JP4733296B2 - 航空機エンジン取付けシステムのためのリンク部品 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、航空機のエンジンに関し、より具体的には、エンジンを航空機に支持するためのマウントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機のエンジンは、翼、胴体、尾部のような、航空機の様々な位置に取付けられる。エンジンは、一般的に、その前方及び後方の両方の端部において、航空機にかかる様々な荷重を支えるための対応する前後方マウントにより、取付けられる。荷重には、概して、エンジンそれ自体の重量のような垂直方向の荷重、エンジンが発生させるスラストによる軸方向の荷重、風のバフェッティングによる荷重のような横方向の荷重、エンジンの回転作用による横揺れ荷重すなわちモーメントが含まれる。マウントはまた、支持構造に対するエンジンの軸方向及び半径方向の両方の熱膨張及び収縮に適応できなければならない。
【０００３】
エンジンマウントは、一般に、パイロンような、航空機構造に固定された取付けフレームと、エンジンを取付けフレームに結合する多数のリンクとを有する。用途によっては、結合リンクが比較的長く細い部品である必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
取付けシステムの細長い部品は、エンジン運転速度の１／回転数によって生じる振動数のようなエンジンの励振振動数に一致するか、あるいはきわめて近接する低位の共振振動数をもつものとなることがある。これらのモードは、エンジンの低圧または高圧ロータにおける回転不均衡のために生じた内在する振動によって、励振されることになる。取付けシステムは、減衰が弱い傾向をもつので、高振幅の振動応答が起こりがちである。高振幅の振動応答は、取付け部品の高周期疲労、継ぎ手磨耗及び／又は繰り返し衝撃による損傷を起こすものとなる。
【０００５】
エンジン製造業者は、一般的に、共振振動数の問題点を見つけるため、古臭い不均衡試験に依存している。残念ながら、振動数データを集めるために十分な時間にわたり高い不均衡作用を生み出すことが困難であるため、ロータのブレード破損のような高度のエンジン不均衡事象を実際的に試験することはできない。このことが、高いエンジン不均衡に対する許容性を有する取付けシステムの実現を困難な仕事としている。
【０００６】
現在では、取付けシステムは、部品の共振振動数がエンジンの励振振動数に近接しないように設計されている。このことは、一般的に、振動応答を最小限にするために、リンクのたわみ共振振動数を、エンジンの励振振動数から十分に離れた範囲まで上げるように、リンク部品の長さと直径の比を減少させることによって達成される。しかし、多くの場合、リンクの長さは他の設計条件によって定まるため、長さと直径の比を小さくすることは、一般的に、取付けリンクの体積を増大させる結果につながる。リンクの体積の増大は、取付けシステム全体の重量を増加させ、通常各部分に対して限られた大きさの空間のみが割り当てられているシステムにおける実装の問題に悪影響を及ぼす。もう一つの可能性のある方法は、リンクの共振を許容し、高周期疲労に耐えるようにリンクを設計することである。この方法は、リンクを設計する段階では、エンジンの励振に対するリンクの反応をほとんど知ることができないので、新設計にとっては大変困難なものになりうる。
【０００７】
従って、エンジンの励振振動数に近接しない共振振動数をもつように設計され、現在のリンクの重量と実装の問題を最小にするエンジン取付けシステムのためのリンク部品を備えることが望ましい。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上に述べた必要性は、エンジン取付けシステムのためのリンクを提供する本発明によって充足される。リンクは、一端に形成された第１コネクタと、別の一端に形成された第２コネクタとを有するスパン部を備えている。エンジン励振振動数から離れた値に共振振動数を定めるために、集中質量が、スパン部に配置されている。
【０００９】
本発明および、従来技術と比較しての本発明の利点は、以下の詳細な説明と、添付の特許請求の範囲とを、添付図を参照しながら読むことで、明らかとなるであろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明とみなされる主題は、本明細書の冒頭部において特に指摘され、明確に請求されている。しかし、本発明は、以下の説明を、添付図面とともに参照することで、最もよく理解できる。
