JP5632492B2 - ターボファンエンジン、ターボファンエンジンの運転方法、およびターボファンエンジンファンケース - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンエンジンに関する。特に、本発明はファン先端部の間隙の調節に関する。

ターボファンエンジンでは、ファン材料とファンケース材料との違いが熱的に誘導される摩擦の一因となる。タービンエンジンファンおよびそれらのケースは運転期間に亘り熱膨張差を経験する。例えば、地上では大気温度の通常範囲に曝される（例えば、一例の周囲温度が２１°Ｃでは２０Ｃ°〜４０°Ｃ）。一方、飛行中では、一般的に温度は低下する。エンジンのその他の部分は熱に曝されるのに対し、ファンおよびファンケースの温度は一般に飛行高度により低下する（例えば、一例では−６０°Ｃ〜−４５°Ｃ）。一例の地上から飛行高度までの温度低下は、５０°Ｃを上回り、より厳密には、６０〜８０°Ｃ、または一例では７０°Ｃである。

例示の金属ファンおよび非金属のファンケース（またはその構造部）では、温度の低下によりファンケースよりもファンの直径を減少させる（ファンが、ファンケースの構造部よりも高い熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するため）。ファンケースの内側面が構造ケースとともに径方向に移動するとき、ファンブレード先端部とファンケースとの間の隙間が増大し、それにより潜在的に性能に欠陥を生じさせる。

本発明の一態様は、ファンブレードの周方向の列を有するファンを備えたターボファンエンジンを含む。ファンケースがファンを包囲する（取り囲む）。少なくとも一つの圧縮機セクションと、燃焼器と、少なくとも一つのタービンセクションと、を有する。ファンケースは、複合構造部材と、その複合構造部材に取り囲まれた金属部材と、を備える。金属部材が、ブレードに近接して異なる熱膨張（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）を可能にするように、複合構造部材に取り付けられる。

さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、複合構造部材が有機マトリックス複合材料を備える。さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、アブレイダブルライナが金属部材によって支持される。さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、アブレイダブルライナは非金属であり、金属ハニカムがアブレイダブルライナと金属部材との間に径方向に配置される。さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、金属部材上に複数の径方向外側に開口したチャネルを有する。さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、複数の径方向内側に突出した部材がチャネルに収容される。さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、径方向外側に開口したチャネルの各々が、互いに周方向に反対側を向いて外側に突出した足部と、径方向外側に突出した脚部と、を有する一対のＬ字断面の金属ブラケットによって形成され、または、径方向内側に突出した部材の各々が、径方向内側突出部と、それぞれ径方向内側突出部の周方向両側に取り付けられるとともに関連するチャネルの対応する側と接触または向かい合うように取り付けられた少なくとも一対の摩耗パッドと、を備え、または、４個〜１０個の前記チャネルを備え、または、金属部材の後方の複合構造部材の一部が取付けリングに固定され、または、金属部材の後方の複合構造部材の一部がガイドベーンリングを取り囲むとともにこれに取り付けられる、特徴のうち少なくとも一つを備える。

さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、金属部材が、その金属部材の前方部分によって取り囲まれた、内径ライナを有する第１のハニカムと、第１のハニカムの後方の金属部材によって取り囲まれた第２のハニカムと、第２のハニカムによって取り囲まれた摩耗ストリップと、を備えたカートリッジ内にある。

さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、第１のハニカムが金属ハニカムを備え、第２のハニカムが内径アルミニウム合金隔壁を有するアルミニウム合金ハニカムを備え、摩耗ストリップが、エポキシが充填されたアラミド繊維ハニカムを備えるとともに、それぞれ後方に向かって径方向に収束する内径面および外径面を有する。

さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、金属部材の熱膨張は、後端に比較して前端において拘束される。

本発明の別の態様は、エンジンの運転方法を含む。ゼロ（回転）速度、ファンケース初期温度、および初期高度の初期状態からエンジンが加速される。ゼロ以外の巡航速度、ファンケース初期温度を下回るファンケース巡航温度、および初期高度を上回る巡航高度の巡航状態へとエンジンが飛行する。エンジンが初期状態から巡航状態へと進むに従い、熱膨張差により、複合構造部材に比較して金属部材を径方向に収縮させる（例えば、局所的な径方向間隔を広げる）。

さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、ゼロ速度、ファンケース初期温度、および初期高度の初期状態からエンジンを加速させ、ゼロ以外の巡航速度、ファンケース初期温度を下回るファンケース巡航温度、および初期高度を上回る巡航高度の巡航状態へとエンジンを飛行させ、エンジンが初期状態から巡航状態へと進むに従い、熱膨張差により、複合構造部材に比較して金属部材を径方向に収縮させる。

さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、相対的な径方向収縮が金属部材の前端に近接して機械的に阻止される。

さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、相対的な径方向収縮は、初期状態においては、少なくとも０．３ｍｍ、またはファン先端半径の少なくとも０．０５％のうちの一方または両方である。

本発明の別の態様は、複合構造部材と、その複合構造部材に取り囲まれ、かつ、少なくとも局所的に該複合構造部材と異なる熱膨張を可能にするように該複合構造部材に取付けられた金属部材と、を備えたターボファンエンジンケースを含む。

さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、複合構造部材が有機マトリックス複合材料を備える。

本発明の一態様は、金属部材を備えたターボファンエンジンファンケースカートリッジを含む。第１のハニカムが内径（ＩＤ）ライナを有するとともに金属部材の前方部分によって取り囲まれる。第２のハニカムが第１のハニカムの後方の金属部材によって取り囲まれる。摩耗ストリップが第２のハニカムによって取り囲まれる。

さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、金属部材が径方向に階段状にされる。さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、第２のハニカムの外側面は金属部材の径方向階段状部分に対応するように階段状にされる。さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、金属部材は、外径（ＯＤ）表面に沿って、ファン格納ケースと係合するための取付け手段を支持する。さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、取付け手段はファン格納ケースの相補部材を収容するためのチャネルを形成する。さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、取付け手段は、こうしたチャネルをその脚部の間に画定する一対のＬ字断面のブラケットを備える。

本発明の一態様は、ターボファンエンジンファンケースカートリッジの製造方法を含む。その方法は、金属外側部材とライナとの組合せを固定具内で組み立てることを備える。複数のブラケットが固定具の側壁の開口部を通して挿入される。ブラケットは金属外側部材に固定される。

さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、ライナが外側部材に接着される。さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、その接着法が、真空バッグオートクレーブボンディングを備える。さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、固定具が軸方向分割部（例えば、単一の軸方向分割部）を有する金型を備える。さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、金型はその固定後に基部から取り外される。さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、組み立てられたカートリッジの取り外しを可能にするように分割部が開放される。さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、ライナの、金属外側部材への組立ては、金型内で行われる。

本発明の別の態様は、ターボファンケースカートリッジの製造用の固定具を含む。固定具は、基部と、その基部から上方に延在するとともに中央長手方向軸を画定する、取付け状態を有する金型と、を備える。金型は、複数の開口部を有する側壁を備える。キャプチャプレートが金型の上部において径方向内側に延在しており、基部とそのキャプチャプレートとの間でカートリッジを保持するための環状軸方向コンパートメントを画定する。

さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、金型は分割部を有する（例えば、周方向に広がって開くようにするための単一の分割部）。さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、複数の部材が、その開口部の各々を第１および第２の周方向部に分割する。さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、金型の内側面が階段状にされる。さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、基部は環状である。

本発明の一態様は、ファンブレードの周方向の列を有するファンを備えたターボファンエンジンを含む。ファンケースがファンを包囲する（取り囲む）。少なくとも一つの圧縮機セクションと、燃焼器と、少なくとも一つのタービンセクションと、を有する。ファンケースは、複合構造部材と、金属部材と、を備える。ライナアセンブリが複合構造部材に取り付けられるとともに、前方部分と、後方部分と、を有する。前方部分は、その後端に比較して相対的に径方向に拘束された前端を有する。

さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、その前方部分の前端は、後方部分の後端に比較して相対的に径方向に拘束される。さらに、または前述の実施例のいずれかの代替実施例では、初期状態から巡航状態へと運転されるとき、熱膨張差により、複合構造部材に関して前方部分を径方向に収縮させるのに比べ、複合構造部材に関して後方部分を径方向により大きく収縮させる。初期状態は、ゼロ速度、ファンケース初期温度、および初期高度であるのに対し、巡航状態は、ゼロ以外の巡航速度、ファンケース初期温度を下回るファンケース巡航温度、および初期高度を上回る巡航高度を有する。

一つ以上の実施例の詳細を添付の図面および以下の説明に記載する。その他の特徴、対象、および利点が説明、図面、および請求の範囲から明らかとなるであろう。

ターボファンエンジンの部分的な軸方向の部分断面／切断図。 ファン格納ケースおよびライナアセンブリの図。 図２のアセンブリの横方向正面図。 図２のアセンブリの上部軸方向断面図。 図４のアセンブリの前方ライナカートリッジ領域の中央部分の拡大図。 図４のアセンブリの前方ライナカートリッジ領域の後方部分の拡大図。 図４のアセンブリの前方ライナカートリッジ領域の前方部分の拡大図。 図４Ｂの線５−５に沿って切断した、図４のアセンブリの第１の取付けサブアセンブリの第１の横断面図。 図４Ｂの線６−６に沿って切断した、第１の取付けサブアセンブリの第２の横断面図。 第２の／代替的な取付けサブアセンブリの横断面図。 図４のアセンブリの前方カートリッジライナサブアセンブリの図。 カートリッジサブアセンブリに沿った径方向閉路対軸方向位置のプロット図。 カートリッジ製造用の固定具の図。 カートリッジが所定の位置に配置された、図１０の固定具の図。 図１１の固定具の第２の図。 図１２の固定具の窓部領域の拡大図。 線１３−１３に沿って切断した、図１２の固定具の部分的な軸方向断面図。 線１４−１４に沿って切断した、図１２の固定具の部分的な長手方向断面図。 図１２Ａの線１５−１５に沿って切断した、図１２の固定具の窓部領域の部分的な横断面図。 図７の取付けアセンブリの摩耗ブロックアセンブリの図。

