JP5370046B2 - 航空機エンジン用ファン - Google Patents

Description

本発明は、航空機エンジンにおけるエンジンケース内に空気を取り込む航空機エンジン用ファンに関する。

一般に、航空機エンジン用ファン（ファンロータ）は、航空機エンジンにおけるエンジンケース内に回転可能に設けられかつ外周面に複数の嵌合溝が形成されたファンディスクと、このファンディスクの各嵌合溝に嵌合して設けられたファンブレードとを具備している。また、航空機エンジン用ファンの運転中にファンブレード等に過大な振動が発生しないように、通常、航空機エンジン用ファンの組立時に、航空機エンジン用ファンの回転中心と重心を一致させるバランス修正を行っている。そして、航空機エンジン用ファンのバランス修正を行うために、航空機エンジンにおけるノーズコーンの後側近傍には、環状のフランジが設けられており、このフランジには、バランスウエイトを取付可能な複数のウエイト取付穴が形成されている（特許文献１参照）。

特開２００９−５２５４９号公報

ところで、航空機エンジン用ファンのバランス修正を適切かつ確実に行うには、バランス修正の修正半径（ウエイト取付穴の径方向の長さ）とバランスウエイトの重量によって決定されるバランス修正の修正モーメントを大きくして、航空機エンジン用のバランス修正範囲（バランス修正幅）を拡げる必要がある。一方、バランス修正の修正モーメントを大きくすると、バランス修正の修正半径が小さいこともあって、バランスウエイトの重量が増大して、航空機エンジンの軽量化を促進することが困難になる。

つまり、航空機エンジン用ファンのバランス修正を適切かつ確実に行うことを可能にした上で、航空機エンジンの軽量化を促進することは困難であるという問題がある。

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の航空機エンジン用ファンを提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴は、航空機エンジンにおけるエンジンケース内に空気を取り込む航空機エンジン用ファンにおいて、前記エンジンケース内に回転可能に設けられ、外周面に複数の嵌合溝が等間隔に形成されたファンディスクと、前記ファンディスクの各嵌合溝に嵌合して設けられたファンブレードと、を具備し、各ファンブレードは、強化繊維と樹脂との複合材料により構成されたブレード本体と、前記ブレード本体の基端側に一体形成され、空気の流路面を有し、前記複合材料により構成されたプラットホームと、前記プラットホームに一体形成され、前記複合材料により構成されたシャンクと、前記シャンクに一体形成され、前記複合材料により構成され、前記ファンディスクの前記嵌合溝に嵌合可能なダブテールと、前記ブレード本体の前縁の基端側から先端側に亘って一体的に設けられ、金属により構成され、前記ブレード本体を補強するシースとを備え、各ファンブレードにおける前記シースの先端側でかつ前記ブレード本体側の部位に、バランスウエイトを前記シースの表面に没入した状態で取付けるためのウエイト取付部が形成されていることを要旨とする。

第１の特徴によると、各ファンブレードにおける前記ブレード本体、前記プラットホーム、前記シャンク、及び前記ダブテールが前記複合材料により構成され、各ファンブレードにおける前記ブレード本体の前縁の基端側から先端側に亘って、金属により構成された前記シースが一体的に設けられているため、各ファンブレードの耐衝撃性を確保しつつ、チタン合金等の金属により構成されたファンブレード（金属製ファンブレード）の前縁の肉厚よりも、前記シースの先端側でかつ前記ブレード本体側の部位の肉厚を厚くすることができる。また、各ファンブレードにおける前記シースの先端側でかつ前記ブレード本体側の部位に前記ウエイト取付部が形成されているため、バランス修正の修正半径を長くすることができる。これにより、前記航空機エンジン用ファンの運転中（回転中）における前記ファンブレードの振動を抑えた上で、前記バランスウエイトの重量の低減を図りつつ、前記航空機エンジン用ファンの修正モーメントを大きくすることができる。

