JPH1061494A - ロータに偶発的偏心が現われた後に航空機用ターボエンジンの運転を維持するための方法及びベアリングサポート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブロワの羽根の破断によって引き起こされる
ロータの偶発的偏心が現われた時でも、航空機用ターボ
エンジンの運転を維持することができる方法及び装置を
提供する。 【解決手段】 少なくとも二つの柔軟性レベル（３５、
３６）を有する少なくとも一つのベアリングサポート
（１７）によってロータを保持し、羽根（７）の頂点
（８）とケース（１０）の内壁（９ａ）との間の遊びＥ
を大きくし、脆弱な連結エレメント（３０）の破断によ
って、予め設定された最小値より大きい偏心が現われた
後に、ベアリングサポート（１７）を通常剛性レベル
（３５）から低い剛性レベル（３６）に移行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、異物の
衝撃によるブロワの羽根の破断によって引き起こされる
ロータの偶発的偏心いが現われた後に、航空機用タービ
ンエンジンの低速運転状態を維持するための方法を提案
する。

【０００２】本発明はまた、この方法を実施するために
特別に設計されたベアリングサポートで構成される装置
を提案する。

【０００３】運転中の航空機用ターボエンジンのロータ
の偏心は、遠心回転力を引き起こし、この回転力が、ベ
アリング及びベアリングサポートを介して、ターボエン
ジンの構造に、また偏心が非常に大きい場合にはロータ
とステータの接点の構造に、さらには航空機の構造に伝
わってしまう。偏心には２種類ある。製造上の偏心と偶
発的偏心である。製造上の偏心は、無視できないほど大
きいものであったとしても、ロータの製造に注意を払う
ことによって小さな値に戻すことができる。偶発的偏心
は主に、羽根の破断によるものである。これらの偏心は
大きい場合もあり、ターボエンジンと航空機の構造が破
壊されないように、直ちにターボエンジンを停止させる
必要があるような非常に大きな値をとる恐れがある回転
力を引き起こすこともある。羽根の破断は、ターボエン
ジンの空気取入れ口の中に鳥のような異物が偶然入り込
んでしまったことによって、航空機の離陸及び着陸段階
中に主に地面の付近で起きる。このような事故によっ
て、ターボエンジンを直ちに停止させることが必要とな
り、その結果こうした状況の中で航空機がクラッシュさ
れる危険もある。したがって解決すべき第一の問題は、
たとえば羽根の破断によって偏心が生じたとしても、少
なくとも限られた時間は、小さい推力で、航空機が着陸
するまで、ターボエンジンの運転を維持することにあ
る。

【０００４】最新のターボエンジンは、一般的に、「二
重流束」型と呼ばれており、特に亜音速ターボエンジン
において必要最小限の推進力を確保する「ブロワ」と呼
ばれる第一段の回転羽根を備えている。ブロワのこれら
の羽根は非常に脆い。なぜなら、それらはターボエンジ
ンのすぐ前に取付けられ、大きくて薄く、一端はロータ
によって保持されているのに対して、ロータの周辺にあ
るもう一端は自由になっているからである。破断は通
常、羽根の自由端に向かって生じるとしても、羽根が大
きいことから生じる偏心も大きくなる恐れがある。目安
として、二重流束型ターボエンジンにおいては、構造上
の弾性と、その結果として生じる共振現象を計算に入れ
ると、偏心は３〜４ｋｇ・ｍに達し、回転応力は１分間
に５０００回転でおよそ１０⁵ＤａＮになる。したがっ
て、第二の問題は、これほど大きな偏心があってもター
ボエンジンの運転を維持することにある。

【０００５】通常運転におけるターボエンジンの効率を
改善するためには、回転している羽根と、前記の回転羽
根の正面にあるケースの内壁との間のエアの漏れを小さ
くする必要がある。そのためには、内壁と羽根との間の
遊びを大きくし、さらに、内壁に、羽根に影響を与える
のに十分な厚みの摩耗材と呼ばれる柔らかい材料を張
る。羽根は、回転しながら、この摩耗型材料を平らに削
り、ロータの正確な寸法に厚みを調整することによっ
て、エアの漏れを最小限に抑える。したがって、第三の
問題は、ターボエンジンの通常運転中にこうした漏れが
大きくならないようにすることにある。

【０００６】羽根付きロータ、特にブロワは、必ず製造
上の偏心を有するものであり、ブロワの直径が大きく、
また重くなるほどその偏心も大きいものとなる。回転中
は、ターボエンジンの構造の自然の弾性に関連している
この偏心が、ロータと構造のアセンブリに固有のモード
に対応する共振点をともなう径方向及び遠心性の回転力
を引き起こし、この回転力がエンジンの構造とベアリン
グの加速的な疲労を引き起こす。このことを解消するた
め、ロータのベアリング、とりわけその前方ベアリング
は、通常、弾性ベアリングサポートによって保持されて
おり、その主な結果として、振動が小さくなるととも
に、構造に伝わる応力も小さくなる。ＥＰ６３ ９９３
号には、放射平面においてストローク型の弾性エレメン
トを備えているこのようなベアリングが紹介されている
が、この弾性エレメントは、ケージロータを形成する目
透かしされた円錐台（tronc de cone ajoure）の形をし
ている。ただし、この弾性エレメントのストロークは、
それ自体もまた円錐台の形をしている堅固なエレメント
によって放射方向に限定されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなベアリングは、ロータの放射方向の振動の振幅を大
きくさせてしまい、その結果エアの漏れの発生源である
摩耗材を必要以上に削ってしまうという欠点を有してい
る。実際に、技術者は結局、ロータの製造上の小さな偏
心の結果生じる振動を小さくするために、必要最小限度
までこのようなベアリングの弾性を制限しなければなら
ない。その結果、このベアリングは、ロータの偶発的偏
心によって生じた問題を解決することができない。