図１は中心線すなわち中央長手方向軸５００を有するターボファンエンジン２０を示す。エンジンは、その前端／上流側端部にファン２２を含む。ファン２２はファンブレード２４の周方向の列を有する。一例のブレード２４は、それぞれ近位端２８から遠位端すなわち先端部３０へと延在するエーロフォイル２６を有する。各ブレードエーロフォイルは前縁３２から後縁３４へと延在するとともに、正圧側３６および負圧側３８を有する。各ブレードは、エーロフォイルの内側に、ファンハブ４４の相補特徴部（例えば、スロット）４２に取り付けられた取り付け根元部４０を含む。ブレード先端部３０は、ファンケース４８の内部表面／内側面４６に向かい合って極めて近接する。一例のファンケース４８はエアロダイナミックファンナセル５０内にある。ナセル５０は上流側端部／リム５２から下流側端部／リム５４へと延在する。

ファンの下流側には、コア流路６０に沿って順番に、一つ以上の圧縮機セクション６２，６４と、燃焼器セクション６６と、一つ以上のタービンセクション６８，７０と、がある。一例のエンジンには、２つの圧縮機セクションと、２つのタービンセクションと、がある。低圧圧縮機セクション６２が、シャフト７２を介して低圧タービンセクション７０に連結される。同様に、高圧圧縮機セクション６４が、シャフト７４を介して高圧タービンセクション６８に連結される。各タービンセクションによって駆動された圧縮機セクションが、順次に、ファンから受け入れた空気のコア流を圧縮し、圧縮空気が燃料と混合される燃焼器へと供給され、燃焼されて、高圧燃焼ガスを発生させる。これらのガスは順次にタービンセクション内で膨張され、次いで圧縮機セクションを駆動する。圧縮機セクションおよびタービンセクションの各々は、ベーンの段が組み入れられた一つ以上のブレードの段を含む。ファンは、タービンセクションの一つによって直接または間接的に駆動される。例えば、ファンが中心線を中心としてシャフト７２よりも低速で回転するように、ファンがトランスミッションによりシャフトに連結されてもよい。

コア流路がエンジンケース８０を通流する。エンジンケースはエアロダイナミックナセル８２内にある。ベアリングシステムがシャフトおよびファンを、中心線５００を中心として回転させるように、エンジンケースに対して支持する。ストラット８４の周方向の列がファンケースをエンジンケースに対して配置する。一例のストラット８４はファンの後部／下流側にあり、コア流路の外側のバイパス流路８６に亘って延在する。

エンジンを航空機に配置するように、パイロン９０が航空機機体または翼に取り付けられた近位端（図示せず）を有する。パイロンの遠位端はエンジンに取り付けられる。一例の取り付けはファンケースおよびエンジンケースの両方への連結部を含む。

ファンブレードはファンの回転に関連した慣性力（遠心荷重）に起因する径方向膨張を受ける。ファンブレードはまた、ファンブレードの材料特性に影響される熱膨張（例えば、熱膨張係数（ＣＴＥ））を受ける。ファンケースもまた、熱膨張を受ける。運転中、ファンブレードの先端部と、隣接するファンケースの内側表面部分との間には通常、間隙または隙間が存在する。一方では、エンジン効率を維持するようにこの間隙を小さく維持することが望ましい。他方では、摩擦を生じさせるほど十分にこの間隙が近接するのを防ぐことが概ね望ましい。

図２はファンケースの更なる詳細を示す。ファンケースは、格納ケース１００を備えた構造部材／ケースを含む。一例の格納ケースは複合材（例えば、炭素繊維およびエポキシ樹脂）として形成される。一例の格納ケースは完全に円周／フープ状の構造体である。一例の格納ケースは上流リム／端部１０２から下流リム／端部１０４へと延在する。格納ケース１００は内部表面／内側面１０６（図４）と、外部表面／外側面１０８と、を有する。

上流端部１０２に近接して、格納ケースは径方向外側に突出したフランジ１１０（前方部または「Ａ−フランジ」）を有する。ファンケースは格納ケースの下流端部に取り付けられるとともにこれを取り囲む取付けリング構造体１２０をさらに含む。取付けリング構造体は金属（例えば、チタンまたはアルミニウム）で形成され、（例えば、取付け突起１２４を介して）パイロンの前方エンジン部分に取り付けるためのＵリンクまたはその他の取付け構造１２２を有する。上流から下流に向かって、構造体が内側面１０６に取り付けられてファンケースを通る空気流路の外側境界部を局所的に画定する。以下に詳述するように、これらの構造体の幾つかは予め組み立てられた自己完結型の交換可能カートリッジの部品である。上流端部１０２に近接するのが、前方アコースティックライナ１３０である。これはハニカム形状を成す（例えば、アルミニウムライナ１３４を有するポットハニカム１３２（例えば、アルミニウム合金））。

前方アコースティックライナ１３０の下流／後方がアブレイダブルライナアセンブリ１４０である。ライナアセンブリ１４０（図４Ｂ）は、ファンブレード先端部に向かい合って極めて近接する内側面１５２を有するアブレイダブル摩擦材料１５０（例えば、エポキシをアラミドハニカムに充填した）を含む。アブレイダブル摩擦材料１５０の（径方向）外側面がアルミニウム（アルミニウム合金）隔壁１５６の内側面に取り付けられる。一例のアルミニウム隔壁１５６は本質的に完全な環形である（一体成形体として、または剛性接着されたセグメントとして、連続的な）。アルミニウム隔壁１５６は楔形のハニカム１６０の内側ライナを形成する。一例の実施例では、隔壁１５６およびハニカム１６０は周方向にセグメント化されている。別の実施例では、その一方または両方が連続している。ハニカム１６０の外側境界線に沿って、周方向に連続したアルミニウム合金ライナ／層１７０を支持する。一例のライナ１７０は以下に詳述するように交換可能カートリッジの一体化外側構造を形成する。ハニカム１６０は、その径方向の径間すなわち厚さが上流から下流へと増大して内側面１５２の局所的な収束をもたらす点で楔形である。

