JP6118721B2 - ファンケース及びファンケースの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、航空機用ジェットエンジンのファンブレードを覆うファンケース及びファンケースの製造方法に関するものである。
上記した航空機用ジェットエンジンのファンブレードを覆うファンケースには、軽量であること、及び、高強度を有していることが求められ、これらの要求を満たすべく、ファンケースの素材として強化繊維と熱硬化性樹脂との複合材料を適用する試みが成されている。
ファンブレードを覆うファンケースに炭素繊維複合材料を用いたものとしては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。
このファンケースは、炭素繊維複合材料から成る円筒状のケース本体と、このケース本体の端部に位置して逆推進力伝達体との連結を行う複数の円弧状を成すリング構成体を具備している。
このファンケースは、炭素繊維複合材料から成る円筒状のケース本体と、このケース本体の端部に位置して逆推進力伝達体との連結を行う複数の円弧状を成すリング構成体を具備している。
複数のリング構成体はＴｉ合金から成っていて、ケース本体の端部において円周方向に並べた状態でリベットによってそれぞれ固定されており、各々の外周縁に沿って形成された円弧状溝に逆推進力伝達体側の内向きフランジを嵌合させることで、ケース本体と逆推進力伝達体との連結が成されるようになっている。
上記したファンケースは、円弧状を成すリング構成体に形成された孔と、円筒状を成すケース本体の端部における所定部位に形成された位置決め部とを合わせることで、ケース本体に対するリング構成体の位置決めを行った後、複数のリング構成体をリベットによってケース本体にそれぞれ固定することで製造される。
ところが、上記した従来のファンケースにあっては、炭素繊維複合材料から成る円筒状のケース本体の位置決め部に対して、円弧状を成すリング構成体に形成された孔を合わせることによって、リング構成体のケース本体に対する位置決めを行っているので、位置決め精度が高いとは言えず、逆推進荷重を受けるうえで好ましい部位にＴｉ合金製のリング構成体を配置したとしても、複数のリング構成体における各円弧状溝のアライメントが狂って、複数のリング構成体が受ける逆推進荷重の大きさに偏りが生じてしまう虞があるという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっている。
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、逆推進荷重を受けるうえで好ましい部位にＴｉ合金製のリング構成体を高い位置決め精度で配置することができ、その結果、リング構成体に偏りなく逆推進荷重を受け持たせることが可能であるファンケース及びファンケースの製造方法を提供することを目的としている。
上記した目的を達成するべく、本願の第１の発明は、航空機用ジェットエンジンのファンブレードを覆うファンケースであって、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた複合材料から成る円筒状のケース本体と、前記ケース本体の前記航空機用ジェットエンジンの後部側に位置する後端部における周壁の外周側に嵌合されて、逆推進力伝達体と連結して逆推進荷重を受ける遠心方向に開口する環状溝を具備したＡｌ（アルミニウム）製の連結用リングと、前記ケース本体の前記後端部における周壁上に配置されて、前記逆推進力伝達体と連結して前記連結用リングで受ける逆推進荷重よりも大きな逆推進荷重を受け持つ遠心方向に開口する円弧状溝を具備したＴｉ合金製のリング構成体を備え、前記連結用リングに形成された前記航空機用ジェットエンジンの後方に向けて開口する切欠に前記リング構成体を嵌合して前記連結用リング及び前記リング構成体を一体化させると共に、前記連結用リングに形成された遠心方向に突出する外向き受壁に前記ケース本体の前記周壁上の前記リング構成体を当接させて固定することで、前記リング構成体の前記ケース本体に対する軸心方向及び径方向の各位置決めが成されて、前記連結用リングの前記環状溝及び前記リング構成体の前記円弧状溝が互いに連続する構成としている。
