JP3789129B2 - ファンブレード容体アッセンブリ - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、航空機エンジン用ファンブレード容体アッセンブリに関する。
発明の背景
ファンブレード容体の重要性と困難性は、航空機工業において、より大きく、かつ、より強力なターボファンエンジンが導入されるにつれてますます増大している。ロータアッセンブリからブレードが脱落した後に、上記ファンブレードを飛び出させないようにするには、その構造上、寸法上、及び重量上から多くの改善点を有している。
典型的な容体アッセンブリは、重ね合わされた複数の織布によって取り囲まれた強固な円筒形のシェルを有している。上記シェル、すなわち、ケーシング（ケース）は、剛性の構造材料によって形成されている。上記重ね合わされた織布は、通常、高強度材料、例えばＫＥＶＬＡＲ（ＫＥＶＬＡＲは、デュポン社(Dupont Corporatin)の登録商標である）から形成されている。脱落したファンブレードは、外側に向かって飛び出し、かつ、このケースを通過してしまうが、上記重ね合わされた織布によって捕捉される。上記重ね合わされた織布は、その衝撃を減衰させ、上記ファンブレードを確保するようになっている。船積みや取り扱いのことを考慮すると、上記ケースの径方向形状は、できる限り小さくすることが望ましい。
上記ケースと上記重ね合わされた織布との外側に離間して、ナセルがある。上記重ね合わせ部は、上記ブレードを捕捉するだけの充分な量で減衰を行い、上記ナセルには損傷を与えることがないよう、上記ブレードがナセルを衝撃しないようにして設計されている。上記重ね合わせ部と上記ナセルとの間に必要な径方向の離間幅は、上記ナセルの径方向の形状に関係している。空力学的に考察すると、上記ナセルの上記径方向形状は可能な限り小さくすることが好ましい。上記離間幅は、重ね合わせの数を増加させることによって小さくすることができるが、上記容体アッセンブリのコストと、重量と、を増加させることになってしまう。重量の増大はまた、このような動力源の運転効率に対して好ましくない結果を与える。この結果、上記ナセルの径方向形状と、上記容体アッセンブリの重量と、を両立させることは困難であった。
上記ケースと、上記重ね合わされた織布と、に加えて、上記容体アッセンブリは、又、複数の周方向に隣接した音響パネルによって画成されたライナを有している。上記ライナは、上記ケースの長さにわたって延びており、かつ、上記ファンブレード列に向って内側を向いた流路面を有している。上記流路面は非直線であるが、上記ライナは、容易に形状づけられ、かつ、上記流路面を形成する上記ケースに対向した構造体を提供することができる。
上記音響パネルは、典型的にはハニカム型の材料であり、上記ファンによるノイズ水準を低減させている。エンジンノイズは、近年ではその重要性が増している別の課題となっている。この点についていえば、環境保護当局は、航空機エンジンの許容ノイズ水準を規制することにしている。
不都合なことに、上記ケースの内側全体に必要な量の音響処理を施すには、いくつかの欠点がある。第一に、所定のファンブレード長さにおいては、上記容体の直径が増加してしまうために、上記ケースと、ナセルの径方向形状と、が増加してしまうことにある。第二には、上記ファンブレードと、上述したブレードが脱落した場合の受け止め面である上記ケースの内側面との間の距離が増加してしまうことを挙げることができる。上記ファンブレードと上記受け止め面の間の離間が大きくなるにつれ、上記ロータアッセンブリの径方向への運動が大きくなり、上記ロータアッセンブリがアンバランスになることによって、上記ロータアッセンブリがさらに損傷するリスクが高くなってしまうことになる。
上記技術はあるものの、科学者及び技術者は、出願譲受人の指揮の下、航空機エンジンを軽量、かつ、小径とする効果を有する容体アッセンブリの開発を行ってきた。
発明の開示
本発明は、部分的には、隣接した音響パネルの間の連結接合が、上記ファンブレード列の前部において構造的不連続性を生じさせることに基づいてなされたものである。この領域では、上記不連続性が音響エネルギーを遠くへと散乱させてしまい、このことによって上記航空機エンジンに伴うノイズレベルが増大する結果となっていたのである。上記ファンブレード前部における上記不連続性を排除することによって、遠方へと発散される音響エネルギーが低減できる。