【０００８】米国特許第４ ２８９ ３６０号として交
付されたＵＳ６９ １９６号出願にもとづく優先権を主
張するＦＲ２ ４６３ ８５３号から、通常は堅固であ
るが、羽根の破断の結果生じる大きな偏心の影響で連結
エレメントが破断することによって解放されるベアリン
グサポートを備えたターボエンジンが知られている。こ
うしたターボエンジンでは、ケースの中の回転ロータの
遊びは増大し、この遊びはより厚みのある摩耗材で塞が
れる。この場合ロータは、この新しい慣性軸の周りを回
転しようとし、その結果、ターボエンジンの構造に加え
られる応力や偏心が小さくなる。しかしながら、このよ
うな装置は、効果的な緩衝材が取付けられている場合に
のみ正確に作動することができる。このような緩衝材
は、この特許においては、互いに対して可動な、油膜に
よって隔てられているセグメントによって保持される。
しかしこの装置は、航空機用の大型ターボエンジンにお
いてはほとんど考えられない。なぜなら、大型ターボエ
ンジンは、質量や規模が極端に大きな緩衝手段と、炭化
を引き起こす恐れがある加熱からオイルを守るために大
きな冷却手段を必要とするからである。

【０００９】さらに、とりわけ、羽根の破断によって生
じる大きな偏心の影響で連結エレメントが破断すること
によって同じように解放されるベアリングサポートをタ
ーボエンジンに備えるといったブロワ段に適合した解決
策が知られている。この場合、ケースの中の回転ブロワ
は、より小さな遊びを有しており、摩耗材で塞がれてい
る。羽根の破断及びベアリングの解放後、その新しい慣
性軸の周りを回転しようとするブロワは、摩耗材を平ら
に削り、羽根の頂点によってケースに支えられている。
このとき、このケースがブロワの回転を誘導し、その結
果ベアリングの機能が確立される。このような解決策に
よって、非常に限定された時間だけブロワを回転させ、
その結果エンジンからわずかでも推力を得ることができ
る。ケースは堅固なので、この解決策は固有モードを高
い回転速度の方へ移動させる。この結果、低速では回転
力は低下するが、高速ではこの同じ回転力が大きくな
る。この力は、たとえば１分間に５０００回転で１０⁵
ＤａＮに達することもある。しかし、この解決策には以
下の四つの欠点がある。

【００１０】１）最大回転力は、航空機の軌道の最大臨
界時、すなわち、離陸の時に発生するのに対して、ター
ボエンジンは最大推力を与えるために最大速度で回転す
る。

【００１１】２）ケースと羽根の頂点が摩擦することに
よって大きなエネルギーが発生する。このエネルギー
が、ブレードの横方向に沿って羽根を振動させ、その結
果、前記の羽根のさらに大きな破断及び火災の危険を生
じる恐れがある。

【００１２】３）ケースと羽根の頂点の乾燥摩擦は、非
常に短時間しか許容可能でない。

【００１３】４）ベアリングのこの機能を確立するため
に、ケースが補強されなければならない。そのためケー
スの質量とコストが増大する。さらに、ＵＳ４ ５２７
９１０号によって、ケージロータ型の弾性エレメント
を有するベアリングサポートが知られているが、この弾
性エレメントのストロークは固定クラウンによって限定
され、こうして発生したエネルギーは粘着性のある緩衝
材によって制限される。固定リムは、それ自体、その連
結エレメントの破断によって解放され、そのため、より
大きなストロークを許容でき、エネルギーは部分的に第
二の粘着性緩衝材によって吸収される。すでに見たよう
に、このような解決策は、航空機用の大型ターボエンジ
ンにおいてはほとんど考えられない。なぜなら、そのよ
うなターボエンジンは、寸法についても質量についても
並外れた大きさの緩衝材エレメントを必要とするからで
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、ロータに偶発
的な偏心が現われた後にも、航空機用ターボエンジン
が、低速飛行速度Ｖ１以上のロータの回転速度で運転し
続けることができるような方法と、その方法の実施のた
めに特別に設計された装置を提案している。本発明は、
ロータがベアリングに取付けられ、その周辺に羽根を備
え、それらの羽根がケースの内側を移動し、羽根の頂点
とケースの内壁との間の径方向の遊びＥが、必ずしも必
要というわけではないが、通常は、摩耗型被覆によって
覆われているターボエンジンに適用される。このような
ターボエンジンにおいては、ロータの固有モードは通常
運転においてはＶ１より大きい。

【００１５】本発明によれば、このような結果は以下の
ようにして得られる。

【００１６】１）少なくとも二つの剛性レベル、すなわ
ち、Ｖ１より大きいロータの固有モードに対応する通常
の剛性レベルと、少なくともＶ１より小さいロータの固
有モードに対応する低い剛性レベルを有する少なくとも
一つのベアリングサポートを介してロータを保持する。

【００１７】２）予め設定した最大偏心の影響によるロ
ータの径方向の移動に対応する値Ｄ以上の遊びＥを設け
る。前記ロータは、低い剛性レベルでベアリングサポー
トによって保持され、ロータは速度Ｖ１で回転する。

【００１８】３）ベアリングサポートの通常の剛性レベ
ルを、最小限の予め設定された偏心が現われた後に低い
剛性レベルに移行させる。

【００１９】このように、ターボエンジンは、偶発的偏
心がロータに現われない限り、通常条件で作動する。偏
心が現われた後、ベアリングサポートの通常の剛性レベ
ルから低い剛性レベルへの移行は、Ｖ１より小さい速度
におけるロータの固有モードの低下を引き起こし、その
結果、Ｖ１より大きい速度において、ターボエンジンの
構造に対してロータによって伝達される回転力Ｆが低下
し、さらに結果的に、これらの速度でのターボエンジン
の運転が可能になる。

