JPS60178902A - ガスタ−ビンエンジン用動翼 - Google Patents

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】 本発明は一般にガスタービンエンジン用動翼に関し、さ
らに詳しくは、遠心力に基づく応力を軽減して動翼の有
効寿命を改善するのに有効な改良動翼に関する。

発　明　の　背　望 軸流ガスタービンエンジンは通常複数列の静翼（ベーン
）及び動翼（ブレード）を交互に有する。

回転する動翼は代表的にはエンジンのファン、圧縮機お
よびタービン区分に存在し、これらの動翼はエンジン内
で仕事を行うため回転し、遠心力に基づく応力を受ける
。

動翼の遠心応力は比較的大きくて、実質的に均一な遠心
引張応力、並びにこの均一な引張応力に加えられる引張
成分と圧縮成分を含む遠心曲げ応力を含む。

ガスタービンエンジンのタービン区分では、タービン動
翼は比較的高熱の加圧燃焼ガスにもさらされる。燃焼ガ
スは、タービン動翼を横切って作用する燃焼ガスの圧力
に基づき、曲げ応力を誘起し、この曲げ応力は大抵の場
合、遠心応力に比較して比較的小さい。比較的高熱のガ
スは、タービン動翼に温度勾配を生じて熱応力も誘起す
る。

特にタービン動翼には有効寿命、すなわち撤去されるま
での合計使用時間があり、通例上述の応力および高サイ
クル疲労（ＨＣＦ）、低サイクル疲労（ＬＣＦ）および
クリープ破断を考慮した上で決められる。代表的なター
ビン動翼には、動翼の破壊がもっとも起りやすい寿命制
限断面が分析により定められている。しかし、動翼は代
表的には、安全余裕をとるために、統計上定まる破壊時
間より十分長い有効寿命をもつように設計されている。

タービン動翼の有効寿命を決定する重要な要因は周知の
クリープ破断強度であり、これは主として材料特性、引
張応力、温度および時間に比例する。比較的高温の燃焼
ガスがその温度勾配に基づき熱応力を誘起し得るが、こ
のような高温は、遠心引張応力の下で動翼に作用すると
きには、有効寿命をクリープ面で考慮する上で小型な要
因である。タービン動翼の有効身命を改善する試みのな
かで、これらの動翼に動翼が受りる温度を下げるため内
部冷却を設けるのが典型的である。しかし、内部冷却は
主に動翼の中心部分を冷却するのにもつとも有効である
が、動翼の前縁および後縁をその中心部分に比べて高い
温度に留まらせる。残念なことに、動翼の前縁および後
縁は、典型的には最大の応力を受ける動翼の部分でもあ
り、従って典型的には、動翼の寿命制限断面が動翼の前
縁か後縁に生じる。

さらに、タービン動翼を設計する際の主な要因は動翼の
空気力学的表面輪郭であり、これは典型的には、動翼の
機械的強度及び有効寿命と実質的に無関係に決められる
。動翼の空気力学的性能は、ガスタービンエンジンの許
容性能を得る上での主要な要因である。従って、タービ
ン動翼を画定する空気力学的表面輪郭は、機械的強度や
有効寿命の面から動翼段目上の重大な制約となり得る。

この空気力学的性能の制約のため、動翼の有効寿命は最
適なものとはなり得ず、従ってこの結果動翼を望ましく
ないが最適間隔より短い間隔で交換しなくてはならない
。

３、発明の詳細な説明 第１図に、ガスタービンエンジン（図示せず）のタービ
ンディスク１１に装着した例示の軸方向進入タービン動
翼１０を斜視図としで示す。！ＩＩ翼１０は翼形部分１
２、ダブティル部分１４および任意のブラン］・ホーム
部分１６を含む。動翼１０の翼形部分１２は先端断面１
８、中間断面２０および根部断面２２を含む複数個の横
断面をもち、これらの断面はそれぞれ重心（０，（！、
）　２１．２６および２８を有する。翼形部分１２のこ
れらの重心の軌跡が積層軸（ｓｔａｃｋｉｎｇ　ａｘｉ
Ｓ）３０を画定する。本発明によれば、積層軸３０は非
線形、例えば弓形状であり、これについては以下にさら
に詳しく説明する。

動翼１０にさらに、根部断面２２のｃ、ｇ、２８に原点
を有する通常の基準ＸＹＺ座標系を設定づる。この座標
系は、Ｘ軸、づなわらガスタービンエンジンの長さ方向
中心軸に略平行に整列した軸線方向軸；Ｙ軸、覆なわち
Ｘ軸に直角で且つタービンディスク１１の回転方向に正
の向きを右Ｊる接線方向軸；およびＺ軸、すなわガスタ
ービンエンジンの半径方向軸と同軸に整合している、動
ｍ１０の長さ方向軸を表わ覆半径方向軸を含む。

