KR20080034086A - Fan case reinforcement in a gas turbine jet engine - Google Patents
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Description
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본 발명은 미국특허출원번호 제 10/947,923호(출원일: 2004년 9월 23일; 발명의 명칭: 가스 터빈 제트 엔진 내의 열저항 및 팬 케이스 봉쇄를 향상시키기 위한 방법 및 장치(Method and Apparatus for Improving Fan Case Containment and Heat Resistance in a Gas Turbine Jet Engine))의 일부 계속 출원인, 계류 중인 PCT 국제특허출원 제 PCT/2005/33564호의 일부 계속 출원이다.The present invention discloses US patent application Ser. No. 10 / 947,923 (filed September 23, 2004; titled invention: Method and Apparatus for Improving Heat Resistance and Fan Case Blockage in Gas Turbine Jet Engines). And part of the pending PCT International Patent Application No. PCT / 2005/33564, which is part of the Fan Case Containment and Heat Resistance in a Gas Turbine Jet Engine.
가스 터빈 제트 엔진의 전체 테스트에서, 팬 블레이드(fan blade)는 이 팬 블레이드의 기부(base)에 위치한 폭발 볼트에 의해 최대 엔진 회전 속도에서 허브로부터 고의적으로 해제된다. 이러한 테스트는 팬 블레이드의 충격을 봉쇄(containment)하고 생성된 이상-균형 힘(out-of-balance force)을 처리하는 엔진 카커스(engine carcass)의 성능을 증명하는데 사용된다. 이러한 충격은 엔진을 둘러싸는 팬 케이스 봉쇄 시스템을 통해 진동으로서 흡수된다. 이러한 팬 케이스는 팬 케이스 봉쇄 시스템 내의 요소이며, 그 크기로 인해 그리고 팬 케이스가 봉쇄 목적을 위해 소유할 수도 있는 강도 조건으로 인해 가스 터빈 제트 엔진 내에서 통 상 가장 무거운 성분이다. 역화(backfiring)가 발생하기 쉬운 가스 터빈 제트 엔진에서, 가열된 공기는 연소기로부터 후방으로 팬 영역으로 이동하며, 팬 케이스 내부의 온도를 상승시키고 팬 케이스 온도를 상승시킨다. 이러한 보다 높은 온도는 팬 케이스가 어떤 물질로 구성되어야 하는가를 결정하는 인자(factor)일 수 있다. 본 기술 분야에서 증명된 요구는, 팬 케이스의 중량을 유지 또는 감소시키는 동시에, 팬 케이스 봉쇄 강도를 유지 또는 개선시키고 상기한 팬 케이스 온도를 견딜 수 있는 팬 케이스 물질을 이용하는 것이다.In a full test of a gas turbine jet engine, the fan blade is intentionally released from the hub at full engine rotational speed by an explosion bolt located at the base of the fan blade. These tests are used to demonstrate the performance of the engine carcass to contain the impact of the fan blades and to handle the generated out-of-balance forces. These shocks are absorbed as vibrations through the fan case containment system surrounding the engine. Such a fan case is an element in a fan case containment system and is usually the heaviest component within a gas turbine jet engine due to its size and strength conditions that the fan case may possess for containment purposes. In gas turbine jet engines that are prone to backfiring, heated air moves rearward from the combustor to the fan area, raising the temperature inside the fan case and raising the fan case temperature. This higher temperature may be a factor in determining what material the fan case should be made of. A need in the art is to use a fan case material that can maintain or reduce the weight of the fan case while at the same time maintaining or improving the fan case containment strength and withstanding the pan case temperature described above.
도 1은 종래 기술의 전형적인 팬 케이스를 갖춘 통상의 가스 터빈 제트 엔진의 전체 구조의 개략도이다.1 is a schematic diagram of the overall structure of a conventional gas turbine jet engine with a typical fan case of the prior art.
도 2는 종래 기술의 전형적인 팬 케이스에 대한 단조물의 횡단면도이다.2 is a cross-sectional view of the forging for a typical fan case of the prior art.
도 3은 본 발명의 실시 양태에서의 팬 케이스에 대한 단조물의 횡단면도이다.3 is a cross-sectional view of the forging for a fan case in an embodiment of the present invention.