【００２０】さらに好都合なことに、ベアリングサポー
トは、ターボエンジンのブロワ段を保持するサポートと
なる。というのも、この段はとりわけ異物の衝撃や、そ
の影響で羽根の損壊にさらされるからである。

【００２１】やはり好都合なことに、通常の剛性レベル
から低い剛性レベルへの移行は、予め設定された最小限
の偏心の影響で、脆弱な連結エレメントの破断によって
行われる。

【００２２】本発明はまた、この方法を実施することが
できるベアリングサポートを提案している。このような
ベアリングサポートは、平行に作用し、それぞれがエン
ジンの構造にベアリングをつなげるＮ＞１個の弾性エレ
メントを備えており、Ｎ−１個の弾性エレメントは、脆
弱な、すなわち予め設定した最小レベルを超えてしまっ
た偏心によって生じた径方向応力の影響によって破断す
る恐れがある連結エレメントを用いてこの連結を行な
う。

【００２３】望ましい実施の形態においては、これらの
弾性エレメントは、ドラム缶形あるいは円筒形や円錐形
の薄壁の形で同心であり、一方の側はそれらの先端によ
ってエンジンの構造に連結され、他方の側はベアリング
に連結されている。この連結は一方では恒久的なもので
あるが、他方ではＮ−１個のエレメントについては脆弱
である。これらのエレメントは軸方向に配置されてお
り、ロータの軸への放射面においてせん断及び引っ張り
応力の作用による破断の影響を受けやすい。

【００２４】ターボエンジンの運転は以下の通りであ
る。

【００２５】１）通常運転においては、弾性エレメント
は連動している。弾性エレメントの剛性は、ベアリング
の剛性が最大になり、ちょうど製造上不可避である偏心
によって生じる小さな回転力を吸収することができるよ
うに加えられる。ベアリングによってしっかり回転誘導
されるロータは、取付け後の最初の何回かの回転のとき
にケースの摩耗材を平らに削り、この摩耗材の中にちょ
うど十分な移行を生じさせ、その結果、エアの漏れをで
きるだけ抑えるとともに、通常運転におけるターボエン
ジンの最良効率を維持することができる。

【００２６】２）偶発的偏心によって生じる回転力の作
用によって、脆弱な連結エレメントは破断し、対応する
弾性エレメントはもはや作用せず、ベアリングサポート
は径方向で、より柔軟になってしまう。この軟化は、以
下の二つの重大な影響とともに、ロータの固有モードを
低い回転速度の方向へ移動させる。

【００２７】− 最大回転力は、固有モードの付近で小
さくなる。

【００２８】− ロータの固有モードを超えた高い速度
での回転力が小さくなり、そのため、少なくとも限られ
た時間中は、ターボエンジンの低下した運転と推力の維
持が可能になり、このことは、飛行領域においては、Ｖ
１という低速飛行からＶ２という最大定格飛行への移行
となる。

【００２９】技術者は、ロータの最初の軸に対する放射
方向の移動の振幅Ｄを「遊びの消費量（consmmations d
e jeu）」と呼ぶ。この振幅は、平らに削られた摩耗材
の厚みに等しい。低下した運転中及びＶ＜Ｖ１の時に
は、ステータに対するロータの遊びの消費は、特にベア
リングサポートの柔軟性と偶発的偏心の大きさとともに
増大する。このため、技術者は、ロータが脆弱なエレメ
ントが破断した後に常にベアリングによって回転誘導さ
れ、その結果ケースと接触しないようにするために、羽
根の頂点とケースの内壁との間の十分な遊びＥを定め
る。少なくとも、その飛行領域におけるターボエンジン
の通常回転速度及び予め設定された損傷度については、
この遊びＥが定められ、このように本発明によって得ら
れる効果は保持される。

【００３０】本発明は、ＥＰ６３ ９９３号によって紹
介されているベアリングと同一視できるものではない。
というのも、このようなベアリングにおいては、脆弱な
連結は存在せず、柔軟なエレメントの径方向の逸脱を制
限するために、固有モードを超えた場合あるいは偏心の
場合には、柔軟なエレメントを取り囲む堅固なエレメン
トが働きかける。その結果、固有モードが大きい回転速
度に向けて移動するとともに、偏心の結果生じる回転力
がそれに対応して増大する。この点は、本発明によって
生じる効果及び本発明によって得られる結果に反するも
のである。

【００３１】本発明はまた、先述のＵＳ４ ５２７ ９
１０号によって紹介されているベアリングと同一視でき
るものではない。というのも、このようなベアリング
は、いかなる状況でも有効であり続ける唯一つの柔軟な
エレメントしか備えておらず、脆弱な連結は、振動の緩
衝材に対してのみ働きかけることができるからである。
このようなベアリングはまた、ブロワの回転誘導を放射
方向に軟化させることができず、本発明とは反対に、偶
発的な偏心が現われた後にこのブロワの固有モードを低
下させることもできない。それに加えて、粘着性の緩衝
手段によって、大型ターボエンジンではこのベアリング
を使用できない。

【００３２】本発明の別の利点は、脆弱な連結部が破断
した後に、本発明によるベアリングサポートによって保
持されているベアリングの厳密な軸方向の位置決定手段
を追加する必要なく、低速運転を維持できる点である。
この維持は、少なくともそれ自体は脆弱な連結部を備え
ていない弾性エレメントによって確立される。ＦＲ２４
６３ ８５３号によって紹介されている装置とは反対
に、この維持は摩擦が起きずに行われるので、本発明に
合致しているベアリングサポートは、羽根自体の軸方向
の位置決定を維持し、このシャフトに加えられる軸方向
の推力を取り戻すために、スラスト作用型のベアリング
と協働で使用することができる。

