JP5657098B2 - ターボジェットファンのブレードの支持体のための耐摩耗性部品 - Google Patents

Description

本発明は、航空機用ターボジェットファンの分野に関し、より詳細にはこれらのファンに嵌合されるブレード支持体の分野に関する。

航空機のターボジェットファンは、慣習的に、ファンディスク内に取り付けられた複数のファンブレードを含む。ディスクは、その周囲に、互いに対して接線方向に離間された複数の凹部を画定し、凹部の各々はブレード根元部を保持する。各ブレードはまた、空気力学的翼と共に、この翼とブレード根元部の間に挿入される支持体も含む。

支持体は、対応する凹部によって画定された上側開口を横断し、したがって、凹部の外側に嵌合された翼と、その内側に保持された根元部との間の機械的結合を可能にし得る目的で、根元部より薄いものである。支持体は、ディスクの後方端部近くに位置する後方部分を含み、この場合支持体のこの後方部分は、翼の内弧側に位置する第１の表面と、この翼の外弧側に位置する第２の表面とを含む。

これらの両方の対向表面は、外側に向かって半径方向に突起する、ファンディスク内に組み込まれた装着フランジと向かい合う。知られている方法では、これらの装着フランジは、ディスクの後方端部において凹部間に取り付けられ、ドラムをディスクに装着するために使用される。

この設計は、非常に確立されたものであり、航空機ターボジェットで広く使用されているにも関わらず無視できない欠点を有し、すなわち支持体の第１および第２の後方表面の早期摩耗および破損を有する。調査では、この摩耗および破損は、本質的にはウインドミリング段階とも呼ばれるファンの自転の段階中、これらの表面とその向かい合う装着フランジとの間の摩擦から生じたことが実証できた。

これらの自転段階中、実際にはブレードは、ブレード根元部を貫通しファンの長手方向軸に平行な軸内で、ブレード支持体の接線停止部として作用する２つの装着フランジによって決定された２つの極限位置間で振動する傾向がある。したがって、この支持体とその両側に嵌合された両方の装着フランジとの間に最初に設定された隙間は吸収され、その結果生じる摩擦が、支持体の第１および第２の後方表面の各々に早期摩耗および破損をもたらす。

この摩耗および破損は、支持体の後方表面上に２つの圧痕を作り出す形態をとり、これらの圧痕は、ブレードの寿命にわたって除々に深くなる。

これらの圧痕の第１の有害となる結果は、支持体の全体的な機械的耐性を弱めることである。

この欠点に加えて、支持体の摩耗表面とその向かい合う装着フランジとの間の隙間が増大することである。自転段階中に見出されるブレードの振動の振幅は、このとき増大して摩耗および破損の影響を加速させる。加えて、ある所与のブレードに隣接するブレードが失われる場合、その衝撃から生じるその所与のブレードにかかる大きな力は、そのブレードを、接線方向の停止部として作用する装着フランジによって停止されるまでより高振幅で旋回させる傾向があり、それによってこの所与のブレードの破壊および損失のリスクを増大させる。

したがって、本発明の目的は、従来技術の実施形態と比べた上記で述べた欠点に対する解決策を少なくとも部分的に提供することである。

上記を達成するために、本発明の第１の目的は、複数のファンブレードと共に、周囲に複数の凹部を画定するディスクを含む航空機ターボジェットファンであって、各ブレードが、空気力学的翼と、前記凹部の１つ内に保持されたブレード根元部と、翼と根元部の間に挿入された支持体とを含み、前記支持体が、翼の内弧側に位置する第１の表面と、この翼の外弧側に位置する第２の表面とを含む後方部分を含み、ファンディスクが、凹部間に、半径方向に外側に突起する装着フランジを含み、それにより、第１の表面および第２の表面が、２つの装着フランジの向かい側にそれぞれ位置するようになる、航空機ターボジェットファンである。