도 4는 본 명세서의 실시 양태의 도 3의 팬 케이스에 수축 억지 끼워맞추어진 2개의 스티프너 링(도 5A, 도 5B 및 도 6A, 도 6B) 및 봉쇄 링(도 7A, 도 7B)을 갖는 기계 마감질된 팬 케이스의 횡단면도이다.4 is a machine having two stiffener rings (FIGS. 5A, 5B and 6A, 6B) and a containment ring (FIGS. 7A, 7B) shrink-fit into the fan case of FIG. 3 of an embodiment of the present disclosure. Cross section of the finished fan case.
도 5A는 본 명세서의 실시 양태의 도 3의 팬 케이스에 대한 제1 스티프너 링을 위한 단조의 횡단면도이다.5A is a cross sectional view of the forging for the first stiffener ring for the fan case of FIG. 3 of an embodiment of the present disclosure.
도 5B는 본 명세서의 실시 양태의 도 3의 팬 케이스에 바로 수축 억지 끼워맞추어진 도 5A의 제1 스티프너 링을 도시한다.FIG. 5B illustrates the first stiffener ring of FIG. 5A fitted directly to the fan case of FIG. 3 of an embodiment of the present disclosure.
도 6A는 본 명세서의 실시 양태의 도 3의 팬 케이스에 대한 제2 스티프너 링을 위한 단조의 횡단면도이다.6A is a cross sectional view of the forging for the second stiffener ring for the fan case of FIG. 3 of an embodiment of the present disclosure.
도 6B는 본 명세서의 실시 양태의 도 3의 팬 케이스에 바로 수축 억지 끼워맞추어진 도 6A의 제2 스티프너 링을 도시한다.FIG. 6B shows the second stiffener ring of FIG. 6A fitted directly to the fan case of FIG. 3 of an embodiment of the present disclosure.
도 7A는 본 명세서의 도 3의 팬 케이스에 대한 봉쇄 링을 위한 단조의 횡단면도이다.FIG. 7A is a cross sectional view of the forging for a containment ring for the fan case of FIG. 3 herein. FIG.
도 7B는 본 명세서의 실시 양태의 도 3의 팬 케이스에 바로 수축 억지 끼워맞추어진 도 7A의 봉쇄 링을 도시한다.FIG. 7B shows the containment ring of FIG. 7A fitted directly to the fan case of FIG. 3 of an embodiment of the present disclosure.
도 8은 전형적인 가스 터빈 제트 엔진을 통한 기류의 개략도이다.8 is a schematic diagram of airflow through a typical gas turbine jet engine.
도 9는 역화가 발생하기 쉬한 전형적인 가스 터빈 제트 엔진을 통한 기류의 개략도이다.9 is a schematic diagram of airflow through a typical gas turbine jet engine where backfire is likely to occur.
도 10은 본 명세서의 실시 양태에서의 개선된 열 저항을 위한 팬 케이스에 대한 단조의 횡단면도이다.10 is a cross sectional view of forging for a fan case for improved thermal resistance in embodiments herein.
도 11은 본 명세서의 실시 양태에서 도 10의 팬 케이스에 수축 억지 끼워맞추어진 열 저항 물질의 링을 갖는 기계 마감질된 팬 케이스의 횡단면도이다.FIG. 11 is a cross-sectional view of a mechanically finished fan case having a ring of heat resistant material shrink-fit into the fan case of FIG. 10 in an embodiment of the present disclosure.
도 12는 본 명세서의 실시 양태의 내부 봉쇄 링을 갖는 팬 케이스의 개략적인 횡단면도이다.12 is a schematic cross-sectional view of a fan case having an inner containment ring of embodiments of the present disclosure.
도 13은 본 명세서의 실시 양태의 외부 봉쇄 링을 갖는 팬 케이스의 개략적인 횡단면도이다.13 is a schematic cross-sectional view of a fan case having an outer containment ring of embodiments of the present disclosure.
도 14는 팬 케이스가 사이에 배치된, 팬 케이스에 수축 억지 끼워맞추어진 2 개의 스티프너 링 및 봉쇄 링을 갖춘 대안의 실시 양태의 기계 마감질된 팬 케이스의 횡단면도이다.14 is a cross-sectional view of an alternative embodiment mechanically finished fan case with two stiffener rings and containment rings shrink-fit to the fan case with a pan case disposed therebetween.