【００３３】したがって、本発明は、大型ターボエンジ
ンのブロワ段への適用に非常に適しており、前記のブロ
ワ段は、スラスト作用型の、一般にはボール型の大型ベ
アリング上で軸回転する。またこのブロワ段がターボエ
ンジンの推力の主要部分を発生し、この推力は、低速運
転であっても、前記ベアリングと前記ベアリングサポー
トによってターボエンジンの構造に伝達される。

【００３４】本発明の別の利点は、緩衝材を用いた装置
とは反対に、脆弱な連結部が破断した後に熱的散逸が起
きない点である。これによって、大型ターボエンジン上
に、補足的な冷却手段を配置しないで済む。もう一つの
利点は、増大した遊びＥ５と、その結果生じる質量の減
少からくるゲインによってロータとステータの相互作用
の危険が減少する点である。

【００３５】本発明はまた、望ましい実施の形態におい
ては、ほとんどコストがかからず、一般的な形を有して
おり、大きさ及びベアリングとターボエンジンの構造へ
の連結手段が、ターボエンジン上で通常使用されている
従来のベアリングサポートと非常に似通っている単純な
ベアリングサポートを使用するという利点を有してい
る。結果的に、本発明は、構造を手直しすることなくタ
ーボエンジンに適用することができる。

【００３６】本発明及びその利点をよりわかりやすくす
るために、実施の形態の詳細、得られる結果、さらに添
付の図面を以下に説明する。

【００３７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明によるターボエン
ジンのブロワ段を表す図である。

【００３８】図２は、本発明によるベアリングサポート
の弾性特性を示すグラフである。横座標はベアリングの
径方向変形を引き起こす回転力Ｆを表し、縦座標はベア
リングの対応する径方向の変位Ｄを表す。

【００３９】図３は、ロータの回転速度Ｖとベアリング
サポートのさまざまなタイプに応じて、ロータによって
ベアリングに加えられる回転力Ｆを示すグラフである。
縦座標の回転力Ｆの単位はデカニュートン（ＤａＮ）で
あり、横座標の回転速度Ｖの単位は１分当りの回転数
（ｔｒ／Ｍｎ）である。

【００４０】図４は、前記ロータと図２ですでに引合い
に出されたベアリングサポートの回転速度Ｖに応じて、
ステータに対するロータの遊びの消費量を示すグラフで
ある。遊びの消費Ｄは縦座標に表され、横座標に表され
ている回転速度Ｖは、図３と同じ目盛りで一分当りの回
転数（ｔｒ／Ｍｎ）を単位とする。

【００４１】この実施の形態においては、ターボエンジ
ンは、大型の亜音速輸送用航空機で通常使用されている
「二重流束型」とよばれるタイプである。このようなタ
ーボエンジンは、技術者に良く知られているものである
ので、説明を簡潔にするために、本発明の正確な理解に
必要なこのターボエンジンの構成要素のみについてここ
で説明する。

【００４２】まず最初に図１を参照する。ロータ１は、
その中央部分に、幾何的回転軸３の周囲を回転するシャ
フト２を有し、その周辺部分には、特にシャフト２に連
動しているブロワの一つの段４を有する。前記のブロワ
段４は、エア取り入れ用のテーパ５によってターボエン
ジンの前方に向かって延びる。ブロワ段４は、その前方
部分に、シャフト４に連動しているリム６、及びリム６
の周辺に径方向に配置されたいわゆるブロワの複数の羽
根７を備えている。羽根７の頂点８は、ブロワ段４を取
り囲むケース１０の内壁９の付近にくる。羽根７の頂点
８の正面に位置している内壁９の部分９ａは、摩耗型被
覆１１で覆われており、この被覆の内壁１２はロータ１
の最初の回転時に羽根の頂点８によって平削りされる。
ただし、この内壁１２は、おおよそケース１０の内壁９
の延長線内に留まっている。このように羽根７の頂点８
と摩耗材１１の内壁１２との間に構成される小さな遊び
をｅとする。また、羽根７の頂点８とケース１０の内壁
９ａとの間の遊びをＥとすると、遊びＥは、ターボエン
ジンの通常運転中には摩耗材１１によって覆われる。

【００４３】ロータ１の回転によって、羽根７は、幾何
軸３に沿って回転しながら、リム６の周辺１４によって
延長されるエア取入れテーパ５とケース１０の内壁９と
の間で前方から後方へ向かってエアの流れ１３を発生
し、このエアの流れがターボエンジンによって発生する
推力を発生することがわかる。さらに、遊びｅは同じエ
アの流れの漏れを発生させ、この遊びｅは、ターボエン
ジンの通常運転においては、ブロワ段４の効率を悪くさ
せないように小さくならなければならないことがわか
る。

【００４４】シャフト２と、その影響としてロータ１
は、幾何軸３に沿って回転誘導され、ベアリングサポー
ト１７を介してターボエンジンの構造１６に連動するボ
ール型ベアリング１５によって並進位置に置かれてい
る。このベアリング１５は、ブロワ段４のすぐ後方に配
置されている。シャフト２もまた、もう一つのベアリン
グサポート１９を介して、ターボエンジンの構造１６に
連動するローラベアリング１８によってターボエンジン
の後方に誘導される。