第１図および第２図に示すように、動翼１０の翼形部分
１２は前縁３２と後縁３４によって月つこれらを含んで
画定される空気力学的表面輪郭を有し、前縁３２と後縁
３４の間に略凸状の吸引側面３６と略凹状の加圧側面３
８が延在する。加圧側面３８は基準接線方向軸Ｙに関し
てほぼ負の方向に面し、吸引側面３６は軸Ｙに関してほ
ぼ正の方向に面している。

動Ｈ１０の翼形部分１２の複数個の横断面の各々が公知
の独自の主座標系を有り゛る。第２図に１−＝ｘ軸およ
び１ｍｌゎ軸を含む中間断面２０に対する主座標系の一
例を示づ。この主座標系は中間断面２０のｃ、ｇ。

２６に原点を有する。Ｉｔｎａｘは最大慣性モーメント
の軸を表わし中間断面２０はこの周りで最大曲げ剛さま
たは曲げ抵抗を示し、ＩＴｎ’Ｉｎは最小慣性モーメン
トの軸を表し、中間断面２０はこの周りで最小曲げ剛さ
または曲げ抵抗を示す。

従来の動翼１０の設計方法は、翼形部分１２を、吸引側
面３６および加圧側面３８に代表される好適な空気力学
的表面輪郭を得るように設計する。翼形部分１２の積層
軸３０は従来は直線であり、基準半径方向軸Ｚと同軸で
ある。適当なダブテイル部分１４と任意のブラットホル
ム部分１６を付は加えた後、動翼１０全体を寿命制限断
面を決定する７Ｃめに解析する。寿命制限断面は、例え
ば中間断面２０であり、代表的には翼形部分１２の根部
２２から先端１８までの距離の約４０〜７０％の間に位
置づる。勿論、寿命制限断面を決定するための動翼１０
の解析は比較的複雑であり、動翼１０の遠心、ガスおよ
び熱負荷を包含し、これを従来方法で行う。

しかし、本発明の動翼１０の設計方法では、線形積層軸
を有する動翼、ずなわち基準動翼を再設計し、所定の寿
命制限断面に曲げ応力の圧縮成分を導入づ゛るのに有効
な非線形傾斜積層軸３０を得る。

更に具体的には、第１図おＪ、び第２図を検討覆ると、
積層軸３０を基準半径方向軸Ｚから離せば、翼形部分１
２の遠心荷重時に、例えばｃ、ｇ、２６の様な重心に作
用する遠心ノｊが積層軸３０を基準半径方向軸Ｚに向け
て回転しまたは曲げる傾向があり、即ち曲げ応力を導入
または誘起する。

本発明の教示Ｊるところから、基準半径方向軸Ｚに対し
て積層軸３０を適当に傾りるとともにｍ、　ｉことによ
り、第２図に示すようにＩｖ’ｍ軸のまわりの曲げに基
づき、曲げ応力の圧縮成分が中間断面２０の前縁３２と
後縁３４の両方で誘起できることが理解されよう。勿論
、ノ〕の平衡に基づき、曲げ応力の相殺引張成分が同時
に中間断面２０の吸引側面３６に、通常はＩη畝軸正の
値で導入される。

本発明の積層軸３０の実施例がＹ−２面で見た図として
第３図に詳しく示され−（いる。積層軸３０は根部断面
２２のｃ、ｇ、２８から先端断面１８のｃ、ｇ、２４ま
で非線形として記述され、両型心間は直線′部分または
曲線部分を含むことができる。基準接線方向軸Ｙに関し
で正の方向に基準半径方向軸Ｚから遠ざかって延び且つ
離れている部分を積層軸３０が含んでいる限り、曲げ応
力の圧縮成分は翼形部分１２の前縁３２および後縁３４
に導入される。

積層軸３０は根部断面２２のｃ、ｇ、２８から中間断面
２０のｃ、ｇ、２６まで延在している第１部分４０と、
中間断面２０のｃ、ｇ、２６から先端断面１８のｃ、ｇ
、２４まで延在している第２部分４２とを含む。同様に
、根部断面２２のｃ、ｇ、２８から先端断面１８のｃ、
ｇ、２４まで延在している、基準線形傾斜積層軸４４も
示されている。積層軸３０の平均勾配は破線４６で表わ
され、この勾配は図示の様に基準軸４４の勾配より大き
さが大きく、基準半径方向軸Ｚと基準積層軸４４の間に
位置する。

例えば、翼形部分１２の寿命制限断面が中間断面２０に
位置すると仮定すると、本明細書の教示から、線形積層
軸４４まｋＣは非線形積層軸３０を用いて、曲げ応ノコ
の圧縮成分を中間断面２０に導入できることが明らかで
あろう。所望の曲げ応力を中間断面２０に導入するため
に、中間断面２０から半径方向外側の断面で、すなわち
積層軸３０の第２部分４２に於て、積層軸３０を基準半
径方向軸７に関して傾斜させなければならない。