도 15는 외부 스티프너 링과 마주하는 내부 봉쇄 링을 갖는 도 14의 팬 케이스의 개략적인 횡단면도이다.FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of the fan case of FIG. 14 with an inner containment ring facing the outer stiffener ring.
도 16은 본 상세한 설명의 실시예의 팬 케이스의 블레이드 충돌 봉쇄 영역을 도시하는 개략도이다.16 is a schematic diagram showing a blade collision containment area of the fan case of the embodiment of the present description.
도 17은 도 16의 팬 케이스의 팬 블레이드의 개략적인 횡단면도이다.17 is a schematic cross-sectional view of the fan blade of the fan case of FIG. 16.
도면들을 참조하면, 동일한 도면 부호 및 명칭은 구조적 및/또는 기능적으로 유사한 요소들을 가리키며, 도 1은 종래 기술의 전형적인 팬 케이스(fan case)를 갖춘 통상의 가스 터빈 제트 엔진의 총체적인 구조의 개략도를 도시한다. 이러한 도 1을 다시 참조하면, 가스 터빈 제트 엔진(100)은 팬 케이스(106) 내부에 내장된 복수의 팬 블레이드(104)를 갖는 팬(102)을 구비한다. 이 팬 블레이드(104)는 흡입을 제공하기 위해 중심선(107)을 따라 회전 축선 상에서 회전하며, 스러스트 부스터(108)는 고압 압축기 로터(110)와 거기에 부착된 블레이드 및 스테이터에 유입 공기를 공급하며, 이들은 연소기(112)에 공기를 강제로 공급하고 유입 공기의 압력과 온도를 상승시킨다. 고압 터빈 로터(114) 및 그에 수반되는 블레이드 및 스테이터는 고압 터빈 케이스(116) 내부에 내장된다. 저압 터빈 로터(118) 및 그에 수반되는 블레이드 및 스테이터는 저압 터빈 케이스(120) 내부에 내장된다. 저압 터빈 로터(118) 및 그에 수반되는 블레이드 및 스테이터는 연소기(112)로부터 유동하 는 고압, 고속 가스 유동으로부터 에너지를 추출하고 저압 터빈 샤프트(122)에 에너지를 전달하며, 이 샤프트가 차례로 팬(102)을 구동시키고 가스 터빈 제트 엔진(100)을 위한 대부분의 추진을 제공한다.Referring to the drawings, like reference numerals and designations indicate structural and / or functionally similar elements, and FIG. 1 shows a schematic diagram of the overall structure of a conventional gas turbine jet engine with a typical fan case of the prior art. do. Referring again to FIG. 1, the gas turbine jet engine 100 includes a
도 2는 종래 기술의 전형적인 팬 케이스를 위한 단조물의 횡단면도를 도시한다. 기계가공 후 팬 케이스 단조물(200)은 점선으로 외형선이 도시된 팬 케이스(202)를 수득한다. 이 실례에서, 팬 케이스 단조물(200)은 하나의 피스의 티타늄 실린더로 단조된다. 팬 케이스(202)가 구성되는 특정 가스 터빈 제트 엔진의 작동 온도 및 로드 특성은 티타늄으로 이루어진 팬 케이스(202)를 필요로 할 수 있다. 이러한 특정 팬 케이스 단조물(200)의 단조 중량은 대략 3,347파운드(pounds)이다. 기계가공 후에, 팬 케이스(202)는 대략 975.2파운드의 비행 중량(flight weight)을 갖는다. 가스 터빈 제트 엔진 상에서, 팬 케이스는 또한 알루미늄, 강 또는 복합 물질로 이루어질 수 있다. 복합 물질은 통상 코어 물질, 보강 물질 및 수지 결합제를 포함한다. 코어 물질은 통상 나무, 포옴 및 벌집형상체를 포함한다. 