【００４５】ベアリングサポート１７は、幾何軸３の周
りを回転する一般的形状を有する。このベアリングサポ
ート１７は、大きな底面２１ａが、複数のボルト２３に
よってターボエンジンの構造１６に固定されているフラ
ンジ２２によって外側に向かって径方向に延びる円錐台
形の柔軟な壁面２１で構成される柔軟な第一のエレメン
ト２０を有する。柔軟な壁面２１の小さい底面２１ｂ
は、ベアリング１５を外輪によって締め付ける機構２４
によって軸方向に延び、柔軟で薄いフランジ２５によっ
て外側に向かって径方向に延びる。

【００４６】フランジ２２と２５は、この実施の形態に
おいては、各々幾何軸の平座金の形を有し、したがっ
て、軸３に対して垂直な面内に配置されている。前記フ
ランジ２２と２５は、各々、内側円周によって、それぞ
れ円錐台形壁面２１の大きな底面２１ａと小さな底面２
１ｂに連動している。

【００４７】ベアリングサポート１７はまた、大きな底
面２７ａが、同じボルト２３によってターボエンジンの
構造１６に固定されているフランジ２８によって外側に
向かって径方向に延びる円錐台形の柔軟な壁面２７で構
成される柔軟な第二のエレメント２６を有し、フランジ
２８はフランジ２２に支えられている。柔軟な壁面２７
の小さい底面２７ｂは、小さな遊びとともにフランジ２
５の正面にくる第二のフランジ２９によって内側に向か
って径方向に延びている。

【００４８】フランジ２８と２９は、この実施の形態に
おいては、各々幾何軸３の平座金の形を有しており、し
たがって、軸３に対して垂直な面内に配置されている。
前記フランジ２８は、その内側円周によって、壁面２７
の大きな底面２７ａに連動しており、一方、フランジ２
９は、その外側円周によって、壁面２７の小さな底面２
７ｂに連動している。

【００４９】フランジ２５と２９は、脆弱な、すなわち
ベアリング１５上に加えられる予め設定された径方向応
力Ｆの影響で破断する恐れのある連結エレメント３０に
よって連動するようになっている。脆弱なエレメント３
０は、たとえば、断面が、切断を引き起こすはずの応力
Ｆに応じて計算され弱くなる幾何軸３に平行に配置され
ているボルトとすることができる。

【００５０】ベアリングサポート１７の動作は次の通り
である。通常運転においては、脆弱な連結エレメント３
０は、破断せず、ベアリング１５が、柔軟な壁面２１と
２７を介して同時に保持されるように、フランジ２５と
２９を互いに結び付けている。それらの壁面の剛性は互
いに加算され、ターボエンジンの構造１６の剛性と組み
合わされる。この剛性は大きく、羽根７の頂点８と摩耗
材１１の内壁１２との間の空間ｅが最小となるように、
製造上の小さな偏心の結果生じる応力Ｆをちょうど吸収
することができ、それによって、エアの漏れをできるだ
け小さくすることができる。

【００５１】応力Ｆが、主に羽根７の断片の破断の作用
によって予め設定された最小値を超えてしまうと、脆弱
な連結エレメント３０が破断し、柔軟なエレメント２６
はもはやベアリング１５の保持に寄与することができな
くなる。ただし、この機能は、唯一柔軟なエレメント２
０によってのみ確立され続ける。したがって、ベアリン
グ１５は、径方向に保持され、柔軟エレメント２０の剛
性である低い剛性がターボエンジンの構造１６の剛性と
組み合わされる。シャフト２の径方向移動の振幅Ｄは増
大し、フランジ２５は、幾何軸３に対する垂直面に沿っ
て、フランジ２９に対して移動する。

【００５２】大きな底面２１ａと２７ａの直径はほとん
ど同じとすることができる。好都合なことに、小さな底
面２７ｂの直径を小さな底面２１ｂよりはるかに大きく
し、底面２１ｂまたは２７ｂのいずれか一方に連結エレ
メント３０を近づける。この結果、フランジ２５または
２９のいずれか一方を、縁の付近に連結しながらも、そ
の径方向の幅を増大させることができる。このより幅広
いフランジ２５あるいは２９は、軸方向に、すなわち幾
何軸に平行な方向に、より柔軟である。その結果、脆弱
な連結エレメント３０に加えられる軸方向の応力が小さ
くなる。

【００５３】好都合なことに、フランジ２５は、フラン
ジ２９の前方に位置する。そのために、脆弱な連結部３
０が破断した後も、ブロワ段４は大きな推力を確保し続
け、ターボエンジンの前方に向かってシャフト２とベア
リング１５を引っ張ろうとするので、フランジ２５は、
軸方向に沿って、壁面２１の残された柔軟性によって前
方にわずかに移動する。このときフランジ２９と接触し
ないフランジ２５は、ロータが偶発的偏心の作用によっ
て幾何軸３に垂直な面内を移動する時、このフランジ２
９と摩擦を起こさない。そのために、フランジ２５と２
９の正面にある面が互いにこすれ合うことによる摩耗、
及びベアリング１５とそのサポート１７がさらに加熱さ
れるような熱の大幅な放出も防ぐことができる。このよ
うな加熱は、非常に大きな外力を加えられ続けるこれら
二つの機構１５と１７の機械的耐性を損なうものであ
る。

【００５４】フランジ２５が、フランジ２９の前方に位
置している場合には、柔軟なエレメント２０と２６を組
み合わせることができるように、フランジ２５と２９の
中でそれらの円周に沿って、相補的な形状の突起と溝と
が交互になるように切込みを入れる。エレメント２７
が、軸３に沿って前方から後方へ並進運動することによ
って、エレメント２０の周りにくると、各フランジの突
起部は、もう一方のフランジの溝を通ることができる。
フランジ２２と２８が接触すると、フランジ２５と２９
の突起部、ならびに連結エレメント２３と３０を通す穴
が互いに正面にくるように、エレメント２６を軸３の周
囲でエレメント２０に対して軸回転させるだけよい。