アブレイダブル摩擦材料１５０は前縁／リム１５４から後縁／リム１５５へと延在する。ハニカム１６０は前縁／リム１６１から後縁／リム１６２へと延在する。一実施例では、それらはアブレイダブル摩擦材料１５０および隔壁１５６の対応する端部と軸方向に揃えられる。一例のライナ１７０は前方／上流端部／リム１７１から後方／下流端部／リム１７２へと延在する。上流から下流にかけて、一例のライナ１７０は環状肩部１７６，１７７によって分割された３つの段階的に径方向内側に互い違いのセクション１７３，１７４，１７５を有する。上流セクション１７３は、上流端部／リム１７１がハニカム１３２の上流端部／リムと軸方向に揃えられた状態で、ハニカム１３２の外側（径方向外側）面に沿う。この上流セクション１７３は、径方向ダンパ１７８，１７９（図４Ｃ）を介して格納ケースの内側面１０６に対して配置される。一例の径方向ダンパはシリコーンゴムまたはその他の適切な制振材から構成される。それらはライナ１７０の外側面に接着接合されうる（例えば、カートリッジの設置前に）。一例のダンパは完全な環形でもその軸方向配置においてセグメント化されたものでもよく、周方向範囲は、周波数応答の必要条件に基づいてカートリッジに見られる固有振動数モードを壊すように調節される。カートリッジが十分な剛性を有する場合、こうしたダンパは必要ない。

カートリッジの前方部分（例えば、前方アコースティックライナ１３０の前方部分）を長手方向および径方向に保持するように、外側部分を有するフランジ構造体が設けられ（例えば、周方向にセグメント化されたキャプチャプレート１３６の組合せを介して）、その後面がフランジ１１０の前方面に対して固定される（例えば、ボルト等の締結具を介して）。一例のキャプチャプレート１３６は外側（外径またはＯＤ）周縁部から内側（内径またはＩＤ）周縁部へと延在する。フランジは、径方向外側に延在する脚部１３８および後方／下流に延在する足部１３９を有する、概ねＬ字状のセクションを有するクローズアウトプレート１３７を軸方向にさらに含む（スリーブ構造を形成する）。クローズアウトプレートは同様に周方向にセグメント化され、脚部１３８の外側部はキャプチャプレートの内側部に固定されうる（例えば、接着およびリベット締めを介して）。足部の外側面が前方ライナ（例えば、ライナ１３４）の内側面の前方部を捉える。

また、楔形のハニカム１６０およびアブレイダブル摩擦材料１５０と本質的に長手方向に同一の広がりを有する、衝撃ライナ１８０（例えば、アラミド繊維）が設けられるとともに、その外側面が格納ケースの内側面１０６に沿って取り付けられる。例示の衝撃ライナは複数のアラミド層およびエポキシ樹脂を備える。これは複合格納ケースとともにプレキュアおよび二次的に接着され、または共硬化（ｃｏ−ｃｕｒｅｄ）されてもよい。回転防止特徴部（以下に詳述する）を、このライナの内側面に接着してもよく、またはその前方または後方で直接ファンケースに接着してもよい。楔形ハニカム１６０、アブレイダブル摩擦材料１５０および衝撃ライナ１８０の下流／後方が、（例えば、耐衝撃性流路ライナ（例えば、アラミド繊維）を有するアルミニウムハニカムで形成された）アイスインパクトライナ１８２である。アイスインパクトライナ１８２の下流が、（例えば、アルミニウムまたはアラミド繊維の）アルミニウムハニカムおよび内側／内径ライナを含むアコースティックライナ（アセンブリ）１８６である。アコースティックライナアセンブリ１８６の下流では、ガイドベーン（すなわち、８４）リングが格納ケースの下流部と取付けリング１２０とに取り付けられる。再循環シール／ダンパ１８７が、（例えば、空気の平滑性およびカートリッジの軸方向（および任意選択的に径方向）の減衰運動の維持に役立つように）アイスインパクトライナ１８２と楔形ハニカムとの間に軸方向に配置される。

径方向に適合／対応した取付け機構が、摩耗アセンブリ１９２および収容部材１９４のセット１９０の周方向の列を備える。各摩耗アセンブリは関連する前記の収容部材に収容される。例示の摩耗アセンブリは衝撃ライナの内側／内径面に取り付けられる。例示の収容部材はリング１７０の外側／外径面に取り付けられる。例示の実施例では、これは下流セクション１７５に沿っている。各収容部材が関連する摩耗アセンブリを収容するコンパートメントを形成する。例示の収容部材は一対の長手方向に延在するＬ字断面のブラケット２００，２０２（図６）によって形成される。各ブラケットは（断面から見たとき）脚部２０４と、足部２０６と、を有する。例示の一対の足部２０６は、一対の脚部の間に形成されるチャネル２０８から周方向に反対側を向いて外側を指す。例示の足部の底面がライナ１７０の外側／外径面に取り付けられる（例えば、熱硬化性接着剤（例えば、エポキシ）および／または機械的締結具（例えば、リベット）を介して）。

