JPH03197299A

JPH03197299A - 航空機用プロペラブレード及び翼集合体

Info

Publication number: JPH03197299A
Application number: JP2023633A
Authority: JP
Inventors: Harry S Wainauski; ハリー　エス．ワイナウスキー; Carol M Vaczy; キャロル　エム．ヴァクズィー
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1989-02-01
Filing date: 1990-02-01
Publication date: 1991-08-28
Anticipated expiration: 2016-07-23
Also published as: EP0385913B1; JP3191931B2; US4941803A; CA2007958A1; EP0385913A1; DE69001082D1; DE385913T1; CA2007958C; DE69001082T2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、航空機等のプロペラブレードに係り、特に、
新しい組み合わせの翼から構成されるプロペラブレード
に関する。

〔従来の技術〕

ワイナウスキー（Ｗａｉｎａｕｓｋｉ　）他の「翼ブレ
ード」と題する米国特許出願番号０７／２２５．５８７
の明細書には複数の特別な翼断面を持つブ［ノベラブレ
ードが開示されている。そのようなプロペラブレードは
、比較的取扱いが簡単で、異物損傷を受けにくい前縁形
状になっている。また、ブレードがより厚くなっている
ため比較的製作が簡単である。さらに、ワイナウスキー
の特許に開示されたプロペラブレードは、所望の馬力荷
重及び所望を得ることができる所望のフライト包囲線内
で機能する様になっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

プロップファン等のプロペラでは、薄い、高剛率のブレ
ードが用いられている。ブレードを形成している翼の形
状は、最小の圧縮性損失と共に高馬力荷重を考慮して製
作されている。例えば、ユナイテッドテクノロジーズコ
ーポレーションのハミルトンスタンダード部門（ｌｌａ
ｍｉｌｔｏｎ　５ｔａｎｄａｒｄＤｉｖｉｓｉｏｎ　ｏ
ｒｔｈｅ　Ｕｎｉｔｅｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　
Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　）で製作されたプロップファ
ンブレードは、いずれもおよそ３７　、　５　ｓｈｐ／
ｄの馬力荷重を持っている。そのような薄いブレードが
、プロップファンプロペラに、フライトマツハ数０．８
、毎秒８００フイートの先端速度、及び３５，０００フ
イートの高度で８０％を越えるピーク効率を得させてい
る。

ブレードは、そのような高先端速度及び高マツハ数でも
高い信頼性を持つよう設計されねばならない。しかし、
例えば、ＮＡＣＡノリーズ１６翼から構成される薄いブ
レードについては、幾つかの設計上の制限がある。その
ような翼の前縁形状は、ブレードに異物損傷を受は易く
させているし、後縁形状はブレードを非常に取扱い困難
にさせている。さらに、ブレードが薄いために、ブレー
ドの製作が困難である。

ワイナウスキー（Ｗａｉｎａｕｓｋｉ）他の「翼ブレー
ド」と題する米国特許出願番号０７／２２５，５８７の
明細書には複数の特別な翼断面を持つプロペラブレード
が開示されている。そのようなプロペラブレードは、比
較的取扱いが簡単で、異物損傷を受けにくい前縁形状に
なっている。また、ブレードがより厚くなっているため
比較的製作が簡＋１である。さらに、ワイナウスキーの
特許に開示されたプロペラブレードは、所望の馬力荷重
及び所望の効率を得ることができる所望のフライト包囲
線内で機能する。

しかし、特定の翼断面のキャンバ（そり）及び厚さは、
そのようなブレードが使用される他のフライト包囲線に
対して改変できないという問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の目的は、比較的高マツハ数で高荷重及び高効率
を与える一組の翼横断面を有するブレードを提供するこ
とにある。

本発明の他の目的は、種々のフライト包囲線に対して使
用できる一組の翼横断面を有するブレードを提供するこ
とにある。

本発明のさらに他の目的は、異物損傷を受けにくい一組
の翼横断面を有するブレードを提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、取扱いが容易でかつ製作が
容易な一組の翼横断面を有するブレードを提供すること
にある。