【００５５】ベアリング１５の偶発的偏心の作用による
径方向の変位Ｄにともなって、羽根７の頂点８の軌道が
ほぼ同等に移動する。この径方向の変位Ｄに組み合わさ
れたブロワ段４の回転の作用により、羽根７の頂点８
は、径方向の変位Ｄに等しい深さで摩耗材１１を平削り
する。技術者は、自らの計算方法と通常の実験によっ
て、頂点８がケース１０の内壁９ａに接触しないように
するのに十分な遊びＥ＞Ｄを定める。これはまた、予め
設定された最大偏心と予め設定されたブロワ段４の回転
速度の範囲について、唯一有効であり続ける柔軟なエレ
メント２０の剛性に応じて、さらにロータ２とターボエ
ンジンの構造１６の独自の特性に応じて定められるもの
である。

【００５６】技術者は、最大損傷度、つまりターボエン
ジンの運転維持を可能にしたいと考えている最大偏心に
応じて遊びＥの寸法決めをすることになることがわか
る。

【００５７】ターボエンジンのロータは、ケース３３の
内側で回転する低圧コンプレッサ３２のような実用的ア
センブリに統合された複数の羽根段３１を有する。前記
コンプレッサ３２は、ブロワ段４の後方に、つまり後部
ベアリング１８のすぐそばに位置する。ブロワ段４の径
方向移動は、他の段３１の各々の径方向の移動に影響を
与えるので、技術者は同じ要領で、これらの段３１の羽
根の頂点と、それらを取り囲むケースの内壁３３との間
に十分な遊びを設け、この遊びは同じ要領で摩耗材によ
って覆われる。

【００５８】次に図２を参照する。右側部分３５は、タ
ーボエンジンの通常運転中の回転応力Ｆに応じたベアリ
ング１５の径方向変位Ｄを表す。ベアリングサポートの
弾性変形の作用によって、この移動は直線的なものとな
り、非常に小さい値のままであり、それはロータの製造
上の偏心を吸収するのにちょうど十分である。回転力Ｆ
が、ベアリングサポート１７とターボエンジンの運転を
変えようとする起点となる最小偏心に対応する予め設定
された限界値Ｆｏに達すると、脆弱エレメントが破断
し、ベアリングはより柔軟になる。Ｆに応じた変位Ｄ
は、傾きＤ／Ｆが右側部分３５の傾きよりはるかに大き
い半直線３６によって表されている。

【００５９】ここで、図３と図１を同時に参照する。横
座標の値はロータ１の回転速度を表す。低速飛行速度を
Ｖ１＝２０００ｔｒ／ｍｎ（１分当りの回転数）とし、
離陸時に使用される最大定格飛行に対応する最高速度を
Ｖ２＝５０００ｔｒ／ｍｎとする。エンジンは、航空機
の飛行中にこのように定められた範囲内で使用される。
縦座標の値は、ロータ１が、ベアリング１５とベアリン
グサポート１７を介して構造１６に対して加えるＤａＮ
（デカニュートン）を単位とする回転応力Ｆを表してい
る。曲線の集合は、おおよそ、ブロワの羽根の上部３分
の１の破断に対応する３ｋｇ・ｍの偏心について与えら
れている。

【００６０】曲線４０は、羽根７の頂点８とケース１０
の内壁９ａとの間の小さい遊びＥを有する従来のベアリ
ングサポート１７の場合における回転力Ｆを表してい
る。回転力Ｆの作用の下で、ベアリングサポート１７と
構造１６は、弾性的に変形し、さらに羽根７の頂点８は
摩耗材１１を平削りし、内壁９ａと接触してしまう。こ
のときケース１０は、ベアリング１５と協働してブロワ
段４の補足的誘導を行なう。これらの条件においては誘
導の径方向剛性は大きくなり、構造１６の剛性に組み合
わされたベアリングサポート１７の剛性分が加えられた
ケース１０の剛性に対応する。この結果、ロータ１の固
有モード４０ａが最大速度Ｖ２を超えるまで移動するこ
とになる。それにもかかわらず、回転力Ｆは５０００ｔ
ｒ／ｍｎでは１００・１０³ＤａＮに達し、２０００ｔ
ｒ／ｍｎを超えると２５・１０³ＤａＮより大きいまま
となる。ターボエンジンの構造１６及び航空機の構造に
よってこのような回転力を支えるのは難しく、結局パイ
ロットはできるだけ迅速にエンジンを停止しなければな
らない。

【００６１】曲線４１は、同じベアリングサポート１７
をもち、羽根７の頂点８がケース１０の内壁９ａと摩擦
しないようにするのに十分な遊びＥを有する場合の同じ
回転力を表している。固有モード４１ａは、この例にお
いては、Ｖ１−Ｖ２の飛行領域の低い方から３分の１の
ところに位置する。回転力Ｆは飛行領域においては２５
・１０³ＤａＮより大きいままとなり、この例では飛行
領域の低い方から３分の１に位置している固有モード４
１ａでは１００・１０³ＤａＮに達する。したがって、
単に遊びＥを大きくしただけでは、問題は解決しない。

【００６２】曲線４２、４３、４４は、異なる三つのレ
ベルの柔軟性について、本発明によるベアリングサポー
ト１７による回転力Ｆを表す。脆弱な連結部３０は破断
し、遊びＥは、羽根７の頂点８がケース１０の内壁９ａ
と摩擦しないようにするのに十分大きいことが前提とな
る。