例示の摩耗アセンブリ（その第１実施例が図５，６に見られるとともに、第２実施例が図７，１６に見られる）が、摩耗パッドが取り付けられた構造コア（ブロック）２１０（例えば、機械加工されたアルミニウム（合金）またはその他の金属）を備える。例示の各ブロックは一例では２対で４個の摩耗パッドを有する。例示のブロックは衝撃ライナ１８０の内側面に取り付けられた外側面２１２を備える（例えば、熱硬化性接着剤（例えば、エポキシ）を介して）。その周方向側面２１４，２１６の各々に沿って、一例のブロックが前方摩耗パッドと、後方摩耗パッドと、を含む。例示の各磨耗パッド２２０は、長手方向に細長く（例えば角に丸みを持たせた矩形のプラットフォーム）、耐久性がある低摩擦の材料（例えば、ＰＴＦＥなどの非金属の材料）の本体を備える。例示の摩擦パッドは、接着剤または機械的締結具を介してブロックに固定される。例示の締結具は、対応するコンパートメント内の、摩耗パッドの周方向外側面から延在する頭部と、ブロック２１０の壁体を通して周方向内側に延在する脚軸部と、を有する一対のリベット２３０を備える。図１６は、（例えば、ファンケースアセンブリデータムを用いた工作機械（図示せず）を介した組立て／接合時に）ファンケースに対してブロックを周方向および軸方向に配置するための、ブロック２１０の周方向外径（ＯＤ）ウェブ２３４内のアライメント穴２３２を更に示す。図１６は、本質的にブロックに沿った全長の各摩耗パッドを示す。別の実施例は、より短い摩耗パッドセグメントを含む（例えば、片側につき２，３個のセグメントすなわち分割された摩耗パッド）。

例示のセット１９０の数は４〜１０個であり、より狭い範囲では、５〜８個、例示では７個を示す。各ブロック２１０は、通常状態では、ライナ１７０（またはチャネルの基部を形成するその他のコンポーネント）の隣接する外側／外径面から径方向に離間された内側端部２４０を有する。例示のペアの摩耗パッドは、概ね平坦かつ互いに平行な周方向外側面を有し、それらの周方向外側面は、各ブラケット２００，２０２の脚部２０４の隣接する周方向内側面（チャネルの壁部）と密接に向かい合うまたは摺動するように係合する。この近接した収容により、熱膨張差（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）を考慮しながらライナと格納ケースとの同心性を維持する。この例では、格納ケースの熱膨張特性はそのセラミック材料の熱膨張係数によって決定付けられるが、ライナアセンブリの熱膨張特性はその金属材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）（すなわち、リング１７０の熱膨張係数）によって決定付けられる。

例示の実施例では、ファンブレードおよびそのハブ（集合的なファン）は金属製である（例えば、アルミニウム合金またはチタン合金）。ファン格納ケースはより熱膨張係数の低い材料で形成される。（その熱膨張／収縮の要因を形成する）カートリッジ構造材料はファンブレードの熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する（例えば、ファンブレードの熱膨張係数の５％以内、より広い範囲では、７％以内）。例示の実施例では、ファンブレードはアルミニウムから形成され、カートリッジの構造コンポーネントはアルミニウムから形成される。離陸状態により高温がもたらされる（例えば、〜１２０°Ｆ（〜５０°Ｃ））。カートリッジは周方向に膨張する。回転防止特徴部により、カートリッジは強制的に径方向外側に膨張させられる。同様の材料であるため、ファンブレードもまた径方向に同様の割合で増大する。巡航状態では、ファン温度は非常に低い（例えば、約−６５°Ｆ（〜−５０°Ｃ））。低温によりカートリッジは収縮する傾向がある。フープが収縮するに従い、回転防止特徴部がカートリッジを強制的に径方向内側に移動させる。低温によりファンブレードもまた同様の割合で収縮する。このように、隙間におけるあらゆる負の熱影響を本質的に排除する受動的なクリアランスシステムがもたらされる。

図８は、ライナ１７０と、ブラケット２００，２０２と、アブレイダブルライナアセンブリ１４０と、楔形ハニカム１６０と、さほど重要でないコンポーネントと、を備えたライナカートリッジを示す。

図９は、この場合、巡航状態である、航空設計点（ａｅｒｏ ｄｅｓｉｇｎ ｐｏｉｎｔ（ＡＤＰ））における径方向変位（Ｙ軸）対軸方向位置（エンジン座標におけるＸ軸）のプロットを示す。ファンにより空気に対してなされた仕事によりファンの温度は僅かに温められているが、周囲温度は約−６５°Ｆ（〜−５０°Ｃ）である。軸方向位置のゼロ値はフランジ１１０にある。その地点６１６の付近では、クローズアウトプレート脚部／スリーブ１３９が、ファン格納ケースに関して本質的に径方向に固定されたライナアセンブリの内径面を保持する。トレース／プロット６００は例示のカートリッジの変位を示す。トレース／プロット６０２は別の有機マトリックス複合物（ＯＭＣ）を示す。トレース／プロット６０４は別のアルミニウム系を示す。Ｘ軸位置６１８は前方アコースティックライナ１３０とアブレイダブルライナアセンブリ１４０との間の境界位置の領域を表し（例えば、肩部１７６における領域）、Ｘ軸位置６２０はファンブレードの先端部における前縁を表し、Ｘ軸位置６２２はその先端部における積層線（ｓｔａｃｋｉｎｇ ｌｉｎｅ）を表し、Ｘ軸位置６２４はその先端部における後縁を表す。したがって位置６２０と位置６２４との間の近似領域は隙間制御に最も関連のある領域を表し、最も望ましくは、この領域によりケースとブレードとの熱膨張特性の近い適合がもたらされる。位置６３０は摩耗ストリップの後縁／端部を表す。例示のトレース／プロット６００は、ファンブレード近傍では、その変位がアルミニウムの代替例の変位に近く、ファンブレードのより良好な収容を実現するが、上流端部ではほとんど変位が無いことを示す。カートリッジの上流端部における径方向の移動はＡ−フランジ１１０にボルト締めされたクローズアウトプレート１３８／１３９によって制限される。冷温ではなおフープ収縮力が存在するが、クローズアウトプレートがカートリッジの局所的な内側への径方向移動／収縮を阻止し、カートリッジの前方のナセルライナ面からの滑らかな移行をもたらす（非金属の代替例にあるように）。プロット６０２における別の仮想の非金属系では隙間が大きくなりすぎる。プロット６０４の別の金属系には滑らかでないインレット境界面が生じ、流路に障壁（ｄａｍ）を生じさせる。