本発明によれば、前記ブレードの少なくとも１つに関して、ファンは、ブレード上に取り付けられた耐摩耗部品を含み、その結果、支持体の第１および第２の表面の各々に保護シェルを形成して、各表面とその向かい側に位置する装着フランジとの間の接触を防止する。

したがって、本発明で使用される耐摩耗部品は、ブレード支持体の両方の後方表面を保護し、摩耗圧痕がその上に形成されることをこうして防止する。これは、支持体の機械的耐性、より全体的にはブレードの全体的な機械的耐性を強化する。

加えて、支持体の両方の後方表面上に摩耗圧痕が存在しないことにより、ファンの自転段階中、ブレードの振動の振幅を抑制することができ、また、破壊された隣接するブレードによって衝撃が与えられるいずれの所与のブレードもその旋回振幅を抑制することもできる。

ブレード支持体の接線方向の停止部を形成する装着フランジによって画定されたこれらの振幅はまた、支持体の後方表面とその関連する装着フランジとの間に挿入されることが効果的である保護シェルの厚さによって低減される。振動の振幅がこうして低減されることにより、ブレードおよびその周囲要素のすべての摩耗が有利に低減される。

耐摩耗性部品は、有利には、製造されたばかりの新しいファンブレードにまたはすでに作動に入っているブレードに保守解決策として適用され得る。後者の場合、本発明の重要な利点は、ターボジェット全体を分解する必要無く耐摩耗部品をブレード上に取り付けることができることにあり、その理由は、この作業は、実際には航空機の「翼の下方で」行われ得るためである。

この部品が摩耗している場合、これは、当然ながら容易に交換され得る。ブレードはこのとき、その現状で引き続き使用可能であり、それによってその寿命が延びる。

加えて、ファン内の耐摩耗部品の特定の位置決めに照らして、ファンが破壊された場合であってもこの部品の損失のリスクは極めて低い。

さらに、そのような耐摩耗部品は、優先的には、ファンのブレードすべてに嵌合されることが推奨され、したがってその結果、ファンのバランスを取り直すことを求めることがあるアンバランスを生じさせない。

前記耐摩耗性部品は、好ましくは、クリップ固定によってブレード上に取り付けられる。その結果、作業は簡単かつ短時間である。しかし、たとえば熱硬化性接着剤を用いた結合などの他の取り付け解決策が、想到され得る。

このシナリオでは、前記耐摩耗部品は、優先的には、ブレードのプラットフォーム上にクリップ固定することによってブレート上に取り付けられる。

各々の保護シェルは、好ましくは０．２から０．５ｍｍの間の厚さである。

前記耐摩耗性部品は、好ましくは、８０％のニッケル、１４％のクロム、および６％の鉄を含有する合金、たとえばインコネル合金、好ましくは合金インコネル７１８から製造される。この材料は、ブレード支持体の製造に使用されるものと同一または類似するものになり得る。

あるいは、これは、高い機械的耐性を備えた複合材料にもなり得る。

前記耐摩耗部品は、好ましくは、金属プレートを切断し折り曲げることによって製造される。あるいは、これは、機械加工によってまたは粉末冶金によっても製造され得る。

先に述べられたように、ファンのブレードの各々には、好ましくは、耐摩耗部品が嵌合される。

本発明の別の目的は、上記で説明されたファンを含む航空機ターボジェットである。

本発明の最終目的はまた、ブレード支持体の第１および第２の表面の各々に保護シェルを形成するために、航空機ターボジェットファンのブレード上に上記で説明したように取り付けるよう意図される耐摩耗性部品でもある。