보강 물질은 유리 섬유, 탄소 섬유, 및 Kevlar®을 포함한다. 수지 성분은 통상 폴리에스테르, 비닐 에스테르 및 에폭시를 포함한다. 기술이 진보함에 따라, 그리고 가스 터빈 제트 엔진 내의 온도가 상승함에 따라, 팬 케이스 봉쇄 목적을 위해 추가된 강도를 제공하기 위해 종종 알루미늄 케이스를 Kevlar®로 감싼다. 알루미늄 또는 강에 대해 적절하지 않은 지나치게 보다 높은 작동 온도에 대해, 추가의 강도가 필요하다면, Kevlar®로 감쌀 수도 있는 티타늄을 사용한다.Figure 2 shows a cross sectional view of a forging for a typical fan case of the prior art. After machining, the fan case forging 200 yields a
기계가공된 팬 케이스(202)의 구조적 형상들은 제1 스티프너 링(first stiffener ring; 204) 및 제2 스티프너 링(206)을 포함한다. 이들 2개의 스티프너 링은 엔진 작동 동안 경험하게 되는 로드 및 온도 조건 하에서 팬 케이스(202)가 타원형으로의 진행을 방지하는 것을 돕는다. 액세서리 플랜지(accessary flange; 208)는 관통하여 천공된 구멍을 구비할 것이며, 이 구멍으로부터 기어 박스, 튜브, 와이어링 등과 같은 여러 엔진 성분들이 걸려있다. 제1 봉쇄 링(first containment ring; 210)은 팬 케이스(202)의 외부를 에워싸며 팬 케이스 봉쇄를 위한 추가의 강도를 제공한다. 제2 봉쇄 링(212)은 팬 케이스(202)의 내부를 둘러싸며 팬 케이스 봉쇄를 위한 추가의 강도를 또한 제공한다. 제1 봉쇄 링(210)과 제2 봉쇄 링(212) 사이의 팬 케이스(202)의 섹션은, 팬 블레이드(104)(도 1)가 아마 충돌한다면, 팬 블레이드가 그 허브(hub)로부터 떨어져 나가게 되는 영역이다. 가스 터빈 제트 엔진 내에서 통상 가장 큰 팬 블레이드인 팬 블레이드(104)의 크기로 인해, 이러한 팬 케이스(202)의 섹션은 종종 예외적으로 강성으로 구성된다. 따라서, 제1 봉쇄 링(210) 및 제2 봉쇄 링(212)은 추가의 강성을 제공한다.Structural shapes of the machined
도 3은 본 명세서의 실시 양태에서의 팬 케이싱을 위한 단조물의 횡단면을 도시한다. 도 3을 다시 참조하면, 본 명세서의 팬 케이싱은 동일한 가스 터빈 제트 엔진 내에 사용하기 위해 팬 케이스(202)를 대체할 수 있으며, 이 가스 터빈 제트 엔진에 대해 팬 케이스(202)는 현존하는 엔진의 개장 내에 또는 새로이 제조된 엔진 내에 어디에든 구성되었다. 본 명세서의 특성은 팬이 공기를 흡입하고 추진을 발생시키는 다양한 응용 분야에 사용되는 가스 터빈 제트 엔진의 팬 케이스에 적용가능하다. 이러한 응용 분야들은 항공산업 분야, 수륙 양용 분야 및 다른 분야들을 포함한다. 팬 케이스 단조물(300)은 기계가공 후에 외형선이 점선으로 도시된 바와 같은 팬 케이스(302)를 수득한다. 이러한 실례에서, 팬 케이스 단조물(300)은 역시 하나의 피스의 티타늄 실린더로 단조된다. 본 실례에서, 팬 케이스 단조물(300)은 단조 공정을 단순화시키는 보다 단순한 형상을 가지지만, 특정 응용 분야에 따라 이 형상이 변화될 수 있음을 이해한다. 본 실시 양태에서, 팬 케이스 단조물(300)을 위한 단조 중량은 대략 2,595파운드이며, 팬 케이스 단조물(200)에 비해 752파운드가 가볍다. 기계가공 후에, 팬 케이스(302)는 대략 751.3파운드의 비행 중량을 가지며, 팬 케이스(202)에 비해 223.9파운드가 가볍다. 팬 케이스 단조물(300)의 물질, 중량 및 특징은 특정 응용 분야에 따라 변화될 수 있다.3 shows a cross section of a forging for a fan casing in an embodiment of the present disclosure. Referring again to FIG. 3, the fan casing herein can replace the