積層軸３０の勾配は一般に中間断面２０で実現できる曲
げ応力の量に反比例する。従って、第１〜６図に示す本
発明の第１実施例では、第２部分４２の勾配は比較的小
さな値であるのが好ましく、この結果中間断面２０に比
較的大きな値の曲げ応）ｊが誘起される。しかし、同時
に比較的小さな曲げ応力を根部断面２２に誘引するよう
に、比較的大きな平均勾配４Ｇをとるのが好ましい。そ
れに加えて、積層軸３０の第２部分４２の勾配は基準線
形積層軸４４の該当部分４４ａの勾配Ｊ：り小ざく、こ
れにより比較的大きな曲げ応力が中間断面２０に導入で
きることを示している。

しかし、基準線形積層軸４４は所望の曲げ応力を中間断
面２０に導入するにあまり有効でないばかりでなく、基
準積層軸４４がｃ、ｇ、２８からｃ、ｇ、２４まで直線
であるので、相当大ぎな望ましくない曲げ応力が根部断
面２２に導入されてしまう。根部断面２２のこれらの増
大した曲げ応力は、基準線形積層軸４４により翼形部分
１２の寿命制限断面に導入可能な曲げ応力の量を制限す
るものとなり、これは寿命制。

限断面を中間断面２０から根部断面２２に再配置づるか
らである。

対照的に、非線形積層軸３０の平均勾配線４６は大きさ
が基準積層軸４４より大きいので、非線形積層軸３０は
、中間断面２０に増大した曲げ応力を与えるだりでなく
、根部断面２２に基準線形積層軸４４が与える曲げ応力
と較べて少ない量の曲げ応力を与えることがわかる。従
って、非線形積層軸３０は、根部断面２２における曲げ
応力を不都合に増加することなく、寿命制限断面に曲げ
応力の望ましい圧縮成分を導入するのに、一層有効であ
る。

さらに詳しく述べると、第３図に例示する実施例におけ
る積層軸３０は、基準半径方向軸Ｚの両側に位置する複
数の部分を含み、これらの部分は根部断面２２において
曲げ応力を不都合に増加することなく、中間断面２０に
おける曲げ応力を増加するのに有効である。第１部分４
０はｃ、ｇ、２８とｃ、ｇ、２６との間の第１平均勾配
を有し、そして第２部分４２はｃ、ｇ、２６とｃ、ｇ、
２４との間の第２平均勾配を有し、第２勾配は第１勾配
に関して負の向きをもっている。

さらに、第１部分４０はｃ、ｇ、２８から延在し、基準
半径方向軸Ｚから遠去かる方へ全般にＹ軸方向負に傾斜
してｄ３す、従って負の値を有する第１勾配となってい
る。第２部分４２はｃ、ｇ、２６からＹ軸方向正に正の
勾配で延在しており、この正の勾配に基づいて第２部分
４２は基準半径方向軸Ｚと１点で交わり、Ｙ軸の正の側
に延在している。

積層軸３０が基準半径方向軸Ｚの両側に位置する複数部
分を有するので、積層軸３０の平均勾配線４６は、積層
軸３０が基準半径方向軸Ｚの片側にのみ位置するとした
ときに冑られる値より相対的に大ぎな値をもつことが理
解できる。この構成配置は、例えば中間断面２０におい
て、前縁３２および後縁３４に曲げ応力のかなり大きな
圧縮成分を導入するため比較的小さな第２勾配を第２部
分４２につけるのに有効である。

従って、第３図に示す本発明の実施例によれば、中間断
面２０で所望の圧縮応力を増加することができるだけで
なく、根部断面２２での応力を軽減する。

それは、平均勾配線４６を基準半径方向軸Ｚと同軸では
ないにしても、基準半径方向軸Ｚに著しく近づけること
ができるからである。

第４図に翼形部分１２を後縁３４から見た端面図を示ず
。翼形部分１２はさらに、実質的に平坦で、比較的薄い
、可撓性で平板状後縁部分４８を含み、この後縁部分は
先端部分１８から半径方向内向きに延在し、図示のよう
に根部部分２２まで延在してよい。

後縁部分４８は後縁平面を画定し、Ｘ軸からＹ軸に向っ
て角度Ｂに位置する。本発明の別の特徴によれば、後縁
部分４８は横断方向に傾斜しておらず、また第２図に付
加的に図示されているように、実質的に半径方向に配向
されている。これは、こうなっていなくて、後縁部分４
８が半径方向軸Ｚに対しである角度で配置されている場
合に生じるであろう、後縁部分４８における遠心曲げ応
力を最小限に抑えるのに好適である。これは、こうなっ
ていないと生じるであろう後縁部分４８の歪みを防止す
るのに有効であり、またこれにより後縁部分４８の空気
力学的輪郭の大きな変化を防止するとともに、局部的ク
リープ歪みを防止するのに有効である。