例示のファン先端部半径（ｆａｎ ｔｉｐ ｒａｄｉｉ）はエンジン中心線から３０インチ（０．７６ｍ）を超える。例示の実施例では、最大正味変位は位置６１８で、もしくはその付近で生じる。その最大変位の例示の量は初期のファン先端部半径（局所的なファン先端部半径または最大ファン先端部半径）の少なくとも０．０５％の相対的径方向収縮である。より狭い範囲では、例示の収縮は少なくとも０．１０％である。絶対的には、例示の３０インチ半径のファンが適当なファンサイズの小端（ｓｍａｌｌ ｅｎｄ）付近にある状態では、例示の相対的収縮は、少なくとも０．３ｍｍであり、より狭い範囲では、適当な数値がファンサイズとともに増大するに従い、少なくとも０．４ｍｍまたは０．８ｍｍである。位置６１６における例示の径方向収縮は最大の相対的径方向変位の５０％未満であり、より狭い範囲では、２５％未満、または１０％未満である。したがって、６１６と６１８との間の領域では、径方向収縮は段階的に増加する。

位置６２０，６２２，６２４では、例示の変位は位置６１８における変位を徐々に下回るが、位置６１６における変位をなお上回る。これらの位置では、相対的径方向変位はおそらく最大径方向変位の少なくとも４０％であり、より狭い範囲では、少なくとも５０％であり、位置６１８について上述した相対値および絶対値をおそらくなお上回る（位置６１８における実際の数値がおそらくそれらの最小値よりも僅かに大きい状況では）。６１８と６２４との間の帯域、より狭い範囲では、６２０と６２４との間の帯域では、収縮の大きさに漸減がみられる。例示の実施例では、この減少は、６１６と６１８の間の収縮の増加の傾きに比べ、より程度の小さいプロットされた傾きを有する。

図１０は、カートリッジの組み立て用の固定具４００を示す。図１１はカートリッジが所定の位置に取り付けられた固定具を示す。固定具は基部４０２を備える。例示の基部は上面４０４を有する金属製の環状プレートとして形成される。固定具は金型４０６をさらに備える（例えば、アルミニウムで形成された）。金型４０６は上面４０４に取付けられた設置状態を有する環状壁を備える。金型が下端／リム４０８から上端／リム４１０へと延在するとともに内側面４１２および外側面４１４を有する。例示の金型および固定具は、設置状態では、カートリッジおよびそのコンポーネントの中央長手方向軸と一致する中央長手方向軸５２０を画定する（その結果、設置時にエンジン中心軸５００と一致するようになる）。例示の内側面すなわち表面４１２はライナ１７０と相補的となるように径方向に階段状にされて、それぞれ、ライナ１７０のセクション１７３，１７４，１７５を収容して収縮（ｃｏｎｔｒａｃｔ）させるための上部と、中間部と、下部と、を画定する。

例示の金型は軸方向分割部４１６を有する（図１０）。例示の金型では、これは単一の軸方向分割部である。設置状態では、分割部は閉じられる。金型は（例えば、外側面のポケット内に延在する（例えば、基部にねじ込まれた））締結具４２０を介して設置位置に固定される。更に詳述するように、軸方向分割部はカートリッジが組み立てられた後のカートリッジの取り外しを容易にする。

固定具４００は、金型の上端に（例えば、位置合わせボルト（図示せず）により）取り付けられた設置状態を有する上部キャプチャプレート４３０（例えば、アルミニウムまたは鋼鉄）をさらに含む。例示のキャプチャプレート４３０は、概ね環状であるとともに、径方向内側に突出して、キャプチャプレートの下側４３４がカートリッジの隣接する端部と向かい合う／接するとともに、上面４０４の対応する部分４３６がカートリッジの反対端と向かい合う／接する状態となる。

図１２は、金型が一組のＬ−ブラケットに対応する開口部／窓部４４０を有しているのを示す。それらの開口部の各々について、分割固定具４５０を有する。例示の分割固定具（ブロック）４５０は基部４０２の上面に取り付けられた組立て状態を有する足部または基部４５２を備える。固定具４５０の脚部４５４が上方に延在するとともに、窓部に沿ってその窓部へと径方向に突出する（例えば、スクリュー、ボルト、ピン、またはその他の締結具などによって固定された）下部４５４を有する。上部４５６がリベート（ｒｅｂａｔｅ）内に金型の外面／外側面４１４に沿って収容されるとともに、高精度ボルトまたは工具ピン等を介してリベートに固定される（図示しないが、例えば、上部４５６の穴４５７および金具を通して）。脚部４５４の周方向両側に、製造時にＬ−ブラケットの脚部の内側面を位置合わせする面が形成される。