なお、バランス修正の修正半径とは、前記ウエイト取付部の径方向の長さのことであって、バランス修正の修正モーメントは、バランス修正の修正半径と前記バランスウエイトの重量とによって決定されるものである。

本発明の第２の特徴は、航空機エンジンにおけるエンジンケース内に空気を取り込む航空機エンジン用ファンにおいて、前記エンジンケース内に回転可能に設けられ、外周面に複数の嵌合溝が等間隔に形成されたファンディスクと、前記ファンディスクの各嵌合溝に嵌合して設けられたファンブレードと、を具備し、各ファンブレードは、強化繊維と樹脂との複合材料により構成されたブレード本体と、前記ブレード本体の基端側に一体形成され、空気の流路面を有し、前記複合材料により構成されたプラットホームと、前記プラットホームに一体形成され、前記複合材料により構成されたシャンクと、前記シャンクに一体形成され、前記複合材料により構成され、前記ファンディスクの前記嵌合溝に嵌合可能なダブテールと、前記ブレード本体の前縁の基端側から先端側に亘って一体的に設けられ、金属により構成され、前記ブレード本体を補強するシースと、前記ブレード本体の後縁の基端側から外縁の前端側に亘って一体的に設けられ、金属により構成され、前記ブレード本体を補強するガードとを備え、各ファンブレードにおける前記ガードの前端側でかつ前記ブレード本体側の部位に、バランスウエイトを前記ガードの表面に没入した状態で取付けるためのウエイト取付部が形成されていることを要旨とする。

第２の特徴によると、各ファンブレードにおける前記ブレード本体、前記プラットホーム、前記シャンク、及び前記ダブテールが前記複合材料により構成され、各ファンブレードにおける前記ブレード本体の前縁の基端側から先端側に亘って、金属により構成された前記シースが一体的に設けられ、各ファンブレードにおける前記ブレード本体の後縁の基端側から外縁の前端側に亘って、金属により構成された前記ガードが一体的に設けられているため、各ファンブレードの耐衝撃性を確保しつつ、金属製ファンブレードの前縁及び外縁の肉厚よりも、前記ガードの前端側でかつ前記ブレード本体側の部位の肉厚を厚くすることができる。また、各ファンブレードにおける前記ガードの前端側でかつ前記ブレード本体側の部位に前記ウエイト取付部が形成されているため、バランス修正の修正半径を長くすることができる。これにより、前記航空機エンジン用ファンの運転中（回転中）における前記ファンブレードの振動を抑えた上で、前記バランスウエイトの重量の低減を図りつつ、前記航空機エンジン用ファンの修正モーメントを大きくすることができる。

本発明の第３の特徴は、航空機エンジンにおけるエンジンケース内に空気を取り込む航空機エンジン用ファンに用いられるファンブレードにおいて、強化繊維と樹脂との複合材料により構成されたブレード本体と、前記ブレード本体の基端側に一体形成され、空気の流路面を有し、前記複合材料により構成されたプラットホームと、前記プラットホームに一体形成され、前記複合材料により構成されたシャンクと、前記シャンクに一体形成され、前記複合材料により構成され、前記ファンディスクの前記嵌合溝に嵌合可能なダブテールと、前記ブレード本体の前縁側に一体的に設けられ、金属により構成され、前記ブレード本体を補強するシースと、を具備し、前記シースの先端側に、バランスウエイトを取付可能なウエイト取付部又は切削によってバランス調整可能な余肉部が形成されていることを要旨とする。

第３の特徴によると、前記ブレード本体、前記プラットホーム、前記シャンク、及び前記ダブテールが前記複合材料により構成され、前記ブレード本体の前縁側に金属により構成された前記シースが一体的に設けられているため、前記ファンブレードの耐衝撃性を確保しつつ、チタン合金等の金属により構成されたファンブレード（金属製ファンブレード）の前縁の肉厚よりも、前記シースの先端側の肉厚を厚くすることができる。また、前記シースの先端側に前記ウエイト取付部又は前記余肉部が形成されているため、バランス修正の修正半径を長くすることができる。これにより、前記航空機エンジン用ファンの運転中（回転中）における前記ファンブレードの振動を抑えた上で、前記バランスウエイト又は前記余肉部の重量の低減を図りつつ、前記航空機エンジン用ファンの修正モーメントを大きくすることができる。