기계가공된 팬 케이스(302)의 구조적인 특징은 팬 케이스(302)의 중앙 부분에 위치한 제1 스티프너 링 노치(304) 및 제2 스티프너 링 노치(306)를 포함한다. 2개의 추가의 단조물(도 5A, 도 5B, 도 6A 및 도 6B)로부터의 2개의 스티프너 링은 엔진이 작동하는 동안 경험하게 되는 로드 및 온도 조건 하에서 팬 케이스(302)가 타원형이 되는 것을 방지하는 것을 돕기 위해 제1 스티프너 링 노치(304) 및 제2 스티프너 링 노치(306)(도 4 참조) 내에 위치될 것이다. 특정 팬 케이스의 구성에 따라, 어느 정도 스티프너 링 노치가 이용될 수도 있고, 이들 스티프너 링 노치가 팬 케이스의 표면 상의 여러 위치에 위치될 수 있다. 스티프너 링(502, 602)이 팬 케이스(302)의 외부면 상에 자리하는 것으로 도시되어 있지만, 응용 분야에 따라 하나 이상의 스티프너 링이 팬 케이스의 내부면 상에 설치될 수도 있음을 이해한다. 팬 케이스(302)의 후방 단부를 향하는 액세서리 플랜지(308)는 관통하여 천공된 구멍 또는 그 위에 형성된 다른 부착면을 구비하며, 기어 박스, 튜브, 와이어링 등과 같은 여러 엔진 성분들이 이 액세서리 플랜지(308)에 의해 지지된다.Structural features of the machined
봉쇄 링 노치(310)는 전단부 둘레로 팬 케이스(302)의 내부를 에워싼다. 추가의 단조물로부터의 봉쇄 링(도 7A 및 도 7B)은 봉쇄 링 노치(310) 내에 위치될 것이다. 도 12는 내부의 봉쇄 링 노치(310)에 위치한 봉쇄 링(702)과 끼워맞추어진 팬 케이스(302)의 개략적인 횡단면도를 도시한다. 봉쇄 링 노치(310)에 걸쳐 있는 팬 케이스(302)의 섹션은 팬 블레이드(104)(도 1)가 아마도 충돌한다면 팬 블레이드가 그 허브로부터 떨어져 나가는 영역이다. 본 실시 양태에서 이러한 팬 케이스(302)의 섹션은 비교적 강성을 가지며, 봉쇄 링 노치(310)에 부합되는 미리정해진 형상으로 기계가공된 추가의 단조물로부터의 봉쇄 링은 추가의 강도 및 봉쇄 기능을 제공한다. 팬 케이스(302)는 봉쇄 링(702)에 의해 제공되는 추가의 강도로 인해 본 명세서의 팬 케이스(302)에서 생략될 수도 있는 제1 봉쇄 링(210)에 비교될 수 있는 구조물이 아니다. 다른 실시 양태들에서 특정 응용 분야에 따라 제2 또는 추가의 봉쇄 링이 추가될 수도 있음을 이해한다.The
도 5A는 본 명세서의 실시 양태의 도 3의 팬 케이싱에 대한 제1 스티프너 링을 위한 단조물의 횡단면을 도시하며, 도 5B는 본 명세서의 실시 양태의 도 3의 팬 케이싱에 바로 수축 억지 끼워맞춤(shrink interference fit)될 때 도 5A의 제1 스티프너 링을 도시한다. 도 5A 및 도 5B를 다시 참조하면, 제1 스티프너 링 노 치(304)와 부합되는 미리정해진 형상으로 기계가공된 후, 제1 스티프너 링 단조물(500)은 도 5A에서 외형선이 점선으로 도시된 제1 스티프너 링(502)을 수득한다. 이러한 실례에서, 제1 스티프너 링 단조물(500)은 하나의 피스의 알루미늄 링으로 단조된다. 제1 스티프너 링 단조물(500)에 대한 단조 중량은 대략 154파운드이다. 기계가공후, 제1 스티프너 링(502)은 대략 41파운드의 비행 중량을 갖는다.5A shows a cross section of a forging for a first stiffener ring for the fan casing of FIG. 3 of an embodiment of the present disclosure, and FIG. 5B shows a shrinkage interference fit directly to the fan casing of FIG. 3 of an embodiment of the present disclosure. The first stiffener ring of FIG. 5A is shown when shrink interference fit. Referring again to FIGS. 5A and 5B, after being machined into a predetermined shape consistent with the first