従って、後縁部分４８の好ましい半径方向配向を維持づ
るために、また曲げ応力の所望の圧縮成分を前縁３２と
後縁３４に導入する！こめに、積層軸３０は、後縁部分
４８の配向に主として平行な方向に傾けまたは配置し、
従って後縁平面に実質的に平行に整列された平面に実質
的に入る。

さらに具体的には、第５図に示づ通り積層軸３０はＸ軸
に関してＹ軸に向って角度Ｂで配置されている。角度Ｂ
は、第２図および４図に示すように、Ｘ−Ｙ平面におけ
る後縁部分４８の配向を表わす。

積層軸３０はＹ軸に実質的に平行な方向に配置されてい
ないが、Ｙ軸方向正の成分を含み、このＹ成分が前縁３
２および後縁３４に曲げ応力の好適な圧縮成分を導入す
る。

積層軸３０を主として後縁部分４８の配向に平行な方向
に傾斜させることから本発明に従って得られるもう一つ
の利点が、第６図に具体的に示されている。さらに詳し
くは、積層軸３０を前述した通りに傾斜させることによ
り、所定の空気力学的表面輪郭について、前縁３２は基
準半径方向軸Ｚから遠去かる方へ傾斜され、後縁３４は
基準半径方向軸Ｚに向って傾斜されることがわかる。こ
の結果、破線５０で部分的に表示された非傾斜翼形部分
と比較した時、本発明の傾斜した翼形部分１２は、その
後縁先端領域５２が後縁中間領域５４のまっづぐ半径方
向外方に位置しない。

さらに詳しくは、翼形部分１２の前縁先端領域５６は前
縁中間領域５８の半径方向外方で且つそこからＸ軸方向
正に位置する。同様に、後縁先端領域５２は後縁中間領
域５４からＸ軸方向正に延在するが、そこからまっすぐ
半径方向外方には位置せず、こうして空間５２′　を残
している。空間５２′　は傾斜がな【ノれば翼形部分１
２の後縁先端領域となったであろう。この特徴の重要な
ところは、後縁先端領域５２からの遠心荷重が主として
翼形部分１２の中心領域６０を通して分散されるので、
後縁中間領域５４にか）る遠心荷重が、従って応力が少
なくなることである。前縁先端領域５６がその上方にか
ぶさっているので今や前縁中間領域５８が遠心荷重を吸
収しなければならないが、前縁中間領域５８での応力の
増加は比較的小さい。それは、前縁中間領域５８の断面
積が後縁中間領域５４よりかなり人さいからである。

別の実施例として第７図に、ガスタービンエンジン（図
示せず）のタービンディスク１１１に装着した例示の軸
方向進入タービン動Ｈ１１０を斜８！図として示ず。動
翼１１０は翼形部分１１２、ダブディル部分１１４およ
び任意のプラットホーム部分１１６を含む。動翼１１０
の翼形部分１１２は先端断面１１８、中間断面１２０お
よび根部断面１２２を含む複数個の横断面をもち、これ
らの断面はそれぞれ重心（Ｃ，ｇ、）　１２４．１２６
および１２８を有づ゛る。翼形部分１１２のこれらの重
心の軌跡が積層軸１３０を画定づる。本発明によれば、
積層軸１３０は非線形、例えば弓形状であり、以下にさ
らに詳しく説明する。

動翼１１０にさらに、根部断面１２２のｃ、（１，１２
８に原点を有する通常の基準ＸＹＺ座標系を設定する。

この座標系は、Ｘ軸、すなわちガスタービンエンジンの
長さ方向中心軸に略平行に整列した軸線方向軸：Ｙ軸、
すなわちＸ軸に直角で且つタービンディスク　１１１の
回転方向に正の向きを有づる接線方向軸；およびＺ軸、
すなわちガスタービンエンジンの半径方向軸と同軸に整
合している、動翼１１０の長さ方向軸を表す半径方向軸
を含む。

第７図および第８図に示すように、動翼１１０の翼形部
分１１２は前縁１３２と後縁１３４により且つこれらを
含んで画定される空気力学的表面輪郭を有し、前縁１３
２と後縁１３４との間に略凸状の吸引側面１３６と略凹
状の加圧側面１３８が延在する。加圧側面１３８は大体
基準接線方向軸Ｙに関してほぼ負の方向に面し、吸引側
面１３６は軸Ｙに関してほぼ正の方向に面している。

動Ｎ１１０のエアーホイル部分１１２の複数個の横断面
の各々が公知の独自の主座標系を有する。第８図にｌ５
ａｘ軸およびＩｙｎｉη軸を含む中間断面２０に対する
主座標系の一例を示づ−０この主座標系は中間断面１２
０のｃ、ｇ、　１２６に原点を有する。Ｉｔ）ＩＡＸは
最大慣性モーメントの軸を表し、中間断面１２０がこの
周りで最大曲げ剛さまたは曲げ抵抗を示し、Ｉカミ、Ｉ
は最小慣性モーメンｉ−の軸を表し、中間断面１２０が
この周りで最小曲げ剛さまたは曲げ抵抗を示づ。