本発明によれば、前縁部及び後縁部、先端部、並びに根
本部を有する高剛率ブレードに使用される翼集合体は、
複数の断面を有する。各断面は、前縁部から後縁部に延
びている複数のキャンバ線のいずれか１つを有する。キ
ャンバ線は互いにスカラブルであり、各ラインは同じ相
対形状を有し、キャンバ線は、前縁から約４０％翼弦ま
で微小の傾斜を持ち、約７４％翼弦に極点を持っている
。

また、凸断面は、約２％から約７．５％の間のスカラブ
ル厚さ比を持つ。さらに、各断面の最大厚さは、ブレー
ドの先端部の翼に対する約３７５％翼弦からブレードの
根本部の翼に対する約３５゜０％翼弦までに存在する。

本発明の特徴によれば、厚さ比は、ブレードの翼に対す
る約２％からブレードの根本部の翼に対する約７．５％
まで増大している。

さらに本発明によれば、ブレードは、比較的厚い一組の
翼部から構成されている。各翼部は、約４０％翼弦まで
延びている微小のキャンバを有する放物線状の前縁を持
っている。また、各翼部は、４０％弦から後縁までのゆ
るやかな上面圧力回復領域と、必要な揚力を発生するた
めの下面であって、４０％翼弦から後縁までが凹状の下
面を有している。さらに、−組の翼部は、２．０％から
７゜５％までの厚さ比（ｈ／ｂ、）を持っている。スカ
ラブルキャンバは約７４％翼弦で極点を持つ。各翼部の
最大厚さは、ブレードの先端部に位置する翼に対しての
約３７．５％翼弦から、ブレードの根本部に位置する翼
に対しての約３５％翼弦までに存在している。

本発明の特徴によれば、厚さ比は、ブレードの先端部に
翼に対する約２％からブレードの根本部に翼に対する約
７．５％まで増大している。

翼集合体は、マツハ０．７２から０．８５の最適な伝道
（ｍｉｓｓｉｏｎ）翼部を与えるために使用される高剛
率ブレードを与える。さらに、本発明の新しいブレード
は、外部異物損傷を受けにくく、製作上の問題か少なく
かつ他の伝道翼部に適合可能であるＮＡＣＡンリーズ１
６翼に類似の空力特性を与える。

本発明のこれらのさらには他の目的、特徴及び利点は、
添付図面に基づいて説明される本発明の最適実施例の詳
細説明を参照することで一層明確にされる。

〔作用〕

本発明の翼ブレードを示している第１図及び第２図を参
照して説明する。

凹状下面１３０が、必要な揚力を与える。

ＮＡＣＡ　Ｉ　６シリーズの前縁と比較して大きな半径
の前縁部１１５が、外部異物損傷を最小化している。

また、ＮＡＣＡ１６シリーズの後縁と比較してなまくら
な後縁１２５がブレードの取扱いの問題点を最小化して
いる。

比較的厚い後縁は、比較的薄く、鋭い後縁を有するＮΔ
ＣＡｌ６シリーズに比較して、製作や取扱いが簡ｍであ
る。

〔実施例〕

第１図及び第２図には、本発明の翼ブレード１００の一
組の横断面が示されている。各横断面は、１０００倍の
厚さ比（厚さ／長さ）に等しい２つの数から成る符号（
１ｎｄｉｔｉａ）によって同定される。従って、例えば
、最上端翼部２０は、０．０２の厚さ比によって特徴づ
けられ、２番［１の翼部３０は、０．０３０の厚さ比を
持っている。さらに、３番目の翼部４０は、０．０４０
の■１さ比を持ち、４番目の翼部６０は０．０６０の厚
さ比を持し、そして５番目の翼部７５は、０．０７５の
厚さ比を持っている。

さらに、第１図から、翼部２０の断面が実質的にブレー
ドの先端で切取られていることがわかる。

翼部３０の横断面は、ブレードの根本部１０５からブレ
ードの長手方向軸の長さのおよそ０．７５の位置で切取
られている。同様に、翼部４０の横断面は、その長さお
よそ０．４５の位置で切取られ、翼部７５の横断面は、
その長さのおよそ０゜３５の位置で切取られている。