本発明の第４の特徴は、航空機エンジンにおけるエンジンケース内に空気を取り込む航空機エンジン用ファンに用いられるファンブレードにおいて、強化繊維と樹脂との複合材料により構成されたブレード本体と、前記ブレード本体の基端側に一体形成され、空気の流路面を有し、前記複合材料により構成されたプラットホームと、前記プラットホームに一体形成され、前記複合材料により構成されたシャンクと、前記シャンクに一体形成され、前記複合材料により構成され、前記ファンディスクの前記嵌合溝に嵌合可能なダブテールと、前記ブレード本体の前縁側に一体的に設けられ、金属により構成され、前記ブレード本体を補強するシースと、前記ブレード本体の後縁側から外縁側に亘って一体的に設けられ、金属により構成され、前記ブレード本体を補強するガードと、を具備し、前記シースの先端側又は前記ガードの先端側（前端側）に、バランスウエイトを取付可能なウエイト取付部又は切削によってバランス調整可能な余肉部が形成されていることを要旨とする。

第４の特徴によると、前記ブレード本体、前記プラットホーム、前記シャンク、及び前記ダブテールが前記複合材料により構成され、前記ブレード本体の前縁側に金属により構成された前記シースが一体的に設けられ、前記ブレード本体の後縁側から外縁側に亘って金属により構成された前記ガードが一体的に設けられているため、前記ファンブレードの耐衝撃性を確保しつつ、金属製ファンブレードの前縁及び外縁の肉厚よりも、前記シースの先端側及び前記ガードの先端側の肉厚を厚くすることができる。また、各ファンブレードにおける前記シースの先端側又は前記ガードの先端側に前記ウエイト取付部又は前記余肉部が形成されているため、バランス修正の修正半径を長くすることができる。これにより、前記航空機エンジン用ファンの運転中（回転中）における前記ファンブレードの振動を抑えた上で、前記バランスウエイト又は前記余肉部の重量の低減を図りつつ、前記航空機エンジン用ファンの修正モーメントを大きくすることができる。

本発明によれば、前記航空機エンジン用ファンの運転中における前記ファンブレードの振動を抑えた上で、前記バランスウエイトの重量の低減を図りつつ、前記航空機エンジン用ファンの修正モーメントを大きくすることができるため、前記航空機エンジン用ファンのバランス修正を適切かつ確実に行うことを可能にした上で、前記航空機エンジンの軽量化を促進することができる。

本発明の第１実施形態に係るファンブレードの斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るファンブレードの分解斜視図である。 図１における矢視部IIIの拡大図である。 本発明の第１実施形態に係るファンブレードの側面図である。 図５（ａ）は、図４におけるVA-VA線に沿った拡大断面図、図５（ｂ）は、図４におけるVB-VB線に沿った拡大断面図、図５（ｃ）は、図４におけるVC-VC線に沿った拡大断面図である。 本発明の第１実施形態に係るファンブレードの変形例を示す図である。 本発明の実施形態に係る航空機エンジンの前部の半断面図である。 本発明の第２実施形態に係るファンブレードの斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るファンブレードの分解斜視図である。 図８における矢視部Xの拡大図である。 図１０におけるXI-XI線に沿った断面図である。 本発明の第２実施形態に係るファンブレードの変形例を示す図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１から図７を参照して説明する。なお、図７中、「Ｆ」は、前方向、「Ｒ」は、後方向を指している。

図７に示すように、本発明の実施形態に係る航空機エンジン用ファン（ファンロータ）１は、筒状の第１エンジンケース３と筒状の第２エンジンケース５を同軸上に備えた航空機エンジンに用いられ、第１エンジンケース３の内側に形成された環状の主流路７（コア流路）及び第１エンジンケース３と第２エンジンケース５の間に形成された環状のバイパス流路９に空気を取り込むものである。そして、航空機エンジン用ファン１の具体的な構成は、次のようになる。