【００１１】
図において一貫して、同一の参照番号が同じ要素を示しており、これら図面を参照すると、図１は、航空機の翼１４の下方に取付けられた縦方向すなわち軸線方向の中心線軸１２を備えるターボファン式ガスタービンエンジン１０を示している。翼１４は、パイロン１６を有し、エンジン１０は、前方マウント１８と、前方マウント１８から軸に沿って下流側に離れた位置にある後方マウント２０とを有する取付けシステムによって、パイロン１６に取付けられている。エンジン１０は、上部マウント取付によって取付けられるように示されているが、これは単に、図示の目的のためである。以下の説明から、本発明が、側部マウントや底部マウントを含むエンジン取付けのいかなる様式に使用されている取付けシステムの部品に対しても適用できることが理解できるであろう。従って、本発明は、翼に取付けるエンジンに限定されることなく、胴体や尾部に取付けられるエンジンに関しても用いることができる。さらに、本発明は、ターボファンエンジンに限定されず、ターボシャフトエンジンやターボプロップエンジンといった、他のタイプのエンジンに関しても用いることができる。
【００１２】
前方マウント１８は、ボルトのような通常の手段によってパイロン１６に固定されている取付けフレーム２２を有する。前部の取付けフレーム２２は、一つ又はより多くのリンク２４によってエンジン１０に結合されているが、その箇所でリンク２４の各々は、一端を前部の取付けフレーム２２に、別の一端をエンジンのファンケーシング２６に結合されている。後方マウント２０は、やはりボルトのような通常の手段によってパイロン１６に固定された取付けフレーム２８を有する。エンジン１０を後部の取付けフレーム２８に結合するために、一つ又はより多くのリンク３０が使用される。具体的に述べると、リンク３０の各々は、一端を後部の取付けフレーム２８に、別の一端をエンジンのコアエンジンケーシング３２又は他のエンジン固定構造体に結合されている。従って、エンジンの垂直方向、横方向および横揺れの荷重は、前部と後部の取付けリンク２４と３０を通して反作用的に受けられる。さらに、後方マウント２０は、エンジン１０が発生させるスラストに反作用を与えるための、少なくとも１つのスラストリンク３４を備えている。スラストリンク３４は、一端を後部取付けフレーム２８に、別の一端をエンジンのフロントフレーム３６のようなエンジンの固定構造体に結合されている。
【００１３】
次に、図２と図３を参照すると、スラストリンク３４が、より詳細に示されている。本発明の概念は、ここではスラストリンクへの適用として述べられるが、本発明がスラストリンクに限定されるものではないことに注意すべきである。実際、本発明は、数多くの取付けシステムの部品に適用することが可能で、共振振動数が、通常、エンジンの励振振動数に近接する、細長い形状をした、どんな部品についても有用である。
【００１４】
スラストリンク３４は細長いスパン部３８を有し、スパン部３８の両端にはコネクタ４０が形成されている。図２に示されているように、コネクタ４０の各々は、軸線方向に延びる１対の平行なアーム４２を備え、それぞれのアーム４２に穴４４が形成されたクレビスの形状である。従って、コネクタ４０は、穴４４と他の取付け構造に形成されている孔の両方を通るボルトやピン（図示されていない）によって、他の取付け構造体に結合することができる。コネクタ４０は、クレビス形状として示されてはいるが、スラストリンク３４の端部を取付けシステムの適切な構造体に結合することのできる、どんな様式の結合構造体であっても良い。
【００１５】
スパン部３８は、振動応答を最小にできるように、スラストリンク３４の共振振動数をエンジン励振振動数から離れた値に定めるため、一体に形成された拡大部すなわち集中質量４６を備えている。これを、ここでは、スラストリンク３４の「振動数設定」と呼ぶ。集中質量４６が備えられていることにより、リンクのこわさと質量の比が変わり、そのため、スラストリンク３４の共振振動数は、スパン部が均一な横断面を有する場合の共振振動数と異なるものとなる。このために、エンジン１０による励振は、最小にされるか、もしくは排除される。具体的に述べると、リンクの共振振動数をエンジンファンロータの最大回転速度とエンジンコアロータの最小回転速度の間の値まで下げるように、集中質量４６の重さと位置が選択される。