翼＋１＜の翼弦は共通の長さで図示されているが、プレ
ートの傾斜に関する設計思想上、翼部の相対的な大きさ
で描かれている。また、本発明は翼部間の特定の寸法関
係に制限されるものではない。

第１図及び第２図に示された翼部間のブレードの横断面
は、周知のごとく２つの隣り合う翼形状間の対応部分を
接続している遷移面によって同定されている。翼か単一
のプロペラブレードに合体適用される場合には、滑らか
な連続する上下面が形成される。翼横断面は、ブレード
に充分なねじりさげを与え、空力特性要求に基づくブレ
ードの迎え角の変更を確立するために、周知技術を用い
て互いに角度的に移動させられている。

下記の２組の一覧表には、本発明を具体化する２つのブ
レードの多数の翼部の正確な無次元座標が記載されてい
る。−覧表の第１の組には、高キャンバ（例えば、比較
的高揚力）ブレードの座標を詳記されている。−覧表の
第２の組には、低キャンバ（例えば、比較的低揚力）ブ
レードの座標が詳記されている。Ｘ／Ｃ値は、ブレード
翼弦線上の無次元位置である。Ｙ／Ｃ上方値は、翼現線
からブレード吸気面上の点まで無次元高さである。

Ｙ／Ｃ下方値は、翼弦線からブレード圧力面上の点まで
の無次元高さである。

明、１川、升の、ｊ’　１’、＋’　（内′１“ドに変
更なし）翼部　２０　　（高キャンバ）Ｘ／ＣＹ／ＣＹ／ＣＸ／ＣＹ／ＣＹ／Ｃ明、ｉｌｌ汀の、コトＪ（内Ｌ：に変更なし）翼部０（高ギＡ・ンバ）ＸノＣＹ／ＣＹ／ＣＸ／ＣＹ／ＣＹ／Ｃ明′：ｎ；ｌ″：の序、’Ｊ：’（（に’、’、−に二
′〔更なし）翼部　３０（高キャンバ）Ｘ／ＣＹ／ＣＹ／ＣＸ／ＣＹ／ＣＹ／Ｃ明ｍ書の浄書（内容に変更なし）翼部０（高キャンバ）明細ｇの浄書（内容に変更なし）ジ・８部５（高キャンバ）明細書の浄書（内容に変更なし）翼部０（低キャンバ）明；ｆ：’ｔ；：ｉのυ２）（内ｉ゛１こに変更なし）
翼部０（低キャンバ）明細書の浄δ（内容に変更なし）翼部０（低キャンバ）明細四の浄書（内容に変更なし、）明、？ｌｌＩ書の浄書（内容に変更なし）翼部　６０（
低ギＡ・ンバ）翼部　７５（低ギャンバ）Ｘ／ＣＹ／ＣＹ／Ｃ７ＣＹ／ＣＹ／Ｃ開示された翼集合体を表している第１図及び第２図から
、本発明の翼はそれぞれ翼弦の全長に沿って翼壁１１０
によって特徴づけられている。この翼壁は、丸い一般に
放物線状の前縁部１１５と、微小キャンバを有し、前縁
部から約４０％翼弦まで延びている中間部１１７と、４
０％翼弦から後縁１２５までのゆるやかな」二面圧力回
復面＋２０と、４０％翼弦から後縁までの凹状下面から
構成されている。

