JPS641655B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスタービンエンジンに関し、特にこ
のようなエンジンのエンジンケースに吸音構造体
を取りつける手段に関する。

ガスタービンエンジンは、圧縮機セクシヨンと
燃焼室セクシヨンとタービンセクシヨンとを有し
ている。圧縮機セクシヨンはロータ組立体とステ
ータ組立体とを有している。作動媒体ガスのため
の環状の流路が圧縮機セクシヨンにおいて軸線方
向に延在している。ロータとステータが媒体ガス
と相互作用することによつて、音響振動ないし騒
音が発生する。

最近のエンジンでは、典型的な例としてガス流
路に面して設けられた吸音構造体によつて、音響
振動を吸収し騒音のレベルを減じるようになつて
いる。このような構造体の一つが、ハウエル氏に
付与された米国特許第3735593号「フアンジエツ
トとして知られているタイプのガスタービンエン
ジンに使用されるダクト付きフアン」に開示され
ている。この構造体に於ては、孔が形成された板
または多孔性のシートをハニカム構造体によつて
裏張りすることによつて構成されるような消音部
材が、エンジン内のさまざまな箇所に設けられて
いる。

このようなパネルが耐久性を有し長寿命である
ことは、きわめて重要なことである。このパネル
が剥離されその剥離された物質が下流側へ流され
ると、エンジンがひどい損傷を受けることがあ
る。剥離の原因の一つは、音響学的に惹き起こさ
れた機械的振動による周期的な繰り返し応力が前
記パネルに吸収されることによつて生じる疲れ破
壊である。ライナー（パネル）における周期的な
応力のもう一つの原因は、エンジンケースの振動
である。

かかるエンジンケースの振動は、ロータのブレ
ードがエンジンケースに連続的に衝突する場合
に、特にひどくなる。このような衝突は、急激な
加速の時あるいはロータ組立体がジヤロスコープ
的運動による荷重を受けた時に、不可避的に生ず
る。

ライナーの構造の破壊の原因のなかには振動と
は関係がないものもある。かかる破損の態様の一
つは、ひよう、霧、雨、みぞれ、雪等が存在する
環境に於てエンジンを運転する場合に生ずる。水
分は様々の形態で作動媒体ガスといつしよにエン
ジン内へ入り、ハニカムパネルに捕集される。航
空機が高高度の上空へ上昇すると、水分が氷にな
り、ライナーに構造上の損傷を与える。その結
果、パネルの疲れ破壊が早期に生じ、またエンジ
ンの構成要素に重大な損傷を与えるパネルの剥離
さえも起り得る。

上述の問題に対して科学者や技術者は、ライナ
ーを無傷のまま維持するのに有効であり、しかも
良好な音響学的性能を有する取り付け構造体の開
発を模索してきた。

本発明の主要な目的は、ガスタービンエンジン
のガス流路に沿つて吸音構造体を設けることによ
り、良好な耐久性及び優れた吸音能力を得ること
にある。そして、本発明の特定の目的は、吸音構
造体内での氷の形成を防止し、しかも吸音用の空
洞を深く形成することである。

本発明によれば、空洞はエンジンケースと吸音
パネルとの間に形成されており、またこの空洞
は、音響振動を吸収するとともにパネルから水を
排出し得るようパネルと流体的に連通している。

本発明の主要な特徴は、吸音パネルとエンジン
ケースとの間に設けられた空洞にある。他の一つ
の特徴は吸音パネルと空洞との間の複数個の通路
にある。エンジンケースの底部には孔が設けられ
ており、この孔により空洞から流体が排出される
ようになつている。

本発明の主要な利点は、ライナーの空洞から水
を排出することによつて構造上の完全性が高めら
れることである。もう一つの利点は吸音パネルと
ケースとの間に設けられた空洞と吸音パネルとの
組合せによつて音響振動が吸収されることであ
る。

前述した本発明の目的、特徴、利点および他の
目的、特徴、利点は、添付図面に示された本発明
の好ましい実施例の詳細な説明を参照することに
よつて明らかになるであろう。