また、本願の第２の発明は、航空機用ジェットエンジンのファンブレードを覆うファンケースの製造方法であって、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた複合材料から成る円筒状のケース本体の成形工程と、前記ケース本体の前記航空機用ジェットエンジンの後部側に位置する後端部における周壁の外周側に、逆推進力伝達体と連結して逆推進荷重を受ける遠心方向に開口する環状溝を具備したＡｌ製の連結用リングを嵌合する工程と、前記ケース本体の前記後端部における周壁上において、前記連結用リングに形成された前記航空機用ジェットエンジンの後方に向けて開口する切欠に、前記逆推進力伝達体と連結して前記連結用リングで受ける逆推進荷重よりも大きな逆推進荷重を受け持つ遠心方向に開口する円弧状溝を具備したＴｉ合金製のリング構成体を嵌合して、前記連結用リングに該リング構成体を一体化させる工程と、前記連結用リングに形成された遠心方向に突出する外向き受壁に、前記ケース本体の前記周壁上で且つ前記連結用リングの前記切欠に嵌合する前記リング構成体を当接させて固定することで、該リング構成体の前記ケース本体に対する軸心方向及び径方向の各位置決めを行う工程と、前記リング構成体の前記ケース本体に対する軸心方向及び径方向の各位置決めを行うことで互いに連続する前記連結用リングの前記環状溝及び前記リング構成体の前記円弧状溝に対して、溝仕上げ加工を一連して施す工程と、を経る構成としている。
本発明に係るファンケース及びファンケースの製造方法において、円筒状のケース本体を構成する複合材料の強化繊維には、例えば、炭素繊維，ガラス繊維，有機繊維（アラミド，ＰＢＯ，ポリエステル，ポリエチレン），アルミナ繊維，炭化ケイ素繊維を用いることができ、マトリックスとして、熱硬化性樹脂には、例えば、ポリエステル樹脂，エポキシ樹脂，ビニルエステル樹脂，フェノール樹脂，ビスマレイミド樹脂，オキサゾリン樹脂，メラミン樹脂を用いることができる。
本発明に係るファンケースでは、円筒状のケース本体が、炭素繊維等の強化繊維から成っているので、ファンケース全体の強度及び剛性が確保されることとなる。
また、本発明に係るファンケースでは、逆推進力伝達体から逆推進荷重を受ける環状溝を具備したＡｌ製の連結用リングがケース本体の後端部に嵌合固定されていて、このケース本体に固定された連結用リングの切欠に、連結用リングで受ける逆推進荷重よりも大きな逆推進荷重を受け持つ円弧状溝を具備したＴｉ合金製のリング構成体を嵌合させたうえで、連結用リングの外向き受壁に当接させて固定しているので、リング構成体のケース本体に対する軸心方向及び径方向の各位置決めが高精度で成され、連結用リングの環状溝及びリング構成体の円弧状溝も高精度で連続することとなる。
したがって、本発明に係るファンケースでは、ケース本体の逆推進荷重を受けるうえで好ましい部位に対して、Ｔｉ合金製のリング構成体を高い位置決め精度で配置し得ることとなり、リング構成体に偏りなく逆推進荷重を受け持たせ得ることとなる。
一方、本発明に係るファンケースの製造方法では、逆推進力伝達体から逆推進荷重を受ける環状溝を具備したＡｌ製の連結用リングをケース本体の後端部に嵌合固定するのに続いて、このケース本体に固定した連結用リングの切欠に、連結用リングで受ける逆推進荷重よりも大きな逆推進荷重を受け持つ円弧状溝を具備したＴｉ合金製のリング構成体を嵌合したうえで、連結用リングの外向き受壁に当接させて固定するようにしているので、リング構成体のケース本体に対する軸心方向及び径方向の各位置決めを高精度で且つ容易に行い得ることとなる。
そして、リング構成体のケース本体に対する軸心方向及び径方向の各位置決めを行うことで互いに連続する連結用リングの環状溝及びリング構成体の円弧状溝に対して、溝仕上げ加工を一連して施すようにしているので、連結用リングの環状溝及びリング構成体の円弧状溝を高精度で連続させ得ることとなる。
本発明に係るファンケースでは、逆推進荷重を受けるうえで好ましい部位に対して、Ｔｉ合金製のリング構成体を高い位置決め精度で配置することができ、リング構成体に偏りなく逆推進荷重を受け持たせることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１〜図６は本発明に係るファンケースの一実施例を示している。
図１〜図６は本発明に係るファンケースの一実施例を示している。
図１に示すように、航空機用ジェットエンジン１は、前方（図示左方）から取り入れた空気を複数のファンブレードを有するファン２で圧縮機３に送り込み、この圧縮機３で圧縮された空気に燃料を噴射して燃焼室４で燃焼させ、これで生じる高温ガスの膨張により高圧タービン５及び低圧タービン６を回転させるようになっている。
ファン２の複数のファンブレードを覆うファンケース９は、図２にも示すように、炭素繊維等の強化繊維にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた複合材料から成る円筒状のケース本体１０を備えている。