凹状下面１３０は、必要な揚力を与える。ＮＡＣΔ１６
シリーズの前縁と比較して大きな半径の＋ｉｉｊ縁部１
１５が、外部異物損傷を最小化している。

また、ＮΔＣＡｌ６シリーズの後縁と比較してなまくら
な後縁１２５がブレードの取扱いの問題点を最小化して
いる。

さらに、６翼は、ＮＡＣＡシリーズ１６と比較してなま
くらな前縁及び後縁を持っている。高キャンバブレード
に対する翼の各々は、次の通り比較的厚い後縁によって
特徴づけられている。翼部２０の後縁の厚さ比は、００
４２、翼部３０の厚さ比は約、００６３、翼部４０の厚
さ比的、００８４、翼部６０の厚さ比は約、００８４、
翼部７５の厚さ比は約、００８４である。同様に、低キ
ャンバブレードに対する翼の各々は、次の通り比較的厚
い後縁によって特徴づけられている。翼部２０の後縁の
厚さ比は約、００４２、翼部３０の厚さ比は約、００６
３、翼部４０の厚さ比は約、００８４、翼部６０の厚さ
比は約、００８４、翼部７５の厚さ比は約、００ｇ４で
ある。比較的厚い後縁は、比較的薄く、鋭い後縁を有す
るＮＡＣＡ１６ブレードに比較して、製作や取扱いが簡
単である。

上述したように、本発明の翼集合体からなるブレードは
、前述の「翼ブレード」に関するワイナウスキーの特許
に非常に似ている。しかし、根本的な違いがある。

第５図を参照する。高キャンバブレードの厚さ比は、２
％から７．５％まで増大するに従って、各部の最大厚さ
の位置は翼部２０での約０．３６０５Ｘ／Ｃ（例えば即
ち３６．０５％翼弦）から翼部７５での約０．３５０Ｘ
／Ｃまでに存在する。

同様に、第６図を参照する。低キャンバブレード厚さ比
は２％から７．５％までに増大に従って、各部の最大厚
さの位置は、翼部の２０での約０゜３７５Ｘ／ＣからＲ
部７５での０．３５５Ｘ／Ｃまでに存在する。より一般
的には、６翼の最大厚さの位置は、ブレードの根本部か
ら先端部まで、それらの１１９縁からかなり離れて配置
されている。

最大厚さの位置を、ブレードの根本部から先端部に向か
って、翼部前縁から離して配置することによって、境界
層分離が最小化され、翼集合体が形成される。

翼集合体の各翼部のキャンバ線は、翼の前縁から約４０
％翼弦まで極小になっている（極小とは、０．００２５
の傾斜よりも小さいものとして定義される）。キャンバ
の傾斜は、約４０％翼弦から約６５％翼弦まで増大し、
約６５％翼弦の点で傾斜が減少し、７５％翼弦で極点に
達する。キャンバの傾斜は、その極点から翼部の後縁ま
で減少する。

本発明の各翼部に対して選ばれたキャンバは、一般にブ
レード内で使用される一組の翼部に対する所望の揚力係
数に依存している。その様なキャンバ及び所望の揚力は
、はぼ等価である。例えば、高キャンバブレードは、低
キャンバブレードよりも大きな揚力を与える。第３図は
、６翼がその翼についての所望の揚力係数（ＣＬＤ）に
従って採用されるキャンバ線を示している。（例えば、
異なるスケールだが、第３図のキャンバ線と類似して形
成された）キャンバ線は、所望の揚力係数によってスケ
ールされる。例えば、上述の高キャンバブレードに対し
ては、翼部２０は、約０．３０の所望のＣＩ、　Ｄを有
し、翼部３０は約０．４０の所望のＣＬＤを有し、翼部
４０は約０．４０の所望のＣＬＤを有し、翼部６０は約
０．５０の所望のＣＬＤを有し、翼部７５は約０．６０
の所望のＣＬＤを有する。同様に、上述の低キャンバに
対しては、翼部２０は約０．１５の所望のＣＬＤを有し
、翼部３０は約０．２０の所望のＣＬＤを有し、翼１１
４０は約０．２０の所望のＣＬＤを有し、翼部６０は約
０．２５の所望のＣＬＤを有し、翼部７５は約０．３０
の所望のＣＬＤを有する。

各ブレードに対する積分された設計揚力係数は、立方体
ブレードの長さに沿った翼の半径方向位置によって重み
づけられた平均翼部ＣＬＤを表している。積分されたＣ
ＬＤは、本発明において０゜２から０．７の範囲にある
。

各厚さ比は、記述されたキャンバ線のいずれでも、即ち
、ここに開示された様な一連のキャンバ線のいずれも利
用できる。同様に、その様な厚さが上述（第３図参照）
された翼部からスケールされる場合、各翼部に対する厚
さ比が変化する。