본 실례에서, 팬 케이스(302)와 별개로 제조된 제1 스티프너 링(502)은 제1 스티프너 링 노치(304) 안으로 수축 억지 끼워맞춤된다. 대기 온도에서, 제1 스티프너 링(502)의 내경은 제1 스티프너 링 노치(304)의 외경보다 다소 작다. 제1 스티프너 링(502)이 가열되며, 이에 의해 제1 스티프너 링(502)이 팽창되고, 제1 스티프너 링 노치(304)의 외경보다 큰 직경으로 내경을 증가시키며, 제1 링 간극(504)을 발생시키고, 제1 스티프너 링(502)이 제1 스티프너 링 노치(304)에 도시된 바와 같이 위치될 수 있게 한다. 이러한 위치에서, 제1 스티프너 링(502)은 냉각될 수 있으며, 이로써 직경이 수축되고 그 자체가 제1 스티프너 링 노치(304) 내부의 둘레로 위치하게 된다. 대기 온도에서, 보다 작은 내경으로 복귀하고자 하지만 제1 스티프너 링 노치(304)의 보다 큰 외경으로 인해 그렇게 복귀하지 못 하는 제1 스티프너 링(502)으로 인해, 제1 스티프너 링(502)에 의해 팬 케이스(302)에 방사상 둘레 압축력이 가해짐으로써 억지 끼워맞춤에 의한 수축이 발생되고, 둘레 인장력이 팬 케이스(302)에 의해 제1 스티프너 링(502)에 가해진다. 일 실시 양태에서, 방사상 압축력은 중심선(107)에 의해 형성된 회전 축선 상에서 중심으로 맞추어 질 수 있다. 또한, 방사상 압축력은 방해없이 제1 스티프너 링(502)의 전체 둘레 주위에 연속적으로 작용한다.In this example, the
도 6A는 본 설명의 실시 양태의 도 3의 팬 케이싱에 대한 제2 스티프너 링을 위한 단조물의 횡단면을 도시하며, 도 6B는 본 명세서의 실시 양태의 도 3의 팬 케이싱에 바로 수축 억지 끼워맞추어지는 도 6A의 제2 스티프너 링을 도시한다. 도 6A 및 도 6B를 다시 참조하면, 제2 스티프너 링 노치(306)와 부합되는 미리정해진 형상으로 기계가공된 후, 제2 스티프너 링 단조물(600)은 도 6A에서 외형선이 점선으로 도시된 제2 스티프너 링(602)을 수득한다. 이러한 실례에서, 제2 스티프너 링 단조물(600)은 하나의 피스의 알루미늄 링으로 단조된다. 제2 스티프너 링 단조물(600)에 대한 단조 중량은 대략 148파운드이다. 기계가공후, 제2 스티프너 링(602)은 대략 40.6파운드의 비행 중량을 갖는다.FIG. 6A shows a cross section of a forging for a second stiffener ring for the fan casing of FIG. 3 of an embodiment of the present description, and FIG. 6B shows a shrink-tight fit directly to the fan casing of FIG. 3 of an embodiment of the present disclosure. The second stiffener ring of FIG. 6A is shown. Referring again to FIGS. 6A and 6B, after being machined into a predetermined shape to conform to the second
본 실례에서, 팬 케이스(302)와 별개로 제조된 제2 스티프너 링(602)은 제2 스티프너 링 노치(306) 안으로 수축 억지 끼워맞춤된다. 대기 온도에서, 제2 스티프너 링(602)의 내경은 제2 스티프너 링 노치(306)의 외경보다 다소 작다. 제2 스티프너 링(602)이 가열되며, 이에 의해 제2 스티프너 링(602)이 팽창되고, 제2 스티프너 링 노치(306)의 외경보다 큰 직경으로 내경을 증가시키며, 제2 링 간극(604)을 발생시키고, 제2 스티프너 링(602)이 제2 스티프너 링 노치(306)에 도시된 바와 같이 위치될 수 있게 한다. 