【００６３】ベアリングサポートの柔軟性は増大し、曲
線４２から４３に向かって、また曲線４３から４４に向
かって、少しずつ大きくなっていることから、対応する
固有モード４２ａ、４３ａ、４４ａは低速飛行Ｖ１より
さらに低くなる。結果は、回転力Ｆが、Ｖ１−Ｖ２飛行
領域において低下し、曲線４２の場合には８ＤａＮで２
４の範囲、曲線４３の場合には４．４ＤａＮで７．８の
範囲、曲線４４の場合には２．２ＤａＮで３．３の範囲
に含まれる。このように、回転力は、特に曲線４４の場
合には、大きな割合で低下し、そのために、ターボエン
ジン及び航空機の構造に応じて最良の条件の下でサポー
トすることが可能である。回転速度Ｖが増大すると、回
転力ＦはＶ１−Ｖ２飛行領域においては減少することか
ら、ターボエンジンの運転は、高いレベルの飛行、特に
最高定格飛行Ｖ２において一層改善される。

【００６４】ここで図４のグラフを見てみよう。横座標
の軸は、図３のグラフと同じであるが、縦座標の軸は、
幾何軸３の垂直面におけるケースに対するブロワ段４の
相対的変位Ｄを表す。曲線４５、４６、４７、４８、４
９はそれぞれ、図３のグラフの曲線４０ないし４４の条
件におけるこの変位Ｄを表す。変位Ｄは当然のことなが
ら、固有モードに対応するブロワの回転速度において最
大値となる。つまり、４５ａ、４６ａ、４７ａ、４８
ａ、４９ａである。

【００６５】曲線４５の場合には、固有モード４５ａは
最高定格飛行Ｖ２を超えて位置決めされているので、移
動は最高定格飛行においては大きく、ターボエンジンの
使用範囲Ｖ１−Ｖ２においては回転速度とともに減少す
る。

【００６６】曲線４６の場合には、Ｖ１−Ｖ２の飛行領
域全体において変位Ｄは大きく、この飛行領域の低い方
から３分の１の部分で最大値を通る。

【００６７】線図４７、４８、４９の場合には、それぞ
れの固有モード４７ａ、４８ａ、４９ａは低速定格飛行
Ｖ１より下に位置しており、変位ＤはＶ１における低速
定格飛行ではより大きくなり、回転速度が大きくなると
減少する。結局、これらの曲線は、ターボエンジンの運
転が、高速定格飛行では、とりわけ最大定格飛行Ｖ２に
おいては改善されることを示している。こうした利点
は、図３のグラフによってすでに明らかになっている。

【００６８】好都合なことに、技術者は、遊びＥに対し
て、速度Ｖ１で曲線４７、４８、４９によって与えられ
る変位Ｄ以上の値、つまり遊びＤ１、Ｄ２、Ｄ３の消費
量を与えることになる。このように、飛行または着陸段
階では、ターボエンジンはＶ１を上回る速度で回転し、
羽根７の頂点８は、求められている主要な効果に従っ
て、ケース１０の内壁９ａとは接触しない。

【００６９】ただし、パイロットが損傷したターボエン
ジンを停止すると、回転速度Ｖは固有モード４７ａ、４
８ａまたは４９ａを通り、この時羽根７の頂点８はケー
ス１０の内壁９ａと摩擦することになる点に注意しなけ
ればならない。しかしながら、この現象は重大な結果を
招くものではない。なぜなら、この現象はＶ１−Ｖ２飛
行領域の外でわずかな支承力で、非常に短い時間だけ発
生し、運動エネルギー以下のエネルギーの可能な散逸
は、ロータ中で、低速定格飛行Ｖ１より下に留まるから
である。また、遊びＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、曲線４９の場
合にＤ３／Ｄ４＝１／３の比率で、曲線４６の固有モー
ド４６ａに対応する遊びＤ４より小さいままである点が
注目される。

【００７０】さらに、遊びＥの値Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３への
低下によって、対応する曲線４７、４８、４９はもは
や、これらの遊びＤ１、Ｄ２またはＤ３におおよそ限定
されるロータの現実的な移動を表さない点が注目され
る。曲線４２、４３、４４についても同様である。

【００７１】固有モード４２ａ、４３ａまたは４４ａ、
４７ａまたは４８ａ、４９ａの低下によって、回転力Ｆ
と径方向変位Ｄを低下させることができるにもかかわら
ず、技術者は、さらに好都合には、弾性エレメント２０
に対して、たとえば航空機の方向の変更によって生じる
径方向の加速作用の下でロータ１の放射移動を限定する
のに十分な剛性を与えることができるように、この固有
モードをＶ１／４以上、できればＶ１／２以上の値に維
持するであろう。その結果、少なくとも予め設定された
限界値を下回る加速については、羽根７の頂点８が、ケ
ース１０の内壁９ａに接触することを防ぎ、結果的に航
空機の操縦性を大きくすることが可能になる。

【００７２】図３のグラフの曲線４１または４２は、回
転速度Ｖが大きくなると、回転力Ｆと径方向変位Ｄが減
少することを示している。このように、たとえば離陸時
に航空機が損傷したターボエンジンによって地面付近を
旋回するとき、パイロットはまた、目の前にある障害物
の上方を通り過ぎるために最大定格飛行Ｖ２までターボ
エンジンを上げるあるいは維持することができる。

【００７３】本発明のもう一つの利点は、回転力Ｆと遊
びの消費量Ｄが、スラスト効果型ベアリング、たとえば
ボールベアリングを介して、ロータの軸方向の位置決め
を維持しながらも非常に低いレベルに下げることがで
き、この位置決めは、先述のＦＲ２ ４６３ ８５３号
及びＵＳ４ ５２７ ９１０号によって紹介されている
装置とは反対に、摩擦による熱の散逸がなく行われると
いう点である。したがって、本発明は、大型ターボエン
ジンにおいて補足的な冷却手段を必要とせずに使用する
ことができる。