本発明によれば、ファンブレード容体アッセンブリは、上記ファンブレード列の前部において継ぎ目なく、かつ、均一な流路面を有しており、この流路面は、上記ファンブレード列を取り囲んだ上記ケースから機械加工されている。上記流路面として上記内周を用いることの特徴としては、上記ケースの外径を低減できることを挙げることができ、これは、又、上記ナセルの外径を低減することができ、又、上記ケースと上記ナセルとの間の径方向の離間を最大とすることにもなる。上記ケースを上記流路面部分として使用するので、この領域にはもはや上記流路面を作るための挿入パネルは必要ではない。
上記パネルを用いないことで、上記ケースを径方向内側に移動させることができ、上記ケースの外径が低減できる。このような小径ケースは、定法による取り扱い性、荷積性といったエンジン扱い性を向上させる。加えて、ケースが小さくなる結果、上記ナセルの外径を小さくできたり、径方向の離間量を大きくすることができ、さらにはその双方が行えるようになる。このような小径ナセルは、大きなサイズとなっている現代の航空機エンジンでは、顕著な特性である。すなわち、上記ナセルの外径を低減することで、上記ナセルの空力的特性が改善できる。上記ケースと上記ナセルの間に大きな径方向の離間があると、上記ロータから脱落したブレードを保持するために用いる上記重ね合わされた織布に、よりいっそう減衰を行わせることができる。このように、より大きく減衰させることができるので、重ね合わせ部を薄くでき、かつ、上記容体アッセンブリを軽量化することができる。
上記小径ケーシングの別の利点は、ブレード欠損が生じた場合の上記ロータ保持が容易となることにある。ブレード欠損は、上記ロータをアンバランスとするとともに、上記ロータを径方向外側へと動揺させてしまうことになる。このような場合には、上記ケースの内周面は、受け止め面として作用し、この受け止め面は、上記ファンブレードの翼先端に連結して、上記ロータを支持するようになっている。上記ファンブレードと上記ケースの内周面の間の径方向分離が大きくなるにつれ、上記ケースが支持するまでに、上記ロータが径方向へ運動する量がますます大きくなる。ロータの長手方向軸から上記ロータが遠ざかる運動は、上記ロータアッセンブリに対してさらに損傷を与える。このような径方向の運動を低減することによって、さらにブレードが損傷する可能性を低減できる。
上記流路面として、上記ケースの内周を機械加工して使用することの利点は、さらに、上記ファンブレード前部での上記面のいかなる構造的不連続性をも生じさせないことにある。上記不連続性は、上記ファンブレードによって発生する上記音響エネルギーの一部の特性を遠くへ伝搬して行かないニアフィールドウエーブ(near filed wave)から、著しく遠くまで伝搬して行く音波へと変換する。従来の容体アッセンブリにおける不連続性の原因は、互いに隣接するパネルの間の接合にあった。上記複数のパネルは、典型的にはノイズを低減させる効果を有しているが、上記複数のパネルを取り外し、上記したように不連続性をなくすことによってもノイズレベルは低減できる。
本発明の上述した目的及びその他の目的及び効果については、代表的な実施例と、その図面とをもってより詳細に説明を行う。
【図面の簡単な説明】
図１は、ターボファンエンジンの斜視図であり、その一部を切り欠いて、ファンブレード列を取り囲んでいる容体アッセンブリを示している。
図２は、上記容体アッセンブリと、それに隣接するファンブレードの側面断面図である。
発明の最良の実施態様
図１は、大型のターボファンエンジン１２を示しており、このターボファンエンジン１２は、ファンブレード列１４と、上記ファンブレード１４を取り囲んでいる容体アッセンブリ１６と、を有している。上記ファンブレード１４は、それぞれ一つの部分として上記ロータアセンブリ１８に取り付けられているとともに、上記エンジン１２の長手方向軸２２を中心として回転する。
上記容体アッセンブリ１６は、図２により良く示されているように、ケース２４と、重ね合わされた複数の織布２６と、周方向に互いに隣接した複数の音響パネル２８と、周方向に互いに隣接した複数のラブストリップ(rubstrip)３２と、流路面３４と、を有している。上記ケース２４は、概ね円筒形状を有していて、等グリッド構造剛性部分３６を有しており、この等グリッド構造剛性部分３６は、上記ファンブレード１４の前方と、後方と、に延びている。前方フランジ３８と、後方フランジ４２は、上記等グリッド構造剛性部分３６から延びている。上記ケース２４は、剛性構造体を形成しており、上記重ね合わされた織布２６を支持している。
上記重ね合わされた織布２６は、高強度材料から形成されており、上記ケース２４の回りに周方向にわたって張力下で織られている。上記重ね合わされた織布２６の例示的な材料としては、ＫＥＶＬＡＲを挙げることができる。上記重ね合わされた織布２６は、運転中に脱落してしまったブレードを保持するようになっている。