이러한 위치에서, 제2 스티프너 링(602)은 냉각될 수 있으며, 이로써 직경이 수축되고 그 자체가 제2 스티프너 링 노치(306) 내부의 둘레로 위치하게 된다. 대기 온도에서, 보다 작은 내경으로 복귀하고자 하지만 제2 스티프너 링 노치(306)의 보다 큰 외경으로 인해 그렇게 복귀하지 못 하는 제2 스티프너 링(602)으로 인해, 제2 스티프너 링(602)에 의해 팬 케이스(302)에 방사상 둘레 압축력이 가해짐으로써 억지 끼워맞춤에 의한 수축이 발생되고, 둘레 인장력이 팬 케이스(302)에 의해 제2 스티프너 링(602)에 가해진다. 일 실시 양태에서, 방사상 압축력은 중심선(107)에 의해 형성된 회전 축선 상에서 중심으로 맞추어 질 수 있다. 또한, 방사상 압축력은 방해없이 제2 스티프너 링(602)의 전체 둘레 주위에 연속적으로 작용한다. 또한, 일 실시 양태에서, 각각의 스티프너 링은 폐루프 형상에서 단조 또는 기계가공된, 고형의, 단일체 또는 하나의 피스의 연속적이거나 시임(seam)없는 부재일 수 있다. 다른 실시 양태에서, 스티프너 링은 개방 루프-형 부재를 사용하여 예컨대 폐루프 형상을 형성하기 위해 웰딩에 의해 함께 단부를 접합시킴으로써 제조될 수 있다.In this example, a
응용 분야에 따라 팬 케이스의 다른 위치에 스티프너 링이 위치될 수 있음을 이해한다. 크기, 치수, 형상, 물질 및 간극들이 특정 응용 분야에 따라 변화될 수 있음을 또한 이해한다. 불완전 진원도(nonperfect roundness)와 같은 다양한 요인으로 인해 제1 스티프너 링(502)과 같은 스티프너 링이 팬 케이스(302)의 외부면의 원주의 100%와 맞물리지 못 할 수도 있음을 이해한다. 예컨대, 제1 스티프너 링(502)은 팬 케이스(302)의 외부면의 원주의 70%와 접촉할 수도 있으나, 이러한 접촉부의 양은 특정 응용 분야에 따라 변경될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 제1 스티프너 링(502)이 팬 케이스(302)와 수축 억지 끼워맞추어지는 경우, 이 제1 스티프너 링(502)은 제1 스티프너 링(502)의 내부 둘레면의 둘레의 길이를 따라 방사상 압축력을 인가한다는 점을 고려한다. 일부 응용 분야에서는, 스티프너 링과 팬 케이스 사이의 압축력이 라이너 물질을 통해 전달되도록 팬 케이스에 대한 스티프너 링의 수축 억지 끼워맞춤부 사이에 라이너 물질을 제공하는 것이 적절할 수 있음을 또한 이해한다. 일 실시 양태에서, 라이너 물질이 압축성 물질로 이루어질 수도 있다. 다른 실시 양태들에서 라이너 물질은 비교적 경성을 가지거나 다른 물성을 가질 수도 있음을 이해한다.It is understood that the stiffener ring may be located at different locations in the fan case depending on the application. It is also understood that the size, dimensions, shape, material and gaps may vary depending upon the particular application. It is understood that stiffener rings, such as the
도 7A는 본 명세서의 실시 양태에서 도 3의 팬 케이스에 대한 봉쇄 링을 위한 횡단면을 도시하며, 도 7B는 본 명세서의 실시 양태의 도 3의 팬 케이싱에 바로 수축 억지 끼워맞추어지는 도 7A의 봉쇄 링을 도시한다. 도 7A 및 도 7B를 다시 참조하면, 봉쇄 링 노치(310)와 부합되는 미리정해진 형상으로 기계가공된 후, 봉쇄 링 단조물(700)은 도 7A에서 외형선이 점선으로 도시된 봉쇄 링(702)을 수득한다. 이러한 실례에서, 봉쇄 링 단조물(700)은 하나의 피스에서 인코넬(Inconel; 718)과 같은 니켈계 초합금의 링으로 단조된다. 봉쇄 링 단조물(700)에 대한 단조 중량은 대략 467파운드이다. 기계가공후, 봉쇄 링(702)은 대략 138.1파운드의 비행 중량을 갖는다. 