従来の動翼１１０の設計方法は、翼形部分１１２を、吸
引側面１３６および加圧側面１３８で代表される好適な
空気力学的表面形状を得るように設計する。

翼形部分１１２の積層軸１３０は従来は直線で、基準半
径方向軸Ｚと同軸である。適当なダブテイル部分１１４
と任意のプラットホーム部分１１６を付は加えた後、動
翼１１０全体を寿命部分を決定するために解析する。寿
命制限部分は、例えば中間断面１２０であり、代表的に
は翼形部分１１２の根部１２２から先端１１８までの距
離の約４０〜７０％の間に位置する。勿論、寿命制限部
分を決定するための動翼１１０の解析は比較的複雑であ
り、動翼１１０の遠心、ガスおよび熱負荷を包含し、こ
れを慣例の方法で行う。

しかし、本発明の、動翼１１０の設計方法では、線形積
層軸を有する動翼、すなわち基準動翼を再設計し、所定
の寿命制限部分に曲げ応力の圧縮成分を導入するのに有
効な非線形傾斜積層軸１３０を得る。

更に具体的には、第７図および第８図の検問から、積層
軸１３０を基準半径方向軸Ｚから離すと、翼形部分１１
２の遠心荷重時に、重心、例えばｃ、ｇ。

１２６に作用する遠心力が積層軸１３０を基準半径方向
軸Ｚの方へ回転しまたは曲げる傾向があり、こうして曲
げ応力を導入または誘起する。

本発明の教示するところから、基準半径方向軸Ｚに対し
て積層軸１３０を適当に傾斜し且つ間隔を置くことによ
り、第８図に示すように一醒軸のまわりの曲げに基づき
、曲げ応力の圧縮成分が中間断面１２０の前縁１３２と
後縁１３４の両方で誘引できることが理解されよう。勿
論、力の平衡に基づぎ、曲げ応力の相殺引張成分が同時
に中間断面１２０の吸引側面１３６に、通常１□Ｍ軸の
正の値で導入される。

本発明の積層軸１３０の実施例がＹ−２面で見た図とし
て第９図に詳しく示されている。積層軸１３０は、根部
断面１２２（含まない）から先端断面１１８まで、基準
接線方向軸Ｙに関して正の方向に基準半径方向軸Ｚから
遠去かる方へ延在しかつ基準半径方向軸７から離れてい
る。積層軸１３０は、根部断面１２２のｃ、ｇ、１２８
から中間断面１２０のＣ，（Ｊ。

１２６まで延在づる第１部分１４０と、中間断面１２０
のｃ、ｇ、　１２６から先端断面１１８のｃｏｇ、　１
２４まで延在している第２部分１４２とを含む。同様に
根部断面１２２のｃ、ｇ、　１２８から先端断面　１１
８のｃ、ｇ、　１２４まで延在。ている、基準の線形傾
斜積層軸１４４も示されている。積層軸１３０の平均勾
配は破線１４６で表され、この勾配は図示の様に基準軸
１４４の勾配より大きさが大きく、基準半径方向軸７と
基準積層軸１４４との間に位置する。

例えば、翼形部分１１２の寿命制限断面が中間断面１２
０に位置すると仮定づると、本明細書の教示から、線形
積層軸１４４または非線形積層軸１３０を用いて、曲げ
応力の圧縮成分を中間断面１２０に導入できることが明
らかであろう。所望の曲げ応力を中間断面１２０に導入
するために、中間断面１２０から半径方向外側の断面で
、づなわち積層軸１３０の第２部分１４２に於て、積層
軸１３０を基準半径方向軸Ｚに関して傾斜させなければ
ならない。積層軸１３０の勾配は一般に中間断面１２０
で実現できる曲げ応力の量に反比例する。

第９図に示すように、第１部分１４０は第１の平均勾配
を有し、第２部分１４２は第２の平均勾配を有し、第１
勾配が第２勾配より大きい。このことは、根部断面１２
２で曲げ応力を不都合に増加することなく、中間断面１
２０で曲げ応力を増加するのに有効である。その上、積
層軸１３０の第２部分１４２の勾配は基準線形積層軸１
４４の相当部分１４４ａより小さく、これにより一層大
きな曲げ応力を中間断面１２０に導入できることがわか
る。