第１図にガスタービンエンジンに適用された本
発明による吸音構造体の一実施例が示されてい
る。

このエンジンの主要部は、圧縮機セクシヨン１
０と燃焼室セクシヨン１２とタービンセクシヨン
１４である。作動媒体ガスのための環状の流路１
６がエンジン内において軸線方向に延びている。
ステータ構造体は、作動媒体流路を囲むエンジン
アウタケース１８を有している。ロータ構造体２
０は前記アウタケースの内側に配設されており、
回転軸Ａを有している。圧縮機セクシヨンにおい
て、ロータ構造体はロータデイスク（図示せず）
と複数個のロータブレード２４とを有している。
このロータブレードは、前記作動媒体流路を横切
つて前記デイスクから前記アウタケースに近接し
た位置まで半径方向外方へ延びている。前記アウ
タケース１８は前記ロータブレードに面するゴム
板２６を有しており、かつ吸音ライナー２８を有
している。

この吸音ライナーは前記アウタケースの内周面
に沿つて周縁方向に延在しており、前記作動媒体
流路に面している。このライナーは前記アウター
ケースと共働して吸音構造体３０を構成してい
る。

第２図は、アウタケース１８と、ロータブレー
ド２４および吸音ライナー２８等の関連構造体の
一部の断面図である。アウタケースには、ライナ
ーを収納するための溝が環状に形成されている。
ライナーはアウターケースに係合しており、かつ
一つまたはそれ以上の吸音パネル３４を有してい
る。各パネル３４は、第一の壁部すなわち外側壁
部３６と、第二の壁部すなわち内側壁部３８と、
上流側壁部４０と、下流側壁部４２とを有してい
る。上流側壁部と下流側壁部とは内側壁部に対し
て実質的に垂直である。内側壁部３８は上流側壁
部４４と下流側壁部４６とを有している。これら
上流側壁部と下流側壁部とはガス流路１６に対し
て傾いている。インナケースに設けられた上流側
係止部４８と下流側係止部５０とは内側壁部３８
を受けるために傾いている。上流側係止部４８は
内側壁部の上流側端部４４に機械的に係合してい
る。一方下流側係止部５０は内側壁部の下流側端
部４６に機械的に係合している。粘性と弾性を有
する材料からなる部材５２が、インナケースと内
側壁部３８との間が空気動力学的に流線形となる
ように、係止部４８，５０と内側壁部３８との間
に介在されている。

内側壁部３８には内部構造体すなわちハニカム
構造体５４が接着されている。このハニカム構造
体は半径方向外方へ延びて外側壁部３６に接着さ
れており、これにより内側壁部と外側壁部との間
に一つまたはそれ以上の第一の空洞５６が形成さ
れている。外側壁部３６はエンジンのアウタケー
ス１８より隔置されており、これにより一つまた
はそれ以上の第二の空洞５８が形成されている。

各パネルの外側壁部３６は、この壁部を貫通す
る複数個の通路６０を有しており、これら通路
は、各第一の空洞５６と一つまたはそれ以上の第
二の空洞とを、液体（ガスと液体）の通過が可能
なように連通している。内側壁部３８はこの壁部
を貫通する複数個の通路６２を有しており、この
通路は各第一の空洞と流路１６とを、ガスの流通
が可能なように連通している。アウタケース１８
の底部には孔６４のような液体除去手段が形成さ
れており、この孔６４は各第二の空洞と流体の流
通が可能なように連通している。

粘性および弾性をあわせ持つ材料によつて形成
されたゴム製パツド６６の如き第一の部材が、ア
ウタケース１８に係合しており、ライナー２８を
エンジンケース１８に取りつけるとともにパネル
３４をアウタケースから隔置している。このゴム
製パツドはたとえば下流側壁部４２及び外側壁部
３６の部分においてアウタケースに当接してお
り、各パネルを弾性的に支持するよう作用する。
パツドは取りつけられた状態においては弾性的に
圧縮され、パネル３４を半径方向内方へ付勢す
る。各パツドは少なくとも一方向に自由に膨張可
能である。かかるパツドに適する粘弾性のある材
料の一つは、アメリカ合衆国マサチユーセツツ州
ニユーベツドフオードにあるアカツシユネツトプ
ロセス社（Acushnet Process Company）製の
Ｌ−13275材料、あるいはコネチカツト州メリデ
ンにあるジヨナル研究所（Jonal Laboratories）
製のJL−78−71−Ｌ材料の如き硬化されたシリ
コンゴムである。