【００１６】
集中質量４６の重さと配置は、システム全体の分析により決定され、スラストリンク３４の全長といった数多くの要因に基づく、個々の用途に依存する。集中質量４６は、一般に、スパン部３８上の、２つのコネクタ間の何れかの箇所に配置される。集中質量４６は、一般に振動モードの波腹に配置するとより有効であるので、必ずしも必要ではないが、集中質量４６をそのような位置に配置することが好ましい。スラストリンク３４の重量と強度に対するインパクトを可能な限り小さくしながら、望ましい振動数設定を達成するために、集中質量４６の重量と配置が選択される。
【００１７】
本発明は、中実のリンクにも適用できるが、図３に最も良く示されているように、スラストリンク３４は、中空である。リンクが中空であることによって、取付けシステム全体の重量が小さくなり、中空の断面は、概して、座屈に対して抵抗がより高い。中空のリンクにおいては、スラストリンク３４の２つの空洞部を流体的に接続するために、集中質量４６に、軸線方向に延びているドレン孔４８が設けられる。このことにより、スラストリンク３４内部における流体のトラッピングを防ぐことができる。
【００１８】
次に、図４を参照すると、本発明の第２の実施形態が示されている。ここでは、スラストリンク１３４は細長いスパン部１３８を有し、スパン部１３８の両端に、コネクタ１４０が形成されている。本発明の第１の実施形態におけるように、コネクタ１４０の各々は、クレビスの形状をしており、軸線方向に延びる一対の平行なアーム１４２を備え、それぞれのアーム１４２に穴１４４が形成されている。従って、コネクタ１４０は、穴１４４と他の取付け構造体に形成されている孔の両方を通るボルトやピン（図示されていない）によって、他の取付け構造体に結合することができる。コネクタ１４０は、クレビス形状として示されているが、スラストリンク１３４の端部を取付けシステムの適切な構造体に結合することのできる、どんな様式の結合構造体であっても良い。
【００１９】
スラストリンク１３４の共振振動数をエンジンの励振振動数から離れた値に定めるために、別個のおもりの形式をとる集中質量１４６が、スパン部１３８に取付けられている。集中質量１４６は、２つの半部すなわちセグメントからなり、そのセグメントの一つが、図５に示されている。円筒形のリンクに対応して、セグメント５０は、凹状の面５４の輪郭を定めるＵ形の本体を有する。取付けフランジ５６が、セグメント本体５２の両端から外側へ直角に延びている。２つの穴５８が、適切な留め金具６０（図４）を受けるために、それぞれの取付けフランジ５６に形成されている。
【００２０】
従って、集中質量１４６は、２つのセグメント５０を、それに対応する、軸線方向に整合される取付けフランジとともに、スパン部１３８の直径方向相対向する位置にある両側面に配置することによって、スラストリンク１３４に取付けられる。凹状面５４は、各対の取付けフランジ５６の間にギャップができるように、スパン部１３８の面に嵌合する寸法に定められている。２つのセグメント５０は、留め金具６０によって固定されている。留め金具６０は、ナットやボルトのようなどんな留め金具でも良く、これを締めることにより、すきまが閉じられ、集中質量１４６をスラストリンク１３４の適所にしっかりとクランプするための締りばめが生じる。集中質量１４６をスラストリンク１３４に取付けるには、他の方法も可能であることに注意すべきである。
【００２１】
セグメント５０は、十分な強度と耐食性を備えている、どんな材料からも作ることができる。代表的には、スラストリンク１３４の材料と同じか又はより大きな密度を有する材料でできている。セグメントの材料はまた、リンクの材料との電池対に対し抵抗性を備えていなければならない。
【００２２】
別個の集中質量１４６は、第１の実施形態における一体に形成された集中質量とほぼ同じ原理で機能する。すなわち、集中質量１４６が取付けられることによって、スラストリンク１３４の共振振動数は、振動応答を最小にするために、エンジンの励振振動数から十分に離れた値へと転移する。上に述べた第１の実施形態におけると同様に、エンジンファンロータの最大回転速度とエンジンコアロータの最小回転速度の間の値までリンクの共振振動数を下げるように、かつ、重量効率の面においても同じ効果を上げるように、集中質量１４６の重量と配置が選択される。
【００２３】