このケース本体１０の前端部（図示左端部）には、エンジンカウル７と連結可能な外向き環状フランジ１１が形成されていると共に、後端部（図示右端部）には、Ａｌ製の連結用リング２０が嵌合状態で固定されている。この連結用リング２０には、遠心側に開口する環状溝２１がケース本体１０の後端部から軸心ＣＬ方向にはみ出すようにして形成されており、この環状溝２１には、逆推進力伝達体８の金属製内向きフランジが嵌合されるようになっている。
この連結用リング２０の環状溝２１には、逆推進力伝達体８を介して図示しないスラストリバーサからの逆推進荷重が負荷されるが、この逆推進荷重は、逆推進力伝達体８に連結した状態のケース本体１０において、円周方向に均等に負荷されるものではなく、例えば、図６に示すように、円周方向の上部頂点領域（頂点両側の±２０〜４５°の領域）及び下部頂点領域付近（頂点を含む±１６５〜１８０°の領域）に多くかかる。
このため、このような場合には、連結用リング２０の上部頂点付近の２箇所の領域及び下部頂点付近の２箇所の領域の合計４箇所の領域に、連結用リング２０の環状溝２１に連続する円弧状溝３１を有するＴｉ合金製のリング構成体３０を配置するようにしており、リング構成体３０は、図３及び図４に示すように、連結用リング２０の上記４箇所の領域に形成された切欠２２に、連結用リング２０の一部を構成するようにして嵌合されている。
つまり、上記４箇所の領域（リング構成体領域）にかかる大きな逆推進荷重をＴｉ合金製のリング構成体３０の円弧状溝３１で受け持ち、リング構成体領域以外（連結用リング領域）にかかる逆推進荷重をＡｌ製の連結用リング２０の環状溝２１で受けるようにしている。
この場合、図５にも示すように、リング構成体３０は、ケース本体１０の後端部の周壁１２に接する構成体本体３２の円弧状溝３１とは反対側の端部に複数の立壁（リング構成体側固定突起）３３を有しており、リング構成体３０は、複数の立壁３３を連結用リング２０に形成された複数の外向き受壁（連結用リング側固定突起）２３に重ね合わせてボルト４０及びナット４１でそれぞれ固定することで、ケース本体１０の軸心ＣＬ方向及び径方向の各位置決めが成された状態で連結用リング２０に一体化するようになっている。
なお、リング構成体３０の構成体本体３２をケース本体１０の後端部の周壁１２にボルト４２及びナット４３で固定することで、リング構成体３０の両端部の跳ね上がりを防ぐようにしている。
上記したファンケース９を製造するに際しては、まず、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた複合材料により円筒状のケース本体１０を成形する（詳細は省略）。
次いで、この円筒状のケース本体１０の後端部における周壁１２の外周側に、Ａｌ製の連結用リング２０を嵌合して固定する。
次に、ケース本体１０の後端部における周壁１２上において、既に固定されている連結用リング２０のリング構成体領域に形成された切欠２２に、円弧状溝３１を具備したＴｉ合金製のリング構成体３０を嵌合して連結用リング２０に一体化させるのに続いて、連結用リング２０に形成された外向き受壁２３に、リング構成体３０の立壁３３を当接させてボルト４０及びナット４１で固定することで、このリング構成体３０のケース本体１０に対する軸心ＣＬ方向及び径方向の各位置決めを行う。
この後、リング構成体３０のケース本体１０に対する軸心ＣＬ方向及び径方向の各位置決めを行うことで互いに連続している連結用リング２０の環状溝２１及びリング構成体３０の円弧状溝３１に対して、溝仕上げ加工を一連して施す。
このように、本実施例に係るファンケース９では、円筒状のケース本体１０が、炭素繊維等の強化繊維から成っているので、ファンケース９全体の強度及び剛性が確保されることとなる。
また、本実施例に係るファンケース９では、逆推進力伝達体８から逆推進荷重を受ける環状溝２１を具備したＡｌ製の連結用リング２０がケース本体１０の後端部に嵌合固定されていて、このケース本体１０に固定された連結用リング２０の切欠２２に、連結用リング２０で受ける逆推進荷重よりも大きな逆推進荷重を受け持つ円弧状溝３１を具備したＴｉ合金製のリング構成体３０を嵌合させたうえで、このリング構成体３０の立壁３３を連結用リング２０の外向き受壁２３に当接させてボルト４０及びナット４１で固定しているので、リング構成体３０のケース本体１０に対する軸心ＣＬ方向及び径方向の各位置決めが高精度で成され、連結用リング２０の環状溝２１及びリング構成体３０の円弧状溝３１も高精度で連続することとなる。
したがって、本実施例に係るファンケース９では、連結用リング２０に負荷される逆推進荷重よりも大きな逆推進荷重が負荷される部位、すなわち、連結用リング２０の上部頂点付近の２箇所の領域及び下部頂点付近の２箇所の領域（リング構成体領域）に対して、Ｔｉ合金製のリング構成体３０を高い位置決め精度で配置し得ることとなり、４つのリング構成体３０のそれぞれに偏りなく大きな逆推進荷重を受け持たせ得ることとなる。