第１エンジンケース３の前部には、ファンディスク１１がベアリング１３を介して回転可能に設けられており、このファンディスク１１の外周面には、複数の嵌合溝１５が等間隔に形成されている。

ファンディスク１１の各嵌合溝１５には、ファンブレード１７が嵌合して設けられており、ファンディスクの各嵌合溝１５の底面（奥面）とファンブレード１７には、複数のスペーサ１９が設けられている。また、ファンディスク１１の前側には、複数のファンブレード１７を前方から保持する環状のフロントホルダ２１が一体的に設けられており、ファンディスク１１の後側には、複数のファンブレード１７を後方から保持する環状のリアホルダ２３が一体的に設けられている。なお、フロントホルダ２１は、空気を案内するノーズコーン２５に一体的に連結されており、リアホルダ２３は、航空機エンジン用ファン１の後方に配設された低圧圧縮機２７における低圧圧縮機ロータ２９に一体的に連結してある。

従って、航空機エンジンの稼働によりファンディスク１１を回転させると、複数のファンブレード１７をファンディスク１１と一体的に回転させて、主流路７内及びバイパス流路９内（換言すれば、第１エンジンケース３内及び第２エンジンケース５内）に空気を取り込むことができる。

続いて、本発明の第１実施形態に係るファンブレード１７の具体的な構成について説明する。

図１、図２、図４、及び図５（ｂ）（ｃ）に示すように、ファンブレード１７は、ブレード本体３１を備えており、このブレード本体３１は、炭素繊維等の強化繊維とエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂との複合材料により構成されている。また、ファンブレード１７の基端側には、プラットホーム３３が一体形成されており、このプラットホーム３３は、空気の流路面３３ｆを有してあって、前記複合材料により構成されている。

プラットホーム３３には、シャンク３５が一体形成されており、このシャンク３５は、前記複合材料により構成されている。また、シャンク３５には、ファンディスク１１の嵌合溝１５（図７参照）に嵌合可能なダブテール３７が一体形成されており、このダブテール３７は、前記複合材料により構成されている。

ブレード本体３１の前縁３１ａ側には、ブレード本体３１を補強するシース３９が一体的に設けられており、このシース３９は、チタン合金等の金属により構成されている。また、ブレード本体３１の後縁３１ｂ側から外縁３１ｃ側に亘って、ブレード本体３１を補強するガード４１が一体的に設けられており、このガード４１は、チタン合金等の金属により構成されている。

図３及び図５（ａ）に示すように、シース３９の先端側には、バランスウエイトとしての螺合関係にあるボルト４３とナット４５を取付可能な複数のウエイト取付部４７が形成されている。具体的には、シース３９の一側面（腹面）の先端側には、ボルト４３の先端部及びナット４５を収容可能な複数の第１窪み４９が形成されており、シース３９の他側面（背面）の先端側には、ボルト４３の頭部を収容可能な複数の第２窪み５１が形成されており、各第２窪み５１は、対応関係にある第１窪み４９に整合している。そして、対応関係にある第１窪み４９と第２窪み５１の境界部（中間部）には、ボルト４３を挿通可能な挿通孔５３が形成されている。

なお、シース３９の先端側に複数のウエイト取付部４７が形成される代わりに、図６に示すように、切削によってバランス調整可能な余肉部５５（図６中においてハッチングを施した部位）が形成されるようにしても構わない。