ここまで、エンジンの励振振動数に近接していない共振振動数をもつエンジン取付けシステムのためのリンク部品について述べてきた。実際問題として、エンジン取付けシステムにおける振動数設定のために集中質量を用いることで、システム設計全体の柔軟性はより大きなものとなる。求められている通り、重量効率の面で、比較的細長いリンク部品を集中質量とともに用いることにより、エンジンの励振振動数から部品の共振振動数を離れた値に効果的に定めることができる。共振振動数が効果的に定められていない、従来のリンク部品は、応答振動数を矯正する集中質量を取付けることにより、改良することができる。
【００２４】
本発明のもう１つの好ましい特性は、集中質量の取付けによって共振振動数を「チューニング」できることである。分析による振動数予測は、しばしば予測し難い境界条件に敏感なので、この特性は、有用である。従って、予備分析を用いて、集中質量の初期の重量と配置に基づく振動数を予測することができる。このあとに、予備分析の試験を行い、集中質量の重量と配置のどちらか又は両方を変えて、共振振動数を「ファインチューニング」することができる。
【００２５】
設計者は、集中質量の重量と配置を組み合わせることで、良好な値に定められた他のモードにほとんど影響を与えることなく、望ましくない共振振動数のモードを柔軟に変えることができる。このことは、集中質量を振動モードの波腹上或いは波腹間に配置することにより、達成される。他の振動数を変えることなく、１つのモードの共振振動数の値を変えることは、エンジンの励振振動数から離れた値に全てのモードを維持するために、しばしば必要となるので、この方法は、好ましいものである。
【００２６】
本発明の実施の形態を詳細に述べてきたが、特許請求の範囲で規定されたような本発明の技術思想と技術的範囲から外れることなく、さまざまな改良を加えられることが、当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の取付けシステム部品を備えた航空機エンジンの側面図。
【図２】 図１の取付けシステムから取出したリンクの斜視図。
【図３】 図２のリンクの縦断面図。
【図４】 取付けシステムのリンクの別の実施形態の斜視図。
【図５】 図４のリンクから取出した集中質量のセグメントの斜視図。
【符号の説明】
３４ スラストリンク
３８ スパン部
４０ コネクタ
４２ アーム
４６、１４６ 集中質量
５０ セグメント
５２ セグメント本体
５４ 凹状の面
５６ 取付けフランジ
５８ 穴

Claims (8)

1. エンジンとエンジン取付けシステムとを備える航空機であって、
   前記エンジンは前記エンジン取付けシステムにより前記航空機に取り付けられており、
   前記エンジン取付けシステムはリンク（３４、１３４）を含み、該リンクは、
   スパン部（３８、１３８）と、
   前記スパン部（３８、１３８）の一端に形成され、前記エンジンに結合された第１コネクタ（４０、１４０）と、
   前記スパン部（３８、１３８）の別の一端に形成され、前記航空機に結合された第２コネクタ（４０、１４０）と、
   前記エンジン（１０）の励振振動数から離れた値に前記エンジン取付けシステムの共振振動数を定めるための、前記スパン部に配置された集中質量（４６、１４６）と、
   を含むことを特徴とする航空機。
2. 前記集中質量（４６、１４６）が、前記リンク（２４）の振動モードの波腹上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の航空機。
3. 前記集中質量（４６、１４６）が、前記スパン部（３８）に一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の航空機。
4. 前記集中質量（４６、１４６）が、その中にドレン孔（４８）を有することを特徴とする請求項３に記載の航空機。
5. 前記集中質量（４６、１４６）が、前記スパン部（３８）に取付けられた別個のおもりであることを特徴とする請求項１に記載の航空機。
6. 前記おもりが、前記スパン部（３８）の直径方向相対向する両側面に配置された第１および第２のセグメント（５０）からなることを特徴とする請求項５に記載の航空機。
7. 前記セグメント（５０）の各々が、上に二つの取付けフランジ（５６）が形成されているＵ形の本体（５２）を有することを特徴とする請求項６に記載の航空機。
8. 前記おもりが、前記スパン部（３８）の材料と少なくとも同じ密度の材料からできていることを特徴とする請求項５に記載の航空機。

Images