JP4058000B2 - 脆化された先端部を有するファンブレード - Google Patents

Description

本発明は、たとえば異物からの衝撃の下でのファンブレードの破損などによる、ロータの偶発的な不均衡の出現後、そのエンジンが低下したモードの運転で維持されるのに適している、航空機用のタービンエンジンに関する。

本発明は、より具体的には、シャフトによって駆動されるハブを有するファンを備え、このシャフトは、挿置されたデカップリング（ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ）装置を備えるベアリング支持部によってターボジェットの構造体と接続されている少なくとも１つのベアリングによって担持され、前記ハブが、複数のブレードをその周縁部で担持し、これらのブレードは、前記ブレードの先端部と保持ケーシングの内壁との間の径方向クリアランスＥを有して、保持ケーシングの内側で移動し、前記内壁が、回転するブレードの先端部によって削り取られるのに適した摩削可能な材料の層で覆われる航空機ターボジェットに関する。

従来技術が、ＦＲ ２７４９８８３によって示されている。この文献では、デカップリング装置が、破損可能な連接部によって構成され、ブレードの先端部とケーシングの内壁との間の径方向クリアランスＥは、ブレードの先端部と保持ケーシングとの摺擦が、発火のリスクに至ることがあり、ロータの共振モードを高速の回転へ移行させることがあるため、ブレードの先端部が確実に保持ケーシングに摺擦しないようにするために、少なくとも飛行条件下のターボエンジンの通常の回転速度に対して、および設定された損傷の程度に対して、ロータが、破損可能な要素が破損した後にベアリングによって回転中常にガイドされ、かつケーシングと接触しないことを確実にするために、十分大きいように画定されている。

摩削可能な材料が比較的厚いため、また、空気力学的な理由で、摩削可能な材料の内面が、ファンの空気取入セクションおよび排出セクションと一致するため、保持ケーシングの形状は比較的複雑であり、製造コストと、重量およびサイズの増加に至る。

本発明の目的は、デカップリング装置の動作のために必要なクリアランスが、摩削可能な材料の層の厚さよりも大きい、導入部で定義したようなターボジェットを提案することである。

本発明は、デカップリング装置の動作のために必要なクリアランスＪ＞Ｅを得るように、ブレードの先端部が、ベアリングが分離されることに至る不均衡の出現に続く衝撃の場合に、保持ケーシングの内壁によって分断されるのに適していることによって、その目的を達成する。

有利なことには、ブレードは、その先端部の近傍に、前記ブレードの先端部が保持ケーシングの摩削可能な材料を削り取ることを可能にするのに十分強く、前記ブレードの先端部と保持ケーシングの内壁との間の激しい接触の出現の際に破損するのに十分弱い、それぞれの弱いゾーンを有する。

したがって、デカップリング装置の動作のために必要なクリアランスは、保持ケーシングの摩削可能な材料の分断によってだけでなく、ファンのブレードのうちの少なくともいくつかの先端の分断によっても特に得られる。

摩削可能な材料の厚さを、このようにして大きく減少させ、それによって、保持ケーシングの形状を単純化し、その重量を減少させ、製造コストを減少させることができる。

不均衡のため、先端部は、損傷したブレードの反対側の領域内に位置するブレードで主として分断されることを留意すべきである。その結果、ブレード先端部の分断に続く不均衡が低減される。

有利なことには、弱いゾーンは、前記ブレードを構成する基材内に、各ブレードの１つの面に先端部と平行に形成された溝によって構成され、前記溝が、前記面に空気力学的連続性を提供するように樹脂で充填されている。

この樹脂で充填された溝の存在は、破損の場合、ブレードの重量を減少させることも可能にする。

溝の深さは、残りの壁が薄く、摩削可能な材料が削り取られることを可能にするのに十分強いが、ブレードの先端部が保持ケーシングの内壁に衝撃を与えた際に、破損するのに十分脆くなるように決定される。

溝は、好ましくは、ブレードの吸引側の面に形成される。

好ましくは、保持ケーシングの内壁が、実質上軸方向のリブを有し、ラスプ（ｒａｓｐ）を形成しており、それによって、不均衡の場合、および摩削可能な材料がブレードの先端部によって削り取られた後、前記ブレードの先端部の分断を容易にすることができる。このラスプはまた、摩削可能な材料を、より良好に保持するという利点を有する。