しかし、基準の線形積層軸１４４は所望の曲げ応力を中
間断面１２０に導入ηるのにあまり有効でないばかりで
なく、基準積層軸１４４がｃ、ｇ、　１２８からＣ，Ｌ
　１２４まで直線であるので、相当大きな望ましくない
曲げ応力も根部断面１２２に導入されてしまう。根部断
面１２２でのこれらの増大した曲げ応力は、基準線形積
層軸１４４により翼形部分１１２の寿命制限断面に導入
可能な曲げ応力の量を制限覆るものとなり、こうして寿
命制限断面は中間断面１２０から底部断面１２２に再配
置されうる。

対照的に、非線形積層軸１３０の平均勾配線１４６はそ
の大きさが基準積層軸１４４より大きいので、非線形積
層軸１３０は、中間断面１２０に増大した曲げ応力を与
えるだけてなく、根部断面１２２に基準の線形積層軸１
４４がうえる曲げ応力と較べ少ない量の曲げ応力を与え
ることがわかる。従って、非線形積層軸１３０は、根部
断面１２２における曲げ応ノｊを不都合に増加すること
なく、寿命制限断面に曲げ応力の望ましい圧縮成分を導
入づ−るのに、一層有効である。

第９図に本発明の非線形積層軸１３０をさらに詳しく示
す。この積層軸１３０は根部断面１２２のＱ、ｇ。

１２８から先端断面１１８のｃ、ｇ、１２４まで非線形
であると定義され、両端間に直線または曲線部分を含ん
でもよい。

積層軸１３０が、基準接線方向軸Ｙに関して正の方向に
基準半径方向軸Ｚから遠去かる方へ延在しかつ基準半径
方向＠Ｚがら離れている複数の部分を有するならば、曲
げ応力の圧縮成分が翼形部分１１２の前縁１３２および
後縁１３４に導入される。

最適には、誘起づる圧縮応力の大ぎさを動材料の圧縮降
伏強度にほり等しくづるのが好ましい。

これにより、動作中に疲労ズ１命の改善につながる最大
圧縮応力を、前縁１３２および後縁１３４にもたらづこ
とになる。さらに、積層軸１３０を傾斜して圧縮降伏強
度より大きい応力を初期に誘起することもでき、このよ
うな応力は最初の数回の初期作動クイクル後に圧縮降伏
強度に恭順し、従って製造精度が悪くても誘起応力が最
適値に達するのを妨げない。

さらに詳しくは、第８図に追加して示しであるように、
基準接線方向軸Ｙは翼形部分１１２の横断面の１１ヤ軸
例えば中間断面１２０の１ｍ軸と大体整合している。従
って、動作時に、遠心力は翼形部分１１２の重心各々に
作用し、翼形部分　１１２をまっすぐに伸ばし−く積層
軸１３０を基準半径方向軸Ｚに近づける傾向がある。例
えば、積層軸１３０の平均勾配線１４６が接線方向軸Ｙ
おにびＩｗ〆軸に関してほず正の方向に基準半径方向軸
７から離れているとき、曲げ応力の圧縮成分か前縁１３
２と後縁１３４に導入される。

第１０図に積層＠１３ｏをＸ−Ｙ平面で見た図を示す。

積層軸１３０は、基準半径方向Ｚど接線方向軸Ｙで定め
た平面内に実質的に入るのが好ましく、好ましくはＸ−
Ｙ平面で直線であってまた正のＹ軸に治って整列してい
るのが好ましい。これは、積層軸１３０が傾斜している
ので、翼形部分１１２の空気力学的表面形状および向き
が茗しく変わらない点で好ましい。

あるいはまた、積層軸１３０の基準半径方向軸Ｚからの
間隔はその大きさを正どし、各横断面について１東方向
に泊って実質的に配向することもでぎ、こうすると積層
軸は第１０図に示づ積層軸１３０ａのように児えるであ
ろう。しかし、翼形部分１１２の相対的ねじれ、すなわ
ち翼形部分の基準軸線方向軸Ｘに関する配向が非傾斜動
翼のそれから変化し、こうして翼形部分１１２の空気ツ
ノ学的表面輪郭を変える。