【００７４】本発明のまた別の利点は、使用されるベア
リングサポート１７は、少なくとも望ましい実施の形態
においては、一般的な形状と、ターボエンジンにおいて
通常使用されている従来タイプのベアリングに似通った
ターボエンジンの構造１６とベアリング１５をともなう
連結形態や寸法を有する点である。したがって、本発明
は、ターボエンジンの通常の構造を手直しすることなく
適用することができる。

【００７５】最後にもう一つの利点は、遊びＥが増大す
ることによって、ケースとロータとの間の相互作用の危
険が小さくなる点である。

【００７６】本発明は、以上の実施の形態に限定される
ものではない。最も重要な用途は、ブロワの羽根の破断
の防止であるとしても、また、本発明に従って、遊びＥ
及びベアリングサポートたとえば１９を適合させること
によって、ロータの偏心の他の原因、とりわけコンプレ
ッサまたはタービンの段における羽根の破断に対しても
適用できる。

【００７７】ターボエンジン、特に最も大型のターボエ
ンジンは、ベアリング１８に向かってベアリング１５の
さらに後方に配置されているような、シャフト２を保持
する補足的ベアリングを備えることができ、シャフト２
は軟化される。この場合には、このような配置の結果生
じる補足的ベアリングサポートは、本発明に従って好都
合に形成される。

【００７８】ベアリングサポートはまたＮ＞２個の弾性
エレメントを備えることができ、これらのエレメントの
うちのＮ−１個は、各々、大きくなる損傷に対して予め
備えることができるように、耐久性が大きくなっていく
脆弱な連結部を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるターボエンジンのブロワ段を示す
図である。

【図２】本発明によるベアリングサポートの弾性特性を
示すグラフである。

【図３】ベアリングサポートのさまざまなタイプとロー
タの回転速度Ｖに応じた、ロータによってベアリングに
加えられる回転力Ｆを示すグラフである。

【図４】ベアリングサポートとロータの回転速度Ｖに応
じたステータに対するロータの遊びの消費量を示すグラ
フである。

【符号の説明】

７ 羽根 ８ 頂点 ９ａ 内壁 １０ ケース １７ ベアリングサポート ３０ 連結エレメント ３５ 通常剛性レベル ３６ 低い剛性レベル

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータに偶発的偏心が現われた後に航空
   機用ターボエンジンの運転を維持することを可能とする
   方法であって、前記運転維持は、ターボエンジンの低速
   飛行速度Ｖ１以上の回転速度で行われ、前記偏心は予め
   設定された最大値以下に留まり、偏心を受ける前記ロー
   タ（１）は、各々ベアリングサポート（１７、１９）に
   よってターボエンジンの構造（１６）に連結されたベア
   リング（１５、１８）に取付けられ、前記ロータ（１）
   はその周辺（１４）に、ケース（１０）の内側を移動す
   る複数の羽根（７）と前記羽根（７）の頂点（８）とケ
   ース（１０）の内壁（９ａ）との間の径方向の遊びＥと
   を備えており、さらに ａ）少なくとも二つの剛性レベル（３５、３６）、すな
   わちターボエンジンの低速飛行速度Ｖ１より大きなロー
   タ（１）の固有モードに対応する「通常」剛性レベル
   （３５）と、Ｖ１より小さなロータ（１）の固有モード
   （４２ａ、４３ａ、４４ａ、４７ａ、４８ａ、４９ａ）
   に対応する「低い」剛性レベルとを有するベアリングサ
   ポート（１７、１９）を介して少なくとも一つのベアリ
   ング（１５、１８）を保持し、 ｂ）予め設定された最大偏心の作用による速度Ｖ１にお
   けるロータ（１）の径方向変位Ｄ以上の遊びＥを設け、
   ベアリングサポートは低い剛性レベルにあり、 ｃ）予め設定された最小値以上の偏心が現われた後に、
   ベアリングサポート（１７、１９）を「通常」剛性のレ
   ベル（３５）から「低い」剛性レベルに移行させる、こ
   とを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 前記ベアリングサポート（１７、１９）
   がブロワ段（４）のベアリングサポート（１５）である
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記「通常」剛性レベル（３５）から低
   い剛性レベル（３６）への移行が、予め設定された最小
   限の偏心の作用による脆弱な連結エレメント（３０）の
   破断によって行われることを特徴とする請求項１または
   ２に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記固有モード（４２ａ、４３ａ、４４
   ａ、４７ａ、４８ａ、４９ａ）が、航空機の操縦性を改
   善するために、低速飛行速度の４分の１すなわちＶ１／
   ４より大きな値で維持され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方法。
5. 【請求項５】 前記装置がベアリングサポート（１７）
   で構成され、該装置が、各々同時にベアリング（１５、
   １８）をターボエンジンの構造（１６）に平行に連結す
   るＮ＞１個の弾性エレメント（２０、２６）を備えてお
   り、さらにＮ−１個の弾性エレメント（２６）が脆弱な
   エレメント（３０）とのこの連結を行なうことを特徴と
   する請求項１から４のいずれか一項に記載の方法を実施
   するための装置。
6. 【請求項６】 フランジ（２５、２９）がロータ（１）
   の幾何的回転軸（３）に垂直であり、該幾何的回転軸
   （３）に平行に配置されている脆弱な連結部（３０）に
   よって、互いに支えられるように保持されていることを
   特徴とする請求項５に記載のベアリングサポート（１
   ７）。