JP3604146B2 - 厚み変動アイソグリッド・ケース - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、航空機のターボファン・エンジンに関し、特に、効率的に製作するように設計した破砕ファン・ブレードの収容構造に関する。
背景技術
ターボファン型航空機エンジンは、前端部に大型のファンを有している。これらは、毎分約4000回転の高速で回転している。
鳥、雹粒、または地上から吸い込んだ破片等の異物が時としてファン・ブレードに当たってブレードを破砕するおそれがあり、これらのブレード破砕物は、7kg程度であり、毎秒930mで移動する。これらのブレード破砕物を、これを取り囲むケーシングを完全に破壊することなく収容することが必須である。
アイソグリッドによって構築した収容構造は、クラック（Kulak）、デンベック（Dembeck）及びホワイト（White）による「航空機用ファン収容構造」という名称の共同出願に示されている。ここで教示されているように、このアイソグリッド構造の内部スキンは、過剰な重量を最小限にしてブレードの侵入と摩擦に対する適切な抵抗を達成するため、異なった厚さを使用している。このスキンの厚さの変化は急激に行われず、従って、厚さが中間のインタフェース・セグメントが存在することがまた示唆されている。
このような構造の通常の設計と製作によれば、各三角形のセグメントの大部分は、例えばこれらが1000個を超えても、特定の量のスキンの厚さを残す第１工具によって機械加工される。第２工具を使用して三角形の周辺のフランジの付いたリブのフランジの下の材料を機械加工によってとり去る。従来は、全てのフランジには同一の厚さを指定し、このためスキンの厚さが変わる場合には、他の工具を使用してフランジの下の材料をフライス加工によって取り去らなければならない。
この製作手順は、特定の工具をフライス盤に載置するステップとこの特定の寸法を使用するケース全体のアイソグリッド・セグメントをフライス加工するステップを有している。直径が約3mのケースを完全に回転させ、全ての適切なセグメントに対するアクセスを達成する。この工具は次に交換し、次の工具のために装置を再位置決めしなければならない。
このように複数の工具が必要になることによって、かなりの経費がかかり、且つ長時間を必要とすることが示されている。従って、実質的に重量を増加させることなく、より少ない数のフライス工具によって製作できるように設計を変更することが望ましい。
発明の開示
円筒形のアイソグリッド構造を、軽量化のために設計する。スキンの厚さは、必要に応じて変化する。最適なのは、全てのアイソグリッド・フランジまたはキャップの厚さが同一であることである。厚みが変化すると、機械加工のコストが相対的に高くなることにつながる。
スキンの厚さが中間のセクションには、過剰な厚みを有するフランジが設けられている。なお、そのセクション数は少ない。厚みの薄い後方のゾーンでもまた、フランジは過度に大きい厚さのフランジを有しているが、ここではブレード片の跳ね返り力に抵抗するために高い剛性が要求されている。
【図面の簡単な説明】
第１図は、ガス・タービン・エンジンのターボファンの斜視図である。
第２図は、ファン・ブレードに対するケーシングの関係を示すケーシングの断面図である。
第３図は、アイソグリッドの図である。
第４図は、幾つかの隣接した断面を示す第３図の４−４断面図である。
発明を実施するための最良の形態
第１図を参照して、ターボファン型航空機のガス・タービン・エンジン10は、前端部に複数の回転ファン・ブレード12を有している。直径が約2.4mのケースは、支柱16によって支持されているこれらのブレードを取り囲んでいる。このケースはアイソグリッド構造20を有し、このアイソグリッド構造にはアルミ・シートの金属板18が接着され、これは多重衝撃巻回織物22によって取り囲まれている。このケースは、また半径方向内面に摩耗ストリップ24と消音用ハニカム26とを含んでいる。
第２図は、ケース14の断面図である。このケースの前端部には、ブレード12の上流に位置する上流収容ゾーン30が設けられている。前方収容ゾーンの下流には、面内収容ゾーン32が設けられている。これはブレード12のゾーン内に十分延びるが、このブレードの後端迄ずっと延びる必要はない。
後方収容ゾーン34はこれに続き、最終的に支持ゾーン36に連ながる。
第３図は、これらの同一のゾーンを示すアイソグリッドの図である。アイソグリッドは等角の三角形の形状（正三角形状）で複数のリブ38によって構成する。各リブはアイソグリッドの半径方向外縁部に位置するキャップまたはフランジ44によってフランジ止めされ、内部シン（shin）46はリブ構造と一体に構成されている（第４図）。
複数のスキンセグメント48が、リブによって形成されている。種々のスキンセグメントは、軽量化をはかりながらも、尚遊離した断片を適切に収容し、脱落したブレードによりあいた孔の寸法を最小にし、且つ衝撃と不均衡な負荷の下でケーシングのクラックを最小にするように、その厚みが変化されている。また関心を払うべき問題は、巻回されている織物の負荷、保持負荷、及びブレード片の跳ね返り負荷を受けてケースが湾曲するのを防止するための適切な剛性である。共振端に対してまた適切なケースの剛性がなければならず、支柱からの片持ち負荷による湾曲を回避しなければならない。また、ファン・ブレードが失われることにより、ファンロータのバランスが崩れた状態となるが、このアンバランスとなったファン・ロータの支持面もまた、この構造により提供しなければならない。エンジンは、ケースを分解させることなく、惰性によって動作しながら停止することができなければならない。
前方のスキン・セグメント50は、厚さが3.81mmであり、スキンのケーシング51の厚さは4.83mmである。ファンの収容ゾーンに接近するのに従って、スキンのケーシング・セグメント52の厚さは5.72mmになる。ケーシング・セグメント53の後端部に向かっていくと、その厚さは4.83mmになり、セグメント54の厚さは3.81mmとなる。最後に、セグメント55と56の厚さは、それぞれ2.92mmと2.03mmである。
リブを挟んで隣接するスキン・セグメントは、ブレードの侵入にさらされる収容ゾーン内では、隣接するセグメントとの差が30％を超えることはない。このようなゾーンは、前方収容ゾーン、面内収容ゾーンと後方収容ゾーンである。後部支持ゾーンでは、隣接部分の厚さは、その変化量が50％を超えることはない。リブを挟んでの厚みの差が過剰に大きくなると、侵入したブレードによって形成された穴からクラックの線が発生し、この形成された穴が所望より大きくなってしまう。
第３図の中心線60は、三角形の軸方向の列を通過している。前端部から後端部に向かってみていくと、厚さが3.81mmの１つのセクション50があり、これは厚さが4.83mmのセクション51に連なっている。３個のセクション52は5.72mmであり、次に１つのセクション53は4.83mmであってこれはセクション51と同じである。
これに続いて、４個のセクション54のグループが存在し、これらの各々の厚さは3.81mmであり、これは前方の三角形のセクション50と同一である。その後に、厚さが2.92mmの１つのセクション55が連なっている。これらに続いて、各2.03mmの５個の寸法の小さい三角形のセクションが存在する。
第４図は、全体の厚さ62が3.45cmであるアイソグリッド構造を示す。フランジ64は、このアイソグリッド構造に要求される全体的な剛性に基づいて厚さ66が0.37cmである通常のように指定されたフランジである。スキン52は厚さが5.72mmであるので、必要なリブの高さ68は2.51cmである。フライス・カッター（Milling cutter）70はこの高さを有し、ポケット72内のリブ38の縁部を機械加工によって取り去るのに使用する。これによって設計上の要件が満足される。
たとえ従来の設計が使用されることがあるとしても、フランジ74は、同じ厚さ、即ち厚さ66と同一になる。この場合、フライス工具70を使用することはできず、新しい工具によって代替しなければならない。フランジ74の重量は若干重くなるものの、スキン53の厚みが減った分だけ76の厚みを増加させることで、リブの高さ68を同一とすることができる。
第３図に戻って、フランジの片側に於ける過剰な厚さは、遷移セクション51、53と55に於いてのみ発生する。確かにセクション56でもまたウェブの厚さが過剰であるが、これは、ブレードから跳ね返った力のために、剛性を余分に必要とするセクションである。
ポケット72と同じ方法でポケット80は、スキンの厚さ54を減少させても同一のフランジの厚さ68で設計し、その結果、より大きなカッターでリブの高さ82を機械加工することができる。このフルサイズのカッターを使用してまた同じスキンの厚さを有している後続のセクションを加工する。
複数のカッターを最小限しか使用していないため、重量が過剰な部位が存在せざるを得ないが、このような部位は、少数のインタフェース・ゾーン、または、剛性が更に必要であるために円周方向のリブ82を既に追加して供給している後方の部分、のいずれかにしか存在しない。