本発明のその他の利点および特徴は、一例として与えられ、添付の図面を参照にして行われた説明を読むことで明らかになるであろう。

図１および図２は、ダブルフローターボジェットのファンブレード１の径方向外側の部分であり、ブレードの先端部２が、ファンを包囲している保持ケーシング４の内壁３に近接している。

ブレード１の先端部２に対向して位置された内壁３の環状の円筒形部分５は、最初にファンが回転する場合、その内壁７がブレード１の先端部によって削り取られる摩削可能な材料の層６で覆われているが、それにもかかわらずこの内壁７は、保持ケーシング４の内壁３とほぼ一致したままである。

符号Ｅは、ブレード１の先端部２と保持ケーシング４の内壁５との間のクリアランスを示している。このクリアランスＥは、ターボジェットの正常運転中、摩削可能な材料の層６によって占有される。

摩削可能な材料の層６は、２つの重要な役割を行う。第１に、ターボジェットの正常運転中、すなわち、ファンの偶発的な不均衡がないとき、ブレード１の先端部２と摩削可能な材料の層６の内壁７との間の隙間は、削り効果によって得られるように、最小なままにされ、それによって、この隙間を通る漏出を回避し、このように、ファンの効率を低下させない。

層６の第２の目的は、ブレードの破損による偶発的な不均衡の出現後、低下したモードの運転を可能にし、それによって回転するファンの軸を、その本来の位置から距離Ｄだけ径方向に遠ざかるように移動させることである。この変位Ｄは、無傷のブレートの先端部２が、摩削可能な材料の層６を削り取ることに至る。

摩削可能な材料の厚さＥは、ブレード１に対する所定の量の損傷について計算された変位Ｄに応じて決定され、前記変位Ｄは、ファンのハブを駆動するシャフトを担持しているベアリング支持部の剛性に応じる。

図１に示したクリアランスＥは、図２に示したクリアランスＥよりもかなり小さいことがわかる。図１は、デカップリング装置のない従来のターボジェット、すなわち、シャフトベアリングがステータ構造に常に堅固に固定されているターボジェットに適用される。

反対に、図２は、デカップリング装置を備える、すなわちベアリング支持部が、たとえば、不均衡の出現の際に破損する破損可能な締結具を含むデカップリング装置を介して構造に接続され、それによってベアリングの剛性を減少させるターボジェットに関する。ファンの幾何学的軸は、そのとき、ファンの新しい回転軸から距離Ｄだけ変位し、前記距離Ｄは、デカップリング装置のないターボジェットで同じ理由で得られる対応する距離よりも大きい。このことが、ブレード１の先端部２とケーシング４の内壁５との間の径方向クリアランスＥが、図２に示した例では図１に示した例よりも大きい理由である。

本発明は、デカップリング装置を備えるターボジェットに関する。

図３から図７に示すように、本発明のデカップリング装置を備えるターボジェットのファンのブレード１の先端部が、ファンを包囲している保持ケーシング４の内壁３と近接している。ブレード１の先端部２と位置合わせして配置された内壁３の円筒形の環状部分５は、摩削可能な材料の層６で覆われ、この摩削可能な材料の層６の内壁７は、ファンの最初の回転でブレードの先端部２によって削り取られ、前記内壁７は、保持ケーシング４の内壁３とほぼ一致したままである。

図３を見ればわかるように、摩削可能な被覆の厚さＥは、デカップリング装置のない従来のターボジェットに適用される図１に示した厚さと実質上等しく、偶発的な不均衡の場合に、デカップリング装置が動作することを可能にするためには不十分である。

偶発的な不均衡の場合、ターボジェットの低下した運転のために必要であるクリアランスＪ＞Ｅを得るために、本発明は、一旦摩削可能な材料の層６が、ファン９のハブ８の駆動軸を担持しているベアリングをデカップリングさせる偶発的な不均衡の出現のために、完全に削り取られると、ケーシング４の内壁５によって分断されることが可能であるブレード１の先端部２を提供する。

この目的のために、また図５から図７に示すように、各ブレード１は、ブレードの吸引側の面１２に、その先端部２と平行に延びている溝１１を用いて作製された弱いゾーン１０を、その先端部２の近傍に呈する。この溝１１は、先端部２の近傍の吸引側の面１２に対する空気力学的連続性を確実にする樹脂１３で充填されている。溝１１は、前縁１４、圧力側の面１５、および後縁１６の傍の弱いゾーンの基材の残りの壁厚が、摩削可能な材料の層６を削り取ることが可能であるのに十分な強度であるが、ブレードの先端部２と保持ケーシング４の内壁５の間に衝撃が生じた場合に破損するのに十分弱いような深さまで、ブレード１の基材に作製されている。