本発明の他の利点および特性は、以下の非制限的に詳述される開示において明白になるであろう。

この説明は、次の添付の図を参照して行われる。

本発明の好ましい実施形態による、航空機ターボジェットファンの一部分の分解斜視図である。 ファンディスクの装着フランジを貫通する、図１に示されるファンの部分的な横断面図である。 ブレードが、ファンの自転段階中に見出される旋回位置で示された、図２のものに類似する図である。 ファンブレードに嵌合される耐摩耗部品の斜視図である。 ある視点からの、耐摩耗性部品が嵌合されたブレードの１つの下側の後方部分の斜視図である。 別の視点からの、耐摩耗性部品が嵌合されたブレードの１つの下側の後方部分の斜視図である。 別の視点からの、耐摩耗性部品が嵌合されたブレードの１つの下側の後方部分の斜視図である。 別の視点からの、耐摩耗性部品が嵌合されたブレードの１つの下側の後方部分の斜視図である。 クリップ固定による耐摩耗性部品のブレード上の取り付けを説明する概略図である。 クリップ固定による耐摩耗性部品のブレード上の取り付けを説明する概略図である。

最初に図１および図２を参照すれば、本発明の好ましい実施形態による航空機のターボジェットファン１の一部分が、表されている。

これは、全般的には、ファンの長手方向軸４上に中心が置かれたディスク２を含み、ディスクの周囲には、互いに対して円周方向に離間された歯６が製造されており、この場合その歯の各々は、ほぼ長手方向かつ半径方向に、すなわち軸４に対してほぼ平行に延びる。円周方向／接線方向に直近で連続する２つの歯６の間に、これらの歯は、ファンブレード１０の根元部１２を収容するように意図された凹部８を画定する。

知られている方法では、各歯６の頭部は、ブレードを半径方向に外側に向かって保持することができるように拡大される。換言すれば、凹部８は、ブレード１０を支持体１３から移動させることを可能にする狭くされた外部半径方向端部を有し、そのブレードの断面／厚さは、その根元部１２のものに対して狭くされている。したがって、与えられた組立体は、蟻継ぎタイプのもの、または「クリスマスツリーデコレーション」タイプのものでもある。

支持体１３およびこの支持体の内側半径方向端部上に組み付けられたブレード根元部１２に加えて、ブレード１０は、支持体の外側半径方向端部上に組み付けられた空気力学的翼を有する。これらの２つの要素間の接合部では、ブレード１０はまた、ファンを横断する空気流が外側を辿るように意図されたプラットフォーム１７も有する。翼１５の両側で翼の内弧２０および外弧２２の基部から接線方向に延びるこのプラットフォーム１７は、ファンノーズドーム（表されず）と空気力学的に連続的になる。

加えて、各ブレード１０に関連して、ファン１は、ブレード根元部１２の下側端部と、その関係するブレードに関連する凹部の基部８ａとの間に挿入されるシム２１を含む。

図２でさらに明確に見ることができるように、シム２１は、ファンが回転していないとき、ブレード１０を内部に向かって半径方向に位置決めすることができる。加えてシム２１は、ファンブレード１２に、下流側に位置しドラムの保持溝内に滑り入れられる軸方向の保持フック（図５ｂおよび図５ｃで見ることができる）が嵌合される取り付けを可能にする。加えて、図１に見ることができるように、シム２１は、その関連するブレードの軸方向の保持のための停止部２３を上流側に含む。

これは表されていないが、ブレードのプラットフォーム１７と、歯６の半径方向の外部表面によって画定されるディスク２の周囲との間に半径方向に挿入される、１つまたは複数の振動緩衝用ファンシムが取り付けられてもよい。このシムは、全体として、ファンブレードの振動レベルを低減するように設計された接触プレートが嵌合されたエラストマーブロックの形態をとる。

さらに、ディスク２は、歯６の後方端部から半径方向に外側に向かって延びる装着フランジ２６を含む。好ましくは歯６との一体品として製造されるこれらのフランジ２６は、図１および図２で見ることができるように、凹部８間にこうして嵌合される。表された実施形態では、単一のフランジが各歯に取り付けられ、このフランジには、ドラムを装着するのに使用されるボルトが通ることを可能にする開口が穿孔される。