続いて、第１実施形態の作用及び効果について説明する。

各ファンブレード１７におけるブレード本体３１、プラットホーム３３、シャンク３５、及びダブテール３７が前記複合材料により構成され、各ファンブレード１７におけるブレード本体３１の前縁３１ａ側にチタン合金等の金属により構成されたシース３９が一体的に設けられ、各ファンブレード１７におけるブレード本体３１の後縁３１ｂ側から外縁３１ｃ側に亘ってチタン合金等の金属により構成されたガード４１が一体的に設けられているため、各ファンブレード１７の耐衝撃性を確保しつつ、チタン合金等の金属により構成されたファンブレード（金属製ファンブレード）の前縁の肉厚よりも、シース３９の先端側の肉厚を厚くすることができる。また、各ファンブレード１７におけるシース３９の先端側にウエイト取付部４７又は余肉部５５が形成されているため、バランス修正の修正半径を長くすることができる。これにより、航空機エンジン用ファンの運転中（回転中）におけるファンブレード１７の振動を抑えた上で、バランスウエイトとしてのボルト４３とナット４５、又は余肉部５５の重量の低減を図りつつ、航空機エンジン用ファン１の修正モーメントを大きくすることができる。

更に、各ファンブレード１７におけるシース３９の先端側にウエイト取付部４７又は余肉部５５が形成されているため、航空機エンジン用ファン１の前方からファンブレード１７のウエイト取付部４７又は余肉部５５に対するアクセスが容易になる。

従って、本発明の第１実施形態によれば、航空機エンジン用ファン１の運転中におけるファンブレード１７の振動を抑えた上で、前記バランスウエイト又は前記余肉部の重量の低減を図りつつ、航空機エンジン用ファン１の修正モーメントを大きくすることができるため、航空機エンジン用ファン１のバランス修正を適切かつ確実に行うことを可能にした上で、航空機エンジンの軽量化を促進することができる。

更に、航空機エンジン用ファン１の前方からファンブレード１７のウエイト取付部４７又は余肉部５５に対するアクセスが容易になるため、航空機エンジン用ファン１のバランス修正の作業が簡単になり、バランス修正の作業時間を短縮することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について図７から図１１を参照して説明する。

図７、図８、及び図９に示すように、第２実施形態に係るファンブレード５７は、第１実施形態に係るファンブレード１７と同様に、航空機エンジン用ファン１に用いられるものであって、炭素繊維等の強化繊維とエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂との複合材料により構成されたブレード本体３１と、前記複合材料により構成されたプラットホーム３３と、前記複合材料により構成されたシャンク３５と、前記複合材料により構成されたダブテール３７と、チタン合金等の金属により構成されたシース３９と、チタン合金等の金属により構成されたガード４１とを備えている。

そして、第１実施形態に係るファンブレード１７におけるシース３９の先端側（前端側）に複数のウエイト取付部４７又は余肉部５５が形成される代わりに、図１０及び図１１に示すように、第２実施形態に係るファンブレード５７におけるガード４１の先端側（前端側）に、バランスウエイトとしてのボルト５９を取付可能なウエイト取付部６１が形成されている。具体的には、ガード４１の先端側には、ボルト５９の頭部を収容可能な窪み６３が形成されており、この窪み６３の奥面には、ボルト５９と螺合可能なネジ穴６５が形成されている。

なお、ガード４１の先端側（前端側）にウエイト取付部６１が形成される代わりに、図１２に示すように、切削によってバランス調整可能な余肉部６７（図１２中においてハッチングを施した部位）が形成されるようにしても構わない。

続いて、第２実施形態の作用及び効果について説明する。

各ファンブレード５７におけるブレード本体３１、プラットホーム３３、シャンク３５、及びダブテール３７が前記複合材料により構成され、各ファンブレード５７におけるブレード本体３１の前縁３１ａ側にチタン合金等の金属により構成されたシース３９が一体的に設けられ、各ファンブレード５７におけるブレード本体３１の後縁３１ｂ側から外縁３１ｃ側に亘ってチタン合金等の金属により構成されたガード４１が一体的に設けられているため、各ファンブレード５７の耐衝撃性を確保しつつ、チタン合金等の金属により構成されたファンブレード（金属製ファンブレード）の前縁の肉厚よりも、ガード４１の先端側の肉厚を厚くすることができる。また、各ファンブレード５７におけるガード４１の先端側にウエイト取付部６１又は余肉部６７が形成されているため、バランス修正の修正半径を長くすることができる。これにより、航空機エンジン用ファンの運転中（回転中）におけるファンブレード５７の振動を抑えた上で、バランスウエイトとしてのボルト５９又は余肉部６７の重量の低減を図りつつ、航空機エンジン用ファン１の修正モーメントを大きくすることができる。

