３２）に係わり、前縁保護体は、前縁（１８）の上を覆う外側面（５０）と、翼本体（３０）に固定するための内側面（５１）と、を有し、更に圧力側翼部（３４）と、吸込側翼部（３６）と、圧力側翼部（３４）及び吸込側翼部（３６）を共に接合する中央部分（３８）と、を具備する。外側面（５０）と内側面（５１）との間において、中央部分（３８）は、圧力側及び吸込側翼部（３４、３６）の厚さよりも厚い、厚さ（ｅ１）を有する。中央部分（３８）の厚さ（ｅ１）は、前縁保護体（３２）の下端から第１の構成部分（Ｓ１）に亘って安定している勾配又は増大する勾配で増大するが、しかしそれは、該第１の構成部分（Ｓ１）を超えると減少する、勾配を有する。
【選択図】図３

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、繊維で強化された、例えばポリマー等の、有機マトリックス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に関して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、その様な翼の前縁に通常取り付けられて、その様な衝撃から前縁を保護する。翼根元に隣接する下端から翼先端に隣接する上端まで延びている保護体であって、且つ前縁の上を覆う外側面と翼本体に固定するための内側面とを有する、その様な保護体は、通常、薄い圧力側翼部と薄い吸込側翼部とが前縁の上のより厚い中央部分により共に接合される形態であるので、従って保護体は全体として、その前縁とその隣接する圧力側及び吸込側部分とにおける翼の形状に密接に適合する。翼の回転により、衝撃速度は通常、翼先端に向かって増大するので、従って保護体の中央部分の内側面と外側面との間の厚さは一般的に、保護体の下端から上端へ進む方向において増大する関係で変化する。それにもかかわらず、そのことは、保護体の重量、及び中でも、高さ方向に延びる軸線の周りのその慣性を、増加させる欠点を有する。

本開示は、減少された重量及び慣性を有する翼に適切な保護を提供することを可能にする、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い、該前縁保護体において、前縁保護体は、下端から上端まで高さ方向に延び、前縁の上を覆う外側面と、翼本体に固定するための内側面と、を有し、更に前縁保護体は、圧力側翼部と、吸込側翼部と、圧力側翼部及び吸込側翼部を共に接合する中央部分と、を具備し、中央部分は、外側面と内側面との間の厚さを有し、その厚さは、圧力側翼部の対応する厚さ及びやはり内側面と外側面との間の吸込側翼部の対応する厚さの両方よりも厚く、中央部分の厚さは、第１に、第１の構成部分に亘って安定している勾配又は増大する勾配で増大し、その第１の構成部分は、前縁保護体の下端からの前縁保護体の高さの少なくとも６０％又は実際には８０％に亘って延び、そして中央部分の厚さは、第２に、該第１の構成部分を超えると減少する勾配を有する。中央部分の厚さは、第１の構成部分を越えて位置する、前縁保護体の第２の構成部分に亘って減少さえしてもよい、前縁保護体により達成される。

これらの構成により、翼が該第１の構成部分を越えると衝撃に殆ど晒されない場合に、保護体により翼に追加される重量及び慣性を軽減することが可能である。

本開示はまた、翼根元から翼先端まで高さ方向に延びていて且つ翼本体に組み付けられたその様な前縁保護体を有する、翼本体を具備する、翼を提供し、翼本体は、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、繊維により強化された複合材料により製作され、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、更に保護体の下端は、上端に比べて翼根元により近い。

本開示はまた、複数のその様な翼を具備するターボ機械と、複数のその様な翼を具備するファンと、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２Ａは、翼の一実施の形態における図１のターボファンの回転翼の圧力側の図式的立体図である。 図２Ｂは、翼の一実施の形態における図１のターボファンの回転翼の圧力側と吸込側のそれぞれ図式的立体図である。 図３は、図２Ａ及び２Ｂの翼の平面ＩＩＩ−ＩＩＩにおける部分断面図である。 図４は、従来技術の前縁保護体に関する関係と比較した、２つの実施の形態における前縁保護体の中央部分の厚さの変化に関する関係を示すグラフである。

図１は、ガス発生器ユニット（装置）１２とファン１４とを具備する、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を具備し、翼は、回転する場合に、空気力学的に輪郭形成されて、空気を排出し、更にファンケーシング５０により囲まれる。従って、図２Ａ、２Ｂ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、複合材料、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。例えば、前縁保護体３２は、金属により、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、本明細書において、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使用される。