例示の一連の作業では、ライナ１７０はアルミニウム板金の溶接およびスピニングにより予備成形される。

初めに固定具は、金型４０６が基部プレート４０２に取り付けられ、かつ、キャプチャプレート４３０が取り外された状態で配置される。次いでライナ１７０が挿入される。次いで、ライナ１７０に対し、前方アコースティックライナ１３０、ハニカム１３２、および楔形ハニカム１６０を接着するように、スクリムで支持されたすなわち網状の接着剤が用いられる。それらのおよびその他のハニカムおよびライナ（例えば、１３２／１３４）が同じ硬化サイクルにおいて接着される。同様に、その時に、隔壁１３６、楔形ハニカム１６０、およびアブレイダブル摩擦材料１５０が接着される。接着剤は据え付け時に粘着性を有する（以下に述べるように、アセンブリは、一斉に硬化するようにオートクレーブである）。固定具の窓部を通して様々なブラケット２００，２０２が接合および／またはリベット締めされる。これは種々のコンポーネントをライナ１７０の内部に接着させるのと同時に、またはその前後に行われる。効率化のために、単一のオートクレーブ接着により一斉に硬化させてもよい。

内部コンポーネントおよびブラケットが配置され、少なくとも一時的に固定されたときに、キャプチャプレートが所定の位置に配置され、任意選択的に固定される（例えば、図示しない締結具により）。次いで固定具およびカートリッジが真空バッグにされて（図示せず）、硬化される（例えば、オートクレーブ内で例示では２５０°Ｆ（〜１２０°Ｃ）の温度で）。硬化および任意選択的な冷却の後、バッグが取り除かれる。キャプチャプレートおよび分割固定具４５０が取り外される。例えば、金型の上端からキャプチャプレートが取り外され（ねじが外され、またはボルトが外され）、固定具の各足部および上部を取り外し、径方向外側にスライドさせて、垂直に引き抜くことにより固定具が取り外される。そのスライドを容易にするように、十分な径方向隙間を有する基部内の凹部に足部４５２を入れてもよい。径方向のスライドにより、しっかりと収容されたＬ−ブラケットからの取り外しを可能にする。次いで金型固定具が基部から外され、その分割部に沿って分離されて、基礎的なカートリッジの取り外しを可能にする。分割固定具（固定ブロック）の取り外しにより関連するブラケットの垂直方向上側への移動を可能にする（既に相対的に幅広の上部４５６でブロックされていない）。窓部４４０は単に金型の内径面の３段の部分における最下部／最も小さい部分に沿って延在するだけでなく、中間の段を通して延在し、かつ、任意選択的に上の段へと部分的に延在しうる。これによりブラケットが金型の中間部によって局所的にブロックされることなくこれを垂直方向に移動させることができる。任意の軸方向および径方向ダンパを位置決めし、接着させることによりカートリッジが完成する。別の変形例では、ダンパが固定具に取り付けられ、バギング／硬化処理の一部として接着される。

最初の設置または交換では、完成したカートリッジがファンケースの前部を通して取り付けられる。フランジを通したボルトと、カートリッジの前面への接着とを用いることによりクローズアウトパネル（キャプチャプレート１３６およびクローズアウトプレート１３７）が取り付けられる。これによりフランジにおける局所的な軸方向および径方向の拘束を生じさせるとともにファンケース本体に対する構造的な連結部を提供する。したがって、この実施例では、後方軸方向シール／ダンパのみを有する。

カートリッジの交換時には、クローズアウトパネルのボルトが外される。クローズアウトパネルがまたカートリッジに接着している限りにおいては、ファンケースの前開口部を通してカートリッジを、クローズアウトパネルを介して引き出してもよく、それ以外では引き抜いてもよい。ファンケースシェル内に新しいカートリッジまたは再生されたカートリッジが取り付けられる。カートリッジの製造時にまだ新しいシールが適用されていなければ、カートリッジの挿入前に新しいシールが適用されるまたは取り付けられる。新しいクローズアウトが、カートリッジへの接着およびＡ−フランジへのボルト締めにより取り付けられる。別の実施例では、クローズアウトがカートリッジから除去され再利用のために清浄化される。こうした交換時においては、古いカートリッジの引き抜き後、摩耗したパッドが除去され、交換される（例えば、除去するようにリベットの軸部を切断し、または穿孔して、新しいパッドを再びリベット締めすることにより）。

種々の実施例では、ライナ１７０が改修され、かつ／または再利用される。例えばライナによって支持された材料／コンポーネントの修理に用いられる様々な技術が、ライナ上のこうした材料／コンポーネントの再生に利用される。ライナによって形成される再生されたカートリッジ、および任意の追加の交換もしくは修復されたコンポーネントが、同じファンケースまたは同様のファンケースに取り付けられる。

一つ以上の実施例について記載した。しかしながら、種々の変更がなされうることが理解できるであろう。例えば、ベースラインエンジン構成の再設計／リエンジニアリングまたはこうしたエンジンの再製造において実施される場合、ベースラインの詳細が任意の特定の実施例に影響を及ぼすであろう。従って、その他の実施例は以下の特許請求の範囲に含まれる。