そして、本実施例に係るファンケースの製造方法では、Ａｌ製の連結用リング２０をケース本体１０の後端部に嵌合固定するのに続いて、このケース本体１０に固定した連結用リング２０の切欠２２に、大きな逆推進荷重を受け持つＴｉ合金製のリング構成体３０を嵌合したうえで、連結用リング２０の外向き受壁２３に当接させて固定するようにしているので、リング構成体３０のケース本体１０に対する軸心ＣＬ方向及び径方向の各位置決めを高精度で且つ容易に行い得ることとなる。
加えて、互いに連続する連結用リング２０の環状溝２１及びリング構成体３０の円弧状溝３１に対して、溝仕上げ加工を一連して施すようにしているので、連結用リング２０の環状溝２１及びリング構成体３０の円弧状溝３１をより高精度で連続させ得ることとなる。
本発明に係るファンケース及びファンケースの製造方法の構成は、上記した実施例に限定されるものではなく、例えば、リング構成体３０を配置するリング構成体領域は、上記した実施例の領域に限定されない。
１ 航空機用ジェットエンジン
８ 逆推進力伝達体
９ ファンケース
１０ ケース本体
１２ 周壁
２０ Ａｌ製の連結用リング
２１ 環状溝
２２ 切欠
２３ 受壁（連結用リング側固定突起）
３０ Ｔｉ合金製のリング構成体
３１ 円弧状溝
ＣＬ 軸心
８ 逆推進力伝達体
９ ファンケース
１０ ケース本体
１２ 周壁
２０ Ａｌ製の連結用リング
２１ 環状溝
２２ 切欠
２３ 受壁（連結用リング側固定突起）
３０ Ｔｉ合金製のリング構成体
３１ 円弧状溝
ＣＬ 軸心
Claims (2)
- 航空機用ジェットエンジンのファンブレードを覆うファンケースであって、
強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた複合材料から成る円筒状のケース本体と、
前記ケース本体の前記航空機用ジェットエンジンの後部側に位置する後端部における周壁の外周側に嵌合固定されて、逆推進力伝達体と連結して逆推進荷重を受ける遠心方向に開口する環状溝を具備したＡｌ製の連結用リングと、
前記ケース本体の前記後端部における周壁上に配置されて、前記逆推進力伝達体と連結して前記連結用リングで受ける逆推進荷重よりも大きな逆推進荷重を受け持つ遠心方向に開口する円弧状溝を具備したＴｉ合金製のリング構成体を備え、
前記連結用リングに形成された前記航空機用ジェットエンジンの後方に向けて開口する切欠に前記リング構成体を嵌合して前記連結用リング及び前記リング構成体を一体化させると共に、前記連結用リングに形成された遠心方向に突出する外向き受壁に前記ケース本体の前記周壁上の前記リング構成体を当接させて固定することで、前記リング構成体の前記ケース本体に対する軸心方向及び径方向の各位置決めが成されて、前記連結用リングの前記環状溝及び前記リング構成体の前記円弧状溝が互いに連続するファンケース。 - 航空機用ジェットエンジンのファンブレードを覆うファンケースの製造方法であって、
強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた複合材料から成る円筒状のケース本体の成形工程と、
前記円筒状のケース本体の前記航空機用ジェットエンジンの後方に位置する後端部における周壁の外周側に、逆推進力伝達体と連結して逆推進荷重を受ける遠心方向に開口する環状溝を具備したＡｌ製の連結用リングを嵌合固定する工程と、
前記ケース本体の前記後端部における周壁上において、前記連結用リングに形成された前記航空機用ジェットエンジンの後方に向けて開口する切欠に、前記逆推進力伝達体と連結して前記連結用リングで受ける逆推進荷重よりも大きな逆推進荷重を受け持つ遠心方向に開口する円弧状溝を具備したＴｉ合金製のリング構成体を嵌合して、前記連結用リングに該リング構成体を一体化させる工程と、
前記連結用リングに形成された遠心方向に突出する外向き受壁に、前記ケース本体の前記周壁上で且つ前記連結用リングの前記切欠に嵌合する前記リング構成体を当接させて固定することで、該リング構成体の前記ケース本体に対する軸心方向及び径方向の各位置決めを行う工程と、
前記リング構成体の前記ケース本体に対する軸心方向及び径方向の各位置決めを行うことで互いに連続する前記連結用リングの前記環状溝及び前記リング構成体の前記円弧状溝に対して、溝仕上げ加工を一連して施す工程と、を経るファンケースの製造方法。
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