更に、各ファンブレード５７におけるガード４１の先端側にウエイト取付部６１又は余肉部６７が形成されているため、航空機エンジン用ファン１の前方からファンブレード１７のウエイト取付部６１又は余肉部６７に対するアクセスが容易になる。

従って、本発明の第２実施形態によれば、第１実施形態による効果と同様の効果を奏するものである。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、適宜の変更を行うことにより、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。

１ 航空機エンジン用ファン
３ 第１エンジンケース
５ 第２エンジンケース
７ 主流路（コア流路）
９ バイパス流路
１１ ファンディスク
１５ 嵌合溝
１７ ファンブレード
３１ ブレード本体
３１ａ 前縁
３１ｂ 後縁
３１ｃ 外縁
３３ プラットホーム
３３ｆ 流路面
３５ シャンク
３７ ダブテール
３９ シース
４１ ガード
４３ ボルト
４５ ナット
４７ ウエイト取付部
４９ 第１窪み
５１ 第２窪み
５３ 挿通孔
５５ 余肉部
５７ ファンブレード
５９ ボルト
６１ ウエイト取付部
６３ 窪み
６５ ネジ穴
６７ 余肉部

Claims (2)

1. 航空機エンジンにおけるエンジンケース内に空気を取り込む航空機エンジン用ファンにおいて、
   前記エンジンケース内に回転可能に設けられ、外周面に複数の嵌合溝が等間隔に形成されたファンディスクと、
   前記ファンディスクの各嵌合溝に嵌合して設けられたファンブレードと、を具備し、
   各ファンブレードは、
   強化繊維と樹脂との複合材料により構成されたブレード本体と、
   前記ブレード本体の基端側に一体形成され、空気の流路面を有し、前記複合材料により構成されたプラットホームと、
   前記プラットホームに一体形成され、前記複合材料により構成されたシャンクと、
   前記シャンクに一体形成され、前記複合材料により構成され、前記ファンディスクの前記嵌合溝に嵌合可能なダブテールと、
   前記ブレード本体の前縁の基端側から先端側に亘って一体的に設けられ、金属により構成され、前記ブレード本体を補強するシースとを備え、
   各ファンブレードにおける前記シースの先端側でかつ前記ブレード本体側の部位に、バランスウエイトを前記シースの表面に没入した状態で取付けるためのウエイト取付部が形成されていることを特徴とする航空機エンジン用ファン。
2. 航空機エンジンにおけるエンジンケース内に空気を取り込む航空機エンジン用ファンにおいて、
   前記エンジンケース内に回転可能に設けられ、外周面に複数の嵌合溝が等間隔に形成されたファンディスクと、
   前記ファンディスクの各嵌合溝に嵌合して設けられたファンブレードと、を具備し、
   各ファンブレードは、
   強化繊維と樹脂との複合材料により構成されたブレード本体と、
   前記ブレード本体の基端側に一体形成され、空気の流路面を有し、前記複合材料により構成されたプラットホームと、
   前記プラットホームに一体形成され、前記複合材料により構成されたシャンクと、
   前記シャンクに一体形成され、前記複合材料により構成され、前記ファンディスクの前記嵌合溝に嵌合可能なダブテールと、
   前記ブレード本体の前縁の基端側から先端側に亘って一体的に設けられ、金属により構成され、前記ブレード本体を補強するシースと、
   前記ブレード本体の後縁の基端側から外縁の前端側に亘って一体的に設けられ、金属により構成され、前記ブレード本体を補強するガードとを備え、
   各ファンブレードにおける前記ガードの前端側でかつ前記ブレード本体側の部位に、バランスウエイトを前記ガードの表面に没入した状態で取付けるためのウエイト取付部が形成されていることを特徴とする航空機エンジン用ファン。

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