Claims (3)

1. ターボファン・ガス・タービン・エンジン用の円筒形アイソグリッド・ファン収容ケースにおいて、
   前記ケースは、正三角形状でフランジの付いたリブの格子を有するアイソグリッドによって形成されると共に各リブの外縁部にはフランジを有し、
   前記アイソグリッドの内縁部上のスキンを有し、これによって三角形のアイソグリッド・セグメントが前記リブの間に形成され、これにより複数の三角形のセグメントの軸方向の列が形成され、
   前記スキンの厚さ、前記リブの高さ、前記フランジの厚さを加えた、アイソグリッドの総合厚みは一定であり、
   前記三角形のアイソグリッド・セグメントは、異なるセグメントどうしでも、スキンの厚みとフランジの厚みは異なっても、リブの高さは等しくなっていることを特徴とする円筒形アイソグリッド・ファン収容ケース。
2. 前記三角形のセグメントの各軸方向の列は、
   第１スキン厚さを有する複数の隣接した第１セグメントと、
   第２スキン厚さを有する複数の隣接した第２セグメントと、
   前記第２スキン厚さと前記第１スキン厚さの中間のスキン厚さを有する中間セグメントと、を有し、
   前記中間セグメントのリブの高さは、前記複数の第２隣接セグメント及び前記複数の第１隣接セグメントの内の１つのリブの高さと等しいことを特徴とする請求項１記載のアイソグリッド・ファン収容ケース。
3. 後方に位置する後方セグメントの厚さは、前記第１のスキンの厚さ、前記第２のスキンの厚さ、これらよりも薄い厚さ、のいずれかとなっており、
   前記後方セグメントの前記リブの高さは、前方位置にある全てのリブの高さの内で最小であることを更に特徴とする請求項２記載の収容ケース。

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