粘弾性材料からなる第一の部材６６に加えて、
粘弾性材料からなる第二の部材６８が、吸音パネ
ル３４とアウタケース１８との間に設けられてい
る。粘弾性材料からなる第二の部材は、接着剤及
び充填材としての役割を果すよう硬化していない
状態で取りつけられる。この粘弾性材料は、取り
つけ後急速に（24時間以内に）硬化し、吸音パネ
ルの弾性的支持をさらに強固なものにする。この
粘弾性材料に適した材料の一つは、アメリカ合衆
国ニユーヨーク州ウオーターフオードにあるゼネ
ラルエレクトリツク社製のRTV−106材料、ある
いはアメリカ合衆国ミシガン州ミドランドにある
ダウコーニング社製のDC−140材料の如きシリコ
ンゴムである。

第３図に示されているように、ライナーの吸音
パネルは、エンジン内にて周縁方向に隔置されて
いる。ライナーの各パネルはほぼ120゜の角度範囲
に亘つて配設されている。容易に理解されるよう
に、ライナーは、エンジンケースの全周に亘つて
延在する単一のパネルによつて構成されてもよい
し、また図に示されているように分割されたパネ
ルによつて構成されてもよい。粘弾性材料によつ
て形成された第二の部材６８は隣接する各対のパ
ネル間にて周縁方向に配設されており、また各パ
ネル６６間にも配設されている。エンジンの最も
底の部位に位置するパツド間には周縁方向の間隙
７０が形成されており、この間隙７０は、一つま
たはそれ以上の第二の空洞の全てを流体の通過が
可能なように連通している。

第４図は、第２図の実施例とは異なる実施例を
示す。この実施例では、内側壁部３８は、上流側
端部４４において上流側係止部４８から離間して
おり、下流側端部４６において下流側係止部５０
から離間している。これら内側壁部３８と係止部
４８，５０との間にはパツド等の粘弾性材料によ
つて形成された第一の部材が配設されている。こ
の第一の部材は、上流側端部における単一のパツ
ド６６および下流側端部における単一のパツド６
６として示されている。

ガスタービンエンジンの運転中には、作動媒体
ガスは圧縮機セクシヨン１０内を環状の流路１６
に沿つて流れる。この高速のガスと、このガスが
通過する回転部材及び静止部材が、音響振動ない
し騒音を発生する。騒音の一部は圧縮機セクシヨ
ン内の吸音ライナー２８によつて吸収される。各
吸音パネル３４の外側壁部３６を貫通する通路６
０によつて流体の通過が可能とされていることに
より、パネルの第一の空洞５６は、パネルの外側
においてこのパネルとアウタケースとの間に設け
られた第二の空洞５８と、音響学的に協働し得る
ようになつている。かかる音響学的協働は、同一
構成の吸音パネルを有するが外側の空洞（第二の
空洞）を持たないライナーに比べて、ライナーの
振動吸収能力を増大させる。

吸音パネルにおける音響振動は、そのパネル内
に機械的振動を誘起する。かかる機械的振動によ
り、エンジンケースと吸音パネル間に配設された
第一の部材（パツド６６）および第二の部材６８
（充填材）のような粘弾性材料には周期的なひず
みが生ずる。これら粘弾性材料は、相当大きな内
部摩擦により機械的振動をなす部材からエネルギ
ーを吸収し、そのエネルギーを熱に変換する。か
かるエネルギー吸収によつて、音響振動が粘性的
に減衰され、振動する部材の振幅が減じられる。
その結果、振動が減衰されないパネルと比較し
て、パネルの使用寿命が増大する。第２図の実施
例に示されているように、内側壁部３８がエンジ
ンケースの上流側係止部４８及び下流側係止部５
０に当接した状態で振動することにより、上流側
端部４４及び下流側端部４６においてクーロン減
衰または乾性摩擦減衰としての付加的な振動減衰
を生じる。取り付けられた状態では弾性スプリン
グのように圧縮されている粘弾性のパツドはライ
ナーを半径方向内方へ付勢し、これにより内側壁
部３８及び係止部４８，５０の表面間の法線方向
の力を増大し、付随的にクーロン減衰の量を増大
する。かかる粘弾性材料のスプリングのような作
用は、後述するもう一つの理由からも重要であ
る。