上記複数の音響パネル２８は、上記ファンブレード１４から上記ケースの下流側端にまで延びている。上記音響パネル２８は、上記ブレード１４の下流側の流路面形状を画成しているとともに、エンジンノイズを低減させるためにハニカム型材料から形成されている。上記複数のパネル２８は、上記ケース２４に互いに接着されていて、周方向に隣接した複数のパネル２８の間には接着による接合部がある。上記複数のパネル２８は、上記流路面３４となる孔の開いたシートによって覆われている。
複数のラブストリップ３２は、比較的弾性のある材料から形成されたセグメントが周方向に隣接したものである。上記ラブストリップ３２は、上記ファンブレード１４を、直外側の上記流路面３４に隣接させており、上記ファンブレード１４を迂回して流れる空気量を低減させている。上記ファンブレードの翼先端が、上記ラブストリップ３２に接触している場合には、上記ラブストリップ３２の弾性により、上記ファンブレードが損傷するリスクが排除でき、又は、最低限とできる。
上記ブレード列１４前部の上記流路面は、上記ケース２４の内周面４６を機械加工することによって形成されている。上記内周面４６は、機械加工されて、上記流路面４４にとって望ましい曲率とされる。上記ラブストリップ３２の前部領域は、典型的には曲率が最小となっているので、このための機械加工は、余分なコストをかけずに行うことができる。
上記ファンブレード１４の前部の上記流路面４４を上記ケース２４の上記内側面４６から形成する結果、この流路面４４は、軸方向と周方向に連続した均一体となっている。上記領域における構造的不連続性が無いので、上記エンジン１２による遠方へのノイズ発生メカニズムのうちの一つを取り去ることができる。このため、上記機械加工された流路面４４は、互いに隣接したパネル間の連結接合部を有する複数のセグメントによって画成される前部流路を有する従来の容体アッセンブリに比較して、ノイズレベルを低減させることができる。
本発明は、代表的な実施例をもって例示し、説明を行ってきたが、当業者によれば、種々の変更、除外、及び付加を本発明の趣旨及び範囲内において行うことができることは理解されよう。

Claims (4)

1. 長手方向軸を中心として回転するファンブレード列を有する航空エンジン用のファンブレード容体アッセンブリであって、このファンブレード容体アッセンブリは、前記ファンブレード列を径方向外側において周方向に取り囲んだケーシングを有し、前記ケーシングは内周を有しており、前記ファンブレード列の下流側において前記ケーシングの内周に少なくとも１つの音響パネルが取り付けられており、前記音響パネルが、前記ブレード列の下流側で流路面を画成しているとともに、前記ケーシングの内周の一部分が、前記ファンブレード列の前方の流路面を画成しており、この流路面は、周方向及び軸方向に継ぎ目なく均一となっていることを特徴とするファンブレード容体アッセンブリ。
2. 前記ケーシングは、等グリッド構造体から形成され、かつ、前記前方の流路面は、前記等グリッド構造体に機械加工されて形成されていることを特徴とする請求項１に記載のファンブレード容体アッセンブリ。
3. 前記ケーシングの外周を取り囲んだ重ね合わされた複数の織布を有し、かつ、前記重ね合わされた織布は、ファンブレードが前記ファンブレード列から脱落した場合でも、該ファンブレードが飛びださないようにするために備えられていることを特徴とする請求項１に記載のファンブレード容体アッセンブリ。
4. 長手軸を中心として回転可能なファンブレード列を有する航空エンジン用のファンブレード容体アッセンブリであって、このファンブレード容体アッセンブリは、ケーシングと、重なり合った複数の織布と、ラブストリップと、複数の音響パネルと、を有し、前記ケーシングは、前記ファンブレード列を径方向外側から周方向に取り囲むように配設された等グリッド構造体であり、前記重ね合わされた織布は、前記ケーシングの外周を取り囲んで延びているとともに、前記ファンブレード列からブレードが脱落した場合でも前記ブレードが飛び出さないようにすべく備えられており、前記ラブストリップは、前記ファンブレード列の径方向外側先端部に径方向に近接して配設され、かつ、前記ファンブレード列の軸方向前部から後部まで延びており、前記音響パネルは、前記ファンブレード列の下流側において、前記ケーシングの内周に取り付けられていて、前記航空機エンジンのノイズ水準を低減させるようになっており、前記ラブストリップより前方にある流路面は、前記ケーシングの内周によって画成されており、かつ、前記ラブストリップより前方の前記ケーシングの内周は、機械加工されていて、前記前方にある流路面は、周方向及び軸方向に継ぎ目のない均一体となっていることを特徴とするファンブレード容体アッセンブリ。

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