前縁保護体３２は、下端４０から上端４１まで、軸線Ｚに沿って高さＨに亘って延び、前縁保護体３２は、前縁１８の上を覆う外側面５０と、翼本体３０に固定されるべき内側面５１と、を有し、更に前縁保護体３２は、圧力側翼部３４と、吸込側翼部３６と、保護体３２の高さＨに亘って圧力側翼部３４及び吸込側翼部３６を共に接続する、中央部分３８と、を具備する。圧力側翼部３４及び吸込側翼部３６は、翼本体３０において保護体３２を位置決めするように機能する。保護体３２の高さＨの軸線Ｚに対して横に延びる、平面ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面である、図３に示すように、保護体３２の外側面５０と内側面５１との間の中央部分３８の厚さｅ１は、中央部分３８に集中する衝撃に耐えるために、外側面５０と内側面５１との間の圧力側翼部３４及び吸込側翼部３６の厚さｅ２及びｅ３それぞれに比べて実質的により厚い。

各翼１６は、それが動作時にターボファン１の中心軸線Ｘの周りで回転するので、前縁１８の接線方向速度は、翼の根元２６から先端２８へ進むにつれて増大する。公知の保護体において、翼に対する衝撃速度におけるこの増大する速度の影響を考慮するために、保護体の中央部分の厚さｅ１は、垂直軸線が保護体の高さＨの軸線Ｚに対応していて且つ水平軸線が厚さｅ１に対応する、図４の曲線１００により示されるように、 安定している勾配又は増加さえする勾配を有する、増加関係の適用において、保護体の下端から上端へ進むにつれて増加する。

それにもかかわらず、翼先端２６は、入口がファン１４よりも狭くてもよい、ケーシング５０により部分的に保護される。従来技術の保護体と比較して、安全性に悪影響を与えることなく、翼先端２６の近傍において、保護体３２の中央部分の厚さｅ１を減少させることを想定することが可能である。従って、保護体３２の中央部分３８の厚さｅ１は、保護体３２の下端４０から始まる第１の構成部分Ｓ１に亘って、安定している即ち一定である勾配又は増大する勾配ｄｅ１／ｄＺで増加してもよいが、一方でこの第１の構成部分Ｓ１を超えると減少する、勾配を有する。例えば、図４において曲線１０１で示される第１の実施の形態において、厚さｅ１は、第１の構成部分Ｓ１を超えて、上端４１まで増加し続けるが、しかし減少する勾配ｄｅ１／ｄＺを有する。図４において曲線１０２により示す第２の実施の形態において、厚さｅ１は、第１の構成部分Ｓ１と保護体３２の上端４１との間に位置する、第２の構成部分Ｓ２に亘って減少するように、勾配ｄｅ１／ｄＺが負になることを想定することさえも可能である。従って、曲線１００により示される比較例に比べて、保護体３２により翼１６に追加される重さ及びとりわけ慣性を低減することが可能である。

本発明は、特定の実施の形態を参照して説明されているが、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 (8)

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、下端（４０）から上端（４１）まで高さ方向に延び、かつ前縁（１８）の上を覆う外側面（５０）と、翼本体（３０）に固定するための内側面（５１）と、を有し、更に圧力側翼部（３４）と、吸込側翼部（３６）と、前記圧力側翼部（３４）及び前記吸込側翼部（３６）を共に接合する中央部分（３８）とを具備する、前縁保護体（３２）において、
   前記中央部分（３８）は、前記外側面（５０）と前記内側面（５１）との間の厚さ（ｅ１）を有し、前記厚さ（ｅ１）は、前記圧力側翼部（３４）の対応する厚さ（ｅ２）及び前記吸込側翼部（３６）の対応する厚さ（ｅ３）の両方よりも厚く、
   前記中央部分（３８）の前記厚さ（ｅ１）は、第１に、第１の構成部分（Ｓ１）に亘って安定している勾配又は増大する勾配で増大し、その第１の構成部分（Ｓ１）は、前記前縁保護体（３２）の前記下端から開始する前記前縁保護体（３２）の高さ（Ｈ）の少なくとも６０％に亘って延び、そして前記厚さ（ｅ１）は、第２に、該第１の構成部分（Ｓ１）を超えると減少する、勾配を有する、ことを特徴とする前縁保護体（３２）。
2. 前記中央部分（３８）の前記厚さ（ｅ１）は、前記第１の構成部分（Ｓ１）を越えて位置する、前記前縁保護体（３２）の第２の構成部分（Ｓ２）に亘って減少する、ことを特徴とする請求項１に記載の前縁保護体（３２）。
3. 金属材料により製作される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の保護体（３２）。
4. 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１〜３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、繊維により補強された有機マトリックス複合材料により製作され、
   前記前縁保護体（３２）は、前記翼本体（３０）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良い材料で製作される、ことを特徴とする翼（１６）。
5. 前記前縁保護体（３２）の前記下端（４０）は、前記前縁保護体（３２）の前記上端よりも前記翼根元により近い、ことを特徴とする請求項４に記載の翼（４）。
6. 請求項４又は５に記載の複数の翼（１６）を具備するターボ機械。
7. 請求項４又は５に記載の複数の翼（１６）を具備するファン（１４）。
8. 請求項７に記載のファンを具備するターボファン（１０）。

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