上述された高キャンバブレードは、約マツハ０゜８０で
最適に航行するよう設計される。しかし、翼集合体にお
いて典型的であるごとく、各部のキャンバ及び厚さは、
他の所望の伝道翼壁に対する最適ブレード荷重を得るた
めに変形可能である。例えば、低キャンバブレードは、
約マツハ０．８５で最適に航行するように設計される。

上述の翼集合体を利用することによって、特定のブレー
ドがマツハ０．１２から０．８５の間の伝道翼壁で最適
に機能するよう設計され得る。

〔発明の効果〕

本発明の翼集合体は、従来翼に比べて次の利点を与える
。翼部の比較的なまくらな前縁は、外部翼物損傷を最小
化する。また、ＮＡＣＡシリーズ１６ブレードの鋭い前
縁よりも製作が容易である。

比較的なまくらな後縁は、ブレードの取扱い上の問題を
少なくする。さらに、翼部は翼集合体の一部分であるの
で、マツハ０．７２から０．８５の間の特定の伝道翼壁
に対して最適荷重を与えるように、ブレードが設計され
得る。

本発明は、その最適実施例に関し、て詳述されたけれど
も、当業者であれば本発明の精神を逸脱せずに、形式及
び実体の変形、削除及び追加が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の翼集合体の複数の翼の一連の横断面
図及びこれらの翼断面のブレード軸に沿った典型的な位
置を示している高剛率を持つ高キャンバプロペラブレー
ドの平面図であり、これらの翼は、それらの形状を詳細
に示すために拡大されて図示されている。第２図は、本発明の翼集合体の複数の翼の一連の横断面
図及びこれらの翼断面のブレード軸に沿った典型的な位
置を示している高剛率を持つ低キャンバプロペラブレー
ドの平面図であり、これらの翼は、それらの形状を詳細
に示すために拡大されて図示されている。第３図は、本発明の翼断面のキャンバ線を示すグラフ図
で、Ｘ／Ｃは翼弦線上の無次元位置を表しており、Ｙ／
Ｃはキャンバ線の翼弦からの無次元高さを表している。第４図は、本発明の翼断面の厚さを示すグラフ図であり
、ｔ　／　ｃは対応する翼弦位置、Ｘ／Ｃ。における翼の無次元厚さを表している。第５図は、本発明の概念を用いている低キャンバブレー
ドの厚さと比と最大厚位置の関係を示すグラフ図である
。第６図は、本発明の概念を用いている高キャンバブレー
ドの厚さと比と最大厚位置の関係を示すグラフ図である
。００・・翼ブレード０．３０．４０．６０．７５・・・翼部１５・・・前縁
、１１７・・・中間部２０・・・上面、１２５・・・後縁３０・・・凹状下面手続補正書防式）平５５２年１０月２６日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）根本部と先端部を有する航空機用プロペラブレー
ドであって、上記ブレードは、７．５％と２％の間の厚
さ比を有する複数個の翼部から構成され、各翼部が実質
的にその全長に沿って次のｉ）からｖ）の構成を持つ横
断面形状を有することを特徴とする航空機用プロペラブ
レード。ｉ）放物線状の前縁、ｉｉ）上記前縁から約４０％翼弦まで延びている微小傾
斜を有し、７４％翼弦に極点を有するキャンバ、ｉｉｉ）約４０％翼弦から後縁までのゆるやかな圧力回
復上面、ｉｖ）揚力を得るため、約４０％翼弦から後縁までに設
けられた凹状下面であって、上記上面と合体して比較的
なまくらな後縁を形成している下面、及びｖ）上記ブレードの上記先端部から上記根本部まで、各
翼部の長手方向の途中に配置され、３７．５％翼弦から
３５．０％翼弦に存在する最大厚さ。
（２）上記厚さ比は、上記ブレードの上記先端部の翼部
に対する２％から上記ブレードの上記根本部の翼部に対