２０…ターボファンエンジン
２２…ファン
２４…ファンブレード
２６…エーロフォイル
２８…近位端
３０…ブレード先端部
３２…前縁
３４…後縁
３６…正圧側
３８…負圧側
４０…根元部
４２…相補特徴部
４４…ファンハブ
４６…内側表面／内部面
４８…ファンケース
５０…ナセル
５２…上流側端部／リム
５４…下流側端部／リム
６２，６４…圧縮機セクション
６６…燃焼器セクション
６８，７０…タービンセクション
７２，７４…シャフト
８０…エンジンケース
８２…エアロダイナミックナセル
８４…ストラット
８６…バイパス流路
９０…パイロン
５００…中央長手方向軸

Claims (14)

1. ファンブレードの周方向の列を有するファンと、
   前記ファンを取り囲むファンケースと、
   少なくとも一つの圧縮機セクションと、
   燃焼器と、
   少なくとも一つのタービンセクションと、
   を備えたターボファンエンジンであって、前記ファンケースが、
   複合構造部材と、
   前記複合構造部材に取り囲まれ、かつ、前記ブレードに近接して該複合構造部材とは異なる熱膨張を可能にするように該複合構造部材に取り付けられた、金属部材と、
   を備え、
   前記複合構造部材と前記金属部材とが互いに関して径方向に膨張または収縮できるように、前記金属部材が前記複合構造部材に取り付けられた、ターボファンエンジン。
2. 前記複合構造部材が、有機マトリックス複合材料を備えることを特徴とする請求項１に記載のターボファンエンジン。
3. 前記金属部材によって支持されたアブレイダブルライナをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のターボファンエンジン。
4. 前記アブレイダブルライナが非金属であり、
   前記アブレイダブルライナと前記金属部材との間に径方向に金属ハニカムが配置されることを特徴とする請求項３に記載のターボファンエンジン。
5. 前記金属部材上の複数の径方向外側の開口チャネルと、
   前記チャネルによって収容された、複数の径方向内側に突出した部材と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のターボファンエンジン。
6. 前記径方向外側の開口チャネルの各々が、互いに周方向に反対側を向いて外側に突出した足部と、径方向外側に突出した脚部と、を有する一対のＬ字断面の金属ブラケットによって形成され、
   前記径方向内側への突出部材の各々が、径方向内側突出部と、それぞれ該径方向内側突出部の周方向両側に取り付けられるとともに関連する前記チャネルの対応する側面と接触または向かい合うように取り付けられた少なくとも一対の摩耗パッドと、を備え、
   ４個〜１０個の前記チャネルを備え、
   前記金属部材の後方の前記複合構造部材の一部が取付けリングに固定され、
   前記金属部材の後方の前記複合構造部材の一部がガイドベーンリングを取り囲むとともにこれに取り付けられる、
   ことのうち、少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項５に記載のターボファンエンジン。
7. 前記金属部材が、
   該金属部材の前方部分によって取り囲まれた内径ライナを有する第１のハニカムと、
   前記第１のハニカムの後方の前記金属部材によって取り囲まれた第２のハニカムと、
   前記第２のハニカムによって取り囲まれた摩耗ストリップと、
   を備えたカートリッジ内にあることを特徴とする請求項１に記載のターボファンエンジン。
8. 前記第１のハニカムが金属ハニカムを備え、
   前記第２のハニカムが内径アルミニウム合金隔壁を有するアルミニウム合金ハニカムを備え、
   前記摩耗ストリップが、エポキシが充填されたアラミド繊維ハニカムを備えるとともに、それぞれ後方に向かって径方向に収束する内径面および外径面を有することを特徴とする請求項７に記載のターボファンエンジン。
9. 前記金属部材の熱膨張は、後端に比較して前端において拘束されることを特徴とする請求項１に記載のターボファンエンジン。
10. 請求項１に記載のターボファンエンジンの運転方法であって、
    ゼロ速度、ファンケース初期温度、および初期高度の初期状態からエンジンを加速させ、
    ゼロ以外の巡航速度、前記ファンケース初期温度を下回るファンケース巡航温度、および前記初期高度を上回る巡航高度の巡航状態へとエンジンを飛行させることを備え、
    前記エンジンが前記初期状態から前記巡航状態へと進むに従い、前記異なる熱膨張により、前記複合構造部材に比較して前記金属部材を径方向に収縮させることを備えた、ターボファンエンジンの運転方法。
11. 前記径方向収縮は、前記金属部材の前端に近接した相対的な径方向収縮に比べ、前記金属部材の後端に近接した相対的な径方向収縮のほうが大きいことを特徴とする請求項１０に記載の運転方法。
12. 前記径方向収縮が、前記金属部材の前端に近接して機械的に阻止されることを特徴とする請求項１０に記載の運転方法。
13. 複合構造部材と、
    前記複合構造部材に取り囲まれ、かつ、少なくとも局所的に該複合構造部材とは異なる熱膨張を可能にするように該複合構造部材に取り付けられた金属部材と、
    を備え、
    前記複合構造部材と前記金属部材とが互いに関して径方向に膨張または収縮できるように、前記金属部材が前記複合構造部材に取り付けられた、ターボファンエンジンファンケース。
14. 前記複合構造部材が、有機マトリックス複合材料を備えることを特徴とする請求項１３に記載のターボファンエンジンファンケース。