【図面の簡単な説明】

第１図はガスタービンエンジンの軸方向進入動翼の斜視
図、 第２図は第１図の動翼を２−２線方向に見た断面図、 第３図は第１図の動翼の積層軸をＹ−７平面に描いたグ
ラフ、 第４図は第１図の動翼を４−４線方向に見た斜視図、 第５図は第１図の動翼の積層軸をＸ−Ｙ平面に描いたグ
ラフ、 第６図は第１図の動翼のＸ−７平面での側面図、第７図
はガスタービンエンジンの軸方向進入動翼の別の実施例
をポリ−斜視図、 第８図は第７図の動翼を８−８線方向に見た断面図、 第９図は第７図の動翼のｆ１！ｉ層軸を’ｌ−Ｚ平面に
描いたグラフ、そして 第１０図は第７図の動翼の積層軸をＸ−Ｙ平面に描いた
グラフである。 主な符号の説明 １０、１１０・・・タービン動毀、 １２、１１２・・・エアーホイル部分、１８、１１８・
・・先端断面、 ２０、１２０・・・中間断面、 ２２、１２２・・・底部断面、 ２４、２Ｇ、　２８．１２４．１２Ｇ、　１２８・・・
重心、３０、１３０・・・積層軸、 ３２、１３２・・・前縁、 ３４、４３４・・・後縁、 ３６、１３６・・・吸引側面、 ３８．１３８・・・加圧側面、 ４０、１４０・・・第１部分、 ４２、１４２・・・第２部分、 ４４、１４４・・・線形積層軸、 ４６、１４６・・・平均勾配。 特約出願人 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ代理人　（７６
３０）　生　沼　徳　二図面Ｑ）浄書ｆ内容に変更なし
） 第１頁の続き 優先権主張　０１９８３年１２月１２日［相］米国（０
発　明　者　ジャック、レイド、マ ーチン Ｕ　Ｓ）＠５６０７１８ アメリカ合衆国、マサチューセッツ州、ベッドフォード
、セルフリンジ、ロード、１１番 手続：？＋甫正書（方式） １．＠件の表示 昭和５９年特許願第２６０９６７号 ２、発明の名称 ガスタービンエンジン用動翼 ３、補正をする者 事件との関係　出願人 件　所　アメリカ合衆国、１２３０５、ニューヨーク州
、スケネクタデイ、リバーロード、１番 名　称　ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ代表者
　ザムソン・ヘルツゴツト ４、代理人 住　所　〒１０７東京都港区赤坂１丁目１４番１４号第
３５＄Ｊ和ピル　４階 日本ゼネラル・エレクトリック株式会社・極東特許部内
電話（５８８）５２００−５２０７ 自発 ７゜補正の内容 図面の浄■（内容に変更なし） ８、添付園類の目録 図面　１通