図４に示すように、保持ケーシング４の内壁５は、ラスプを形成している複数の実質上軸方向のリブ１７を有し、それによって、一旦摩削可能な材料が完全に削り取られた後の不均衡の場合に、弱いゾーン１０をより容易に破損させる。

図３では、摩削可能な材料層６の厚さがＥで示され、ブレード先端部の分断によって得られクリアランスがＪで示されている。クリアランスＥは、好ましくはクリアランスＪの３分の１よりも小さい。

本発明によって、摩削可能な材料の厚さＥを比較的薄くすることができるため、保持ケーシングの形状は単純化され、その重量およびそのサイズが、ファンと合わせられる。

弱いゾーンが破損した後、樹脂１３がブレードから引き剥がされ、それによって、その先端部２が分断した場合、ブレード１の重量を減少させることが可能になる。

運転中、分断された先端部２は、偶発的な不均衡を生じさせる破損したブレードの反対側のハブ８に配置されたブレード１に属している。結果として、これらの先端部が分断された後、ファンの重心がその幾何学的な軸の方へ移動し、それによって不均衡を減少させる。

デカップリング装置のない、従来技術のターボジェットの保持ケーシング近傍のファンブレードの先端部を通る軸方向半断面図である。 デカップリング装置を有する、従来技術のターボジェットの保持ケーシング近傍のファンブレードの先端部を通る軸方向半断面図である。 本発明のターボジェット内のファンブレードの端部および保持ケーシングの隣接部分を示す図である。 図３の線ＩＶ−ＩＶの断面図である。 図７の線Ｖ−Ｖの本発明のブレードの端部を通る吸引側の横方向断面図である。 図５の線ＶＩ−ＶＩの軸方向断面図である。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩの断面での、ブレードの端部の弱いゾーンを通る円周方向断面図である。

Claims (6)

1. シャフトによって駆動されるハブ（８）を有するファン（９）を備える航空機ターボジェットであり、前記シャフトが、挿置されたデカップリング装置を備えるベアリング支持部によってターボジェットの構造体に接続されている少なくとも１つのベアリングによって担持され、前記ハブが、複数のブレード（１）を周縁部で担持し、前記複数のブレード（１）が、前記ブレード（１）の先端部（２）と保持ケーシング（４）の内壁（５）との間の径方向クリアランスＥを有して、保持ケーシング（４）の内側で移動し、前記内壁（５）が、回転するブレードの先端部によって削り取られるのに適した摩削可能な材料の層（６）で覆われる航空機ターボジェットであって、
   前記ブレード（１）の先端部（２）が、前記デカップリング装置の動作のために必要なクリアランスＪ＞Ｅを得るように、ベアリングがデカップリングされることに至る不均衡の出現に続く衝撃の場合に、前記保持ケーシング（４）の内壁（５）によって分断されるのに適していることを特徴とする航空機ターボジェット。
2. 前記ブレード（１）が、先端部（２）の近傍に、前記ブレード（１）の先端部（２）が前記保持ケーシング（４）の摩削可能な材料を削り取ることを可能にするのに十分強く、前記ブレード（１）の先端部（２）と前記保持ケーシング（４）の内壁（５）との間の激しい接触の出現の際に破損するのに十分弱い、それぞれの弱いゾーン（１０）を有することを特徴とする、請求項１に記載のターボジェット。
3. 前記弱いゾーン（１０）が、前記ブレードを構成する基材内に各ブレードの１つの面に先端部（２）と平行に形成された溝（１１）によって構成され、前記溝（１１）が、前記面に空気力学的連続性を提供するように樹脂（１３）で充填されていることを特徴とする、請求項２に記載のターボジェット。
4. 前記溝（１１）が、前記ブレード（１）の吸引側の面（１２）に形成されることを特徴とする、請求項３に記載のターボジェット。
5. 前記保持ケーシング（４）の内壁（５）が、不均衡の場合および摩削可能な材料が前記ブレードの先端部によって削り取られた後、前記ブレード（１）の先端部（２）の分断を容易にするように、実質上軸方向のリブ（１７）を呈することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のターボジェット。
6. 前記クリアランスＥが、前記クリアランスＪの３分の１よりも小さいことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のターボジェット。

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