図２により明確に見ることができるように、各支持体１３の後方部分は、凹部８の上側開口部を横断する。これは、翼１０の内弧側に位置する第１の表面１３ａと、この翼の外弧側に位置する第２の表面１３ｂとを含み、この場合支持体の両方のこれらの表面１３ａ、１３ｂは、互いに平行であり、互いに向かい合っている。第１の表面１３ａは、対応する凹部の開口部を形成する歯６の１つの拡大された端部６ａの向かい側に位置し、一方で第２の表面１３ｂは、これもまた同じ凹部８の開口を形成する、別の直近の連続する歯６の拡大された端部６ａの向かい側に位置する。加えて、これら２つの表面１３ａ、１３ｂの各々は、装着フランジ２６の１つと向かい合いながら、特に装着フランジ上に製造された接線方向の停止部３０と向かい合いながら、外側に向かって半径方向に延びる。

本発明の特徴によれば、耐摩耗部品が各ブレード１０上に取り付けられ、その結果、支持体の第１および第２の表面１３ａ、１３ｂの各々に保護シェル３２ａ、３２ｂを形成して、これらの表面１３ａ、１３ｂと、向かい側に位置する装着フランジ２６との間の接触を防止する。

ファンの正常運転中、本質的には遠心力により、ブレード１０は、第１の支持表面１３ａを覆う第１の保護シェル３２ａが向かい側の停止部３０から僅かに触れる距離を離して位置し、僅かな隙間が見られ得るように位置合わせされる。第２の支持表面１３ｂを覆う第２の保護シェル３２ｂにも同じことが言え、この場合このシェル３２ｂは、向かい側の停止部３０から僅かに触れる方向の距離を離して位置しており、僅かな隙間３６もまた見られる。したがって保護シェルと装着フランジの間に接触は生じない。

反対に、いわゆるウインドミリング段階とも呼ばれるファンの自転段階中、各ブレード１０は、根元部１２を貫通し軸４に平行な軸３８に沿って、２つの接線方向の停止部３０、３０によって決定された２つの極限位置の間で振動する傾向がある。そのうちの１つが図３に表されるこれらの極限位置では、最初の隙間３６の１つは完全に吸収され、それによって保護シェルとその関連する停止部３０との間に機械的接触をもたらす。したがって、シェルは、ブレードの極限位置における支持体と停止部の間の直接的接触を防止し、それによってこの支持体の摩擦による摩耗および破損を抑制する。

図４から図５ｄは、両方の保護シェル３２ａ、３２ｂを組み込む耐摩耗性部品４０の例となる実施形態を示している。

この部品４０は、０．２から０．５ｍｍの間の厚さである、好ましくは合金インコネル７１８から作られ、次いで所望の最終形状を得るように切断され折り曲げられた金属プレートから製造されるように設計される。

実際には、部品４０は両方の平行なシェル３２ａ、３２ｂを組み込み、そのシェルの各々１つは本質的に矩形の形状であり、その長さの１つは、部分的には、支持体１３の後縁４２の一部の凸部プロファイルを辿るよう意図される。両方のシェルは、その上側端部において、両方のシェル３２ａ、３２ｂに対してほぼ直交する、Ｔ字の基部の下側部分に対応する結合部分４４によって接続される。

Ｔ字の基部の上側部分は、プラットフォーム１７と接合する支持体１３の後縁４２の部分を辿る。この部分に関しては、４６で参照され基部４４上に組み付けられるＴ字の上側枝部は、翼１５の両側に接線方向に延びるプラットフォーム１７の内側半径方向の後方部分を辿る。この枝部４６の２つの対向端部には、耐摩耗部品４０をブレード１０上に位置決めし、保持するために使用される２つのクリップ５０が取り付けられる。