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第′１勾配を有する第１部分と第２勾配を有〈る第
   ２部分とを有する非線形積層軸を含む翼形部分を備え、
   上記第２勾配が上記第１勾配に関して負の向きをもつこ
   とを特徴とするガスタービンエンジン用動翼。 ２、上記翼形部分が前縁および後縁を含み、上記積層軸
   が動翼に加わる遠心力に基づいて上記後縁および前縁に
   曲げ応力の圧縮成分を発生ずるのに有効である特許請求
   の範囲第１項記載の動翼。 ３、上記翼形部分がさらに、それぞれ重心を有する、根
   部断面、中間断面および先端断面を含めて複数の横断面
   と、 上記根部断面の重心から外方へ延在する基準半径方向軸
   および基準接線方向軸とを有し、上記積層軸が上記根部
   断面の重心から延在しかつ上記先端断面では上記基準半
   径方向軸から離間している特許請求の範囲第２項記載の
   動翼。 ４、上記積層軸の第１部分が上記根部断面から上記中間
   断面まで延在し、上記積層軸の第２部分が上記中間断面
   から上記先端断面まで延在し、上記積層軸の第２の部分
   が上記基準半径方向軸と交わる特許請求の範囲第３項記
   載の動翼。 ５、上記翼形部分がさらに 上記％導接線方向軸に関してはイ負の方向に面する加圧
   側面と、 上記基準接線方向軸に関してほず正の方向に而する吸引
   側面とを有し、 上記積層軸の第１部分が上記基準接線方向軸に関して負
   の方向に上記基準半径方向軸から遠去かる方へ延在し、
   第２部分が上記基準接線方向軸に関して正の方向に延在
   する特許請求の範囲第３項記載の動翼。 ６、上記翼形部分がさらにはイ半径方向に合致した復縁
   平面を画定するはり平坦な後縁部分を備え、上記積層軸
   が上記後縁平面にほず平行に整列した平面内にはず入っ
   ている特許請求の範凹第５項記載の動翼。 ７．上記後縁部分かほず半径方向に合致した特許請求の
   範囲第６項記載の動翼。 ８、動翼の翼形部分が前縁、後縁、加圧側面、吸引側面
   および複数の横断面を含み、該複数の横断面が根部断面
   、中間断面および先端断面を含み、それぞれ重心を有し
   、横断面の重心の軌跡が積層軸を規定し、前記動翼には
   前記根部断面の重心から外方へ前記先端断面および吸引
   側面に向ってそれぞれ延在する基準半径方向軸および基
   準接線方向軸が内在し、前記積層軸が非線形であり、前
   記動翼に加わる遠心力に基づいて前記後縁および前縁に
   曲げ応力の圧縮成分を導入するのに有効であり、上記積
   層軸が、第１勾配を有する第１部分と第２勾配を有する
   第２部分を含み、該第２勾配が上記第１勾配に関して負
   の向きをもつことを特徴とするガスタービンエンジン用
   動翼。 ９、前記翼形部分がさらに半径方向に実質的に平行に整
   列した後縁平面を画定する実質的に平坦な後縁部分を備
   え、前記積層軸が上記後縁平面に実質的に平行に整列し
   た平面内にはず入っている特許請求の範囲第８項記載の
   動翼。 １０、線形積層軸および空気力学的表面輪郭を有する翼
   形部分を含む基準動翼を設計し、前記基準動翼を解析し
   て上記翼形部分の寿命制限断面を画定し、 前記基準動翼を再設計して、上記翼形部分の寿命制限断
   面に曲げ応力の圧縮成分を導入するのに有効な非線形積
   層線を得、但し該積層線は第１勾配を有する第１部分と
   第２勾配を有する第２部分とを含み、上記第２勾配が上
   記第１勾配に関して負の向きを有する 工程よりなるガスタービンエンジン用動翼の設計方法。 １１、非線形積層軸を含む翼形部分を備えるガスタービ
   ンエンジン用動翼。 １２、前記翼形部分がさらに前縁と後縁を備え、前記積
   層軸が動翼に加わる遠心力に基づいて前記後縁および前
   縁に曲げ応力の圧縮成分を導入するのに有効である特許
   請求の範囲第１１項記載の動翼。 １３、前記積層軸が上記後縁および前縁に上記動翼の圧
   縮降伏強度を超える圧縮応力を発生するのに有効である
   特許請求の範囲第１２項記載の動翼。 １４、前記翼形部分がさらに、 それぞれ重心を有する、根部断面、中間断面および先端
   断面を含めて複数の横断面と、該根部断面の重心から外
   方へ延在する基準半径方向軸および基準接線方向軸とを
   有し、前記積層軸が上記根部断面の重心がら延在しかつ
   上記先端断面では前記基準半径方向軸から離間している
   特許請求の範囲第１２項記載の動翼。 １５、前記積層軸が前記根部断面から前記先端断面まで
   前記基準半径方向軸から離間している特許請求の範囲第
   １４項記載の動翼。 １６、前記翼形部分がさらに 前記基準接線方向軸に関してほず負の方向に面する加圧
   側面と、 前記基準接線方向軸に関してほず正の方向に面する吸引
   側面とを有し、 前記積層軸が前記基準接線方向軸に関して正の方向に前
   記基準半径方向軸から遠去かる方へ延在する特許請求の
   範囲第１４項記載の動翼。 １７、前記積層軸が前記基準半径方向および基準接線方
   向軸により画定された平面内に実質的に入っている特許
   請求の範囲第１６項記載の動翼。 １８、前記積層軸がさらに前記底部断面から上記中間断
   面まで延在する第１部分と前記中間断面から前記先端断
   面まで延在する第２部分とを含み、前記第１部分が第１
   勾配を有し、前記第２部分が第２勾配を有し、該第１勾
   配が該第２勾配より大きい特許請求の範囲第１４項記載
   の動翼。 １９、上記翼形部分がさらにｌｍ１ｎ軸および慝。 軸を有する所定の寿命制限断面を含み、前記積層軸が該
   Ｌ＋ｙａｘ軸に関して正の方向に前記基準半径方向軸か
   ら離間している特許請求の範囲第１４項記載の動翼。 ２０、動翼の翼形部分が前縁、後縁、加圧側面、吸引側
   面および複数の横断面を含み、該複数の横断面が根部断
   面、中間断面および先端断面を含み、それぞれ重心を有
   し、横断面の重心の軌跡が積層軸を規定し、上記動翼に
   は前記底部断面の重心から外方へ前記先端断面および吸
   引側面に向ってそれぞれ延在する基準の半径方向および
   接線方向軸が内在し、前記積層軸が非線形であり、上記
   根部断面から前記先端断面まで前記基準半径方向軸から
   離間しており、かつ動翼に加わる遠心力に基づいて前記
   後縁および前縁に曲げ応力の圧縮成分を導入するのに有
   効であることを特徴とするガスタービンエンジン用動翼
   。 ２１、前記積層軸が前記根部断面から前記中間断面まで
   延在する第１部分と前記中間断面から上記先端断面まで
   延在する第２部分とを含み、前記第１部分が第１勾配を
   有し、前記第２部分が第２勾配を有し、該第１勾配が該
   第２勾配より大きい特許請求の範囲第２０項記載の動翼
   。 ２２、前記積層軸が上記基準半径方向および接線方向軸
   により画定された平面内に実質的に入っている特許請求
   の範囲第２１項記載の動翼。 ２３゜線形積層軸および空気力学的表面輪郭を有する翼
   形部分を含む基準動翼を設計し、上記基準動翼を解析し
   て上記翼形部分の寿命制限断面を画定し、 上記基準動翼を再設計して、上記翼形部分の寿命制限断
   面に曲げ応力の圧縮成分を導入するのに有効な非線形積
   層軸を得る 工程よりなるガスタービンエンジン用の動翼の設計方法
   。