ロータ組立体２２が急激に加速されたりジヤイ
ロスコープ的な動きの荷重を受けたりすると、ロ
ータブレード２４はエンジンケースに設けられた
摩耗可能なゴム板２６に衝突する。かくしてロー
タブレードとゴム板とがこすり合うようにして接
触することにより、エンジンケースに機械的振動
が生ずる。この機械的振動はエンジンケース内を
伝達される。第一の粘弾性部材と第二の粘弾性部
材は、ライナー２８の各パネル３４をエンジンケ
ースから浮かせて弾性的に支持する役割をなして
おり、かかる弾性的支持により、エンジンケース
からライナーおよびこのライナーの吸音パネルへ
の振動の伝達が遮断される。その結果、ケースの
振動によつてパネルに生ずる混乱は、パネルがエ
ンジンに固く取りつけられている場合に比較し
て、相当小さく減じられる。第２図の実施例に示
されているように、機械的な振動を伝達する接触
領域は、ケースの上流側係止部４８と内側壁部３
８の上流側端部４４との間の接触領域、およびケ
ースの下流側係止部５０と内側壁部の下流側端部
４６との間の接触領域に限られている。第４図の
実施例の場合にはかかる限られた接触領域もな
い。すなわち、この実施例では、第２図の実施例
の場合の如き直接的な接触の代わりに粘弾性のパ
ツド６６が用いられている。

エンジンの運転中に流入する作動媒体ガスによ
つてエンジン内にもたらされた水はライナー２８
から排出される。吸音パネル３４の第一の空洞５
６と、パネルとケースとの間に形成された第二の
空洞５８との間が流体的に連通しているので、第
一の空洞からの排水が可能になつている。かかる
排水により氷の形成を防止できる。もし通路６０
を有さない外側壁部を使用した場合には、外側壁
部によつて水が捕集されてしまい、パネル内に氷
が形成されることがある。かかる氷は吸音パネル
の内部構造の破壊を招くものであり、この破壊に
伴つてパネルの構成部材がエンジンのガス流路中
に流れ込んでしまうことがある。前述したよう
に、液体状の水分は外側壁部３６の通賂６０、第
二の空洞５８、エンジンケースを貫通する孔６４
を通つて除去される。

以上に於ては本発明を好ましい実施例について
説明したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲にお
いて様々の変形、構成の省略、付加等が可能であ
ることは、当業者にとつて明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、吸音ライナーとロータブレードを示
すためにアウタケースを一部切り欠いた、ターボ
フアンエンジンの簡略化された側面図である。第
２図は、アウタケースとそれに関連する構造体の
一部を示す断面図である。第３図は、第２図の線
３−３に沿うライナーとケースの断面図である。
第４図は他の実施例を示す第２図に対応した断面
図である。 １６〜ガス通路、１８〜エンジンアウタケー
ス、２８〜吸音ライナー、３０〜吸音構造体、３
４〜吸音パネル、５６〜第一の空洞、５８〜第二
の空洞、６０〜第一の通路、６２〜第二の通路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軸線方向に延びるガス流路を有するガスター
   ビンエンジン用吸音構造体において、 エンジンケースと、 前記エンジンケースに沿つて設けられたライナ
   ーと、 を含み、前記ライナーは、 内部に一つまたはそれ以上の第一の空洞を有す
   る吸音パネルであつて、前記エンジンケースより
   隔置されて該パネルと前記エンジンケースとの間
   に一つまたはそれ以上の第二の空洞を形成する少
   くとも１つの吸音パネルと、 前記ライナーに設けられ、前記第一の空洞のそ
   れぞれを前記一つまたはそれ以上の第二の空洞と
   連通する複数個の第一の通路と、 前記ライナーに設けられ、前記第一の空洞のそ
   れぞれを前記ガス流路と連通する複数個の第二の
   通路と、 前記各第二の空洞から流体を除去する手段と、
   を含み、前記第一の空洞及び第二の空洞は互いに
   共働して音響振動を吸収するようになつており、
   前記ライナーへ流入した液体は前記第一の通路、
   前記第二の空洞、及び前記流体除去手段を経て前
   記第一の空洞より排出されるよう構成されている
   ことを特徴とする吸音構造体。