各クリップ５０は、Ｕ字状の弾性舌状のように成形され、その基部はほぼ軸方向に延び、その２つの横方向の枝部は、外側に向かって半径方向に位置合わせされて大きく開いている。これらの２つの枝部は、半径方向に内側に向かって延びるプラットフォーム１７の突起部５２周りにきつく嵌合させるために使用される。したがって、耐摩耗性部品４０をブレード上に取り付けることができるのは、Ｕ字状のクリップの各々の両方の枝部によるこの突起部５２の把持である。このクランプ止めは、場合によっては、両方のシェル３２ａ、３２ｂによって構成された弾性組立体およびＴ字の基部４４の、支持体１３の後方部分にかかる把持力によって調達される別の形のクランプ止めによって達成されてもよい。この場合、この弾性組立体は、このときベッドフレームとして作用する。あるいは、小さい隙間が、２つのシェル３２ａ、３２ｂの各々とその関連する表面１３ａ、１３ｂとの間に作られ得る。

図６ａおよび図６ｂでは、クリップ５０を用いた耐摩耗部品の取り付けが、図式化される。各クランプ５０に関しては、Ｔ字４６の上側枝部に接続されたＵ字の枝部は、最初に、プラットフォーム１７の突起部５２の面５５に押しあてられ、その後５６で参照されるＵ字の他の枝部が、この突起部５２の反対側の面５７上でこれをクランプ止めするために前方向および上方向に押し出される。クリップ固定は、Ｕ字のこの自由枝部５６が、面５７と２つの対向面５５、５７を接続する突起部の半径方向の内面６０との間の縁部を超えて延びたときに得られる。したがって、縁部のこの通過により、この組立体のハードポイントがクリップ留めによって形成される。

当然ながら、単なる非制限的な例として説明された本明細書に対して、さまざまな改変が当業者によって加えられ得る。

Claims (9)

1. 複数のファンブレード（１０）と共に、周囲に複数の凹部（８）を画定するディスク（２）を含む航空機ターボジェットファン（１）にして、各ブレードが、空気力学的翼（１５）と、前記凹部（８）の１つ内に保持されたブレード根元部（１２）と、翼と根元部の間に挿入された支持体（１３）とを含み、前記支持体が、翼の内弧側（２０）に位置する第１の表面（１３ａ）と、この翼の外弧側（２２）に位置する第２の表面（１３ｂ）とを含む後方部分を含み、ファンディスク（２）が、凹部（８）間に、半径方向に外側に突起する装着フランジ（２６）を含み、それにより、第１の表面および第２の表面（１３ａ、１３ｂ）が、２つの装着フランジ（２６）の向かい側にそれぞれ位置するようになる、ファンであって、前記ブレード（１０）の少なくとも１つに関して、ファンは、ブレード上に取り付けられた耐摩耗部品（４０）を含み、その結果、支持体の第１および第２の表面（１３ａ、１３ｂ）の各々に保護シェル（３２ａ、３２ｂ）を形成して、各表面（１３ａ、１３ｂ）とその向かい側に位置する装着フランジ（２６、２６）との間の接触を防止することを特徴とする、ファン。
2. 前記耐摩耗部品（４０）が、クリップ固定によってブレード（１０）上に取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載のファン。
3. 前記耐摩耗部品（４０）が、ブレードのプラットフォーム（１７）上のクリップ固定によってブレード（１０）上に取り付けられることを特徴とする、請求項２に記載のファン。
4. 各保護シェル（３２ａ、３２ｂ）が、０．２から０．５ｍｍの間の厚さであることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のファン。
5. 前記耐摩耗部品（４０）が、８０％のニッケル、１４％のクロム、および６％の鉄を含有する合金から製造され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ファン。
6. 前記耐摩耗部品（４０）が、プレートを切断し折り曲げることによって製造されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のファン。
7. ファンのブレード（１０）の各々には、耐摩耗部品（４０）が嵌合されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のファン。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のファン（１）を含む、航空機用ターボジェット。
9. ブレードの支持体の第１および第２の表面（１３ａ、１３ｂ）上のそれぞれに保護シェル（３２ａ、３２ｂ）を形成するために、請求項１から７のいずれか一項に記載の航空機ターボジェットファン（１）のブレード（１０）上に取り付けられるよう意図される耐摩耗部品（４０）。

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