する７．５％まで増大していることを特徴とする請求項
（１）に記載の航空機用プロペラブレード。
（３）根本部と先端部を有するプロペラブレードに使用
される翼集合体であって、上記ブレードは上記先端部に
おける２％の比率から上記根本部における７．５％まで
厚さに傾きを持っており、上記翼集合体が、各翼部が実
質的にその全長にわたって次のｉ）からｖ）の構成を持
つ横断面形状を有する複数個の翼部から構成されている
ことを特徴とする翼集合体。ｉ）放物線状の前縁、ｉｉ）上記前縁から約４０％翼弦まで延びている微小傾
斜を有し、７４％翼弦に極点を有するキャンバ、ｉｉｉ）約４０％翼弦から後縁までのゆるやかな圧力回
復上面、ｉｖ）揚力を得るため、約４０％翼弦から後縁までに設
けられた凹状下面であって、上記上面と合体して比較的
なまくらな後縁を形成している下面、及びｖ）上記ブレードの上記先端部から上記根本部まで、各
翼部の長手方向の途中に配置され、３７．５％翼弦から
３５．０％翼弦に存在する最大厚さ。
（４）前縁部と後縁部を有する高剛率ブレードに使用さ
れる翼集合体であって、上記ブレードは先端部から根本
部にかけて厚さに傾きを持っており、上記翼集合体の各
翼が、次のｉ）からｉｉｉ）の構成を有することを特徴
とする翼集合体。ｉ）互いにスカラブルであり、同じ相対的形状をなし、
前縁から約４０％翼弦まで微小な傾斜を有しかつ７４％
翼弦に極点を有する複数個のキャンバ線であって、上記
前縁部から上記後縁部に延びている複数個のキャンバ線
のいずれか１つｉｉ）上記ブレードの先端部の翼部に対
する２％から上記ブレードの根本部の翼部に対する７．
５％まで増大している厚さ比、及びｉｉｉ）上記ブレードの先端部の翼部に対する３７．５
％翼弦から上記ブレードの根本部の翼部に対する３５．
０％翼弦までに配置された最大厚さ。
（５）前縁部と後縁部を有する高剛率ブレードに使用さ
れる翼集合体であって、上記ブレードは先端部から根本
部にかけての厚さに傾きを持ち、かつ約マッハ０．７２
からマッハ０．８５の速度で使用されるよう設計されて
おり、上記翼集合体の各翼が、次のｉ）からｉｉｉ）の
構成を有することを特徴とする翼集合体。ｉ）互いにスカラブルであり、同じ相対的形状をなし、
前縁から約４０％翼弦まで微小な傾斜を有しかつ７４％
翼弦に極点を有する複数個のキャンバ線であって、上記
前縁部から上記後縁部に延びている複数個のキャンバ線
のいずれか１つｉｉ）上記ブレードの先端部の翼部に対
する２％から上記ブレードの根本部の翼部に対する７．
５％まで増大している厚さ比、及びｉｉｉ）上記ブレードの先端部の翼部に対する３７．５
％翼弦から上記ブレードの根本部の翼部に対する３５．
０％翼弦までに配置された最大厚さ。
（６）前縁部と後縁部を有する高剛率ブレードに使用さ
れる翼集合体であって、上記ブレードは先端部から根本
部にかけての厚さに傾きを持っており、上記翼集合体の
各翼が、次のｉ）からｉｉｉ）の構成を有することを特
徴とする翼集合体。ｉ）互いにスカラブルであり、同じ相対的形状をなし、
前縁部から約４０％翼弦まで微小な傾斜を有しかつ７４
％翼弦に極点を有する複数個のキャンバ線であって、上
記前縁部から上記後縁部に延びている複数個のキャンバ
線のいずれか１つｉｉ）２％から７．５％の間にある厚
さ比、及びｉｉｉ）上記ブレードの先端部の翼部に対す
る３７．５％翼弦から上記ブレードの根本部の翼部に対
する３５．０％翼弦までに配置された最大厚さ。
（７）上記厚さ比は、上記ブレードの上記先端部の翼部
に対する２％から上記ブレードの上記根本部の翼部に対
する７．５％までに増大していることを特徴とする請求
項（６）に記載の翼集合体。