응용 분야에 따라 팬 케이스의 다른 위치에 봉쇄 링이 위치될 수 있음을 이해한다. 크기, 치수, 형상, 물질 및 간극들이 특정 응용 분야에 따라 변화될 수 있음을 또한 이해한다. 예컨대, 봉쇄 링(702)는 다른 초합금, 강, 티타늄, 또는 블레이드를 봉쇄시키기 위한 다른 적절한 물질로 이루어질 수도 있다. 또한, 일 실시 양태에서, 각각의 스티프너 링은 폐루프 형상에서 단조 또는 기계가공된, 고형의, 단일체 또는 하나의 피스의 연속적이거나 시임없는 부재일 수 있다. 다른 실시 양태에서, 스티프너 링은 개방 루프-형 부재를 사용하여 예컨대 폐루프 형상을 형성하기 위해 웰딩에 의해 함께 단부들을 접합시킴으로써 제조될 수 있다.FIG. 7A shows a cross section for a containment ring for the fan case of FIG. 3 in an embodiment of the present disclosure, and FIG. 7B shows a containment of FIG. 7A that shrink-fits directly to the fan casing of FIG. 3 of an embodiment of the present disclosure. Show the ring. Referring again to FIGS. 7A and 7B, after being machined into a predetermined shape that matches the
본 실례에서, 팬 케이스(302)와 별개로 제조된 봉쇄 링(702)은 봉쇄 링 노치(310) 안으로 수축 억지 끼워맞춤된다. 대기 온도에서, 봉쇄 링(702)의 외경은 봉쇄 링 노치(310)의 내경보다 다소 작다. 팬 케이스(302)가 가열되며, 이에 의해 팬 케이스(302)이 팽창되고, 봉쇄 링(702)의 외경보다 큰 직경으로 내경을 증가시키며, 봉쇄 링 간극(704)을 발생시키고, 봉쇄 링(702)이 봉쇄 링 노치(310)에 도시된 바와 같이 위치될 수 있게 한다. 이러한 위치에서, 팬 케이스(302)가 냉각될 수 있으며, 이로써 직경이 수축되고 봉쇄 링(702) 그 자체가 봉쇄 링 노치(310) 내부의 둘레로 위치될 수 있다. 대기 온도에서, 보다 작은 내경으로 복귀하고자 하지만 봉쇄 링(702)의 보다 큰 외경으로 인해 그렇게 복귀하지 못 하는 팬 케이스(302)로 인해, 팬 케이스(302)에 의해 봉쇄 링(702)에 방사상 둘레 압축력이 가해짐으로써 억지 끼워맞춤에 의한 수축이 발생되고, 둘레 인장력이 봉쇄 링(702)에 의해 팬 케이스(302)에 가해진다. 일 실시 양태에서, 방사상 압축력은 도 12에 화살표로 개략적으로 나타낸 바와 같은 중심선(107)에 의해 형성된 회전 축선 상에서 중심이 맞추어 질 수 있다. 일 실시 양태에서, 방사상 압축력은 방해없이 팬 케이스(302)의 봉쇄 링 노치(310)의 전체 둘레 주위에 연속적으로 작용한다. 불완전 진원도와 같은 다양한 요인으로 인해 봉쇄 링(702)과 같은 봉쇄 링이 팬 케이스(302)의 내부면의 원주의 100%와 맞물리지 못 할 수도 있음을 이해한다. 예컨대, 봉쇄 링(702)은 팬 케이스(302)의 내부면의 원주의 70%와 접촉할 수도 있으나, 이러한 접촉부의 양은 특정 응용 분야에 따라 변경될 수 있다. 그럼에도 불구하 고, 팬 케이스(302)가 봉쇄 링(702)에 수축 억지 끼워맞춤되는 경우, 이 팬 케이스(302)는 봉쇄 링 노치(310)의 내부 둘레면의 둘레의 길이를 따라 방사상 압축력을 인가한다는 점을 고려한다. 일부 응용 분야에서는, 봉쇄 링과 팬 케이스 사이의 압축력이 라이너 물질을 통해 전달되도록 팬 케이스에 대한 봉쇄 링의 수축 억지 끼워맞춤부 사이에 라이너 물질을 제공하는 것이 적절할 수 있음을 또한 이해한다. 일 실시 양태에서, 라이너 물질이 압축성 물질로 이루어질 수도 있다. 다른 실시 양태들에서 라이너 물질은 비교적 경성을 가지거나 다른 물성을 가질 수도 있음을 이해한다.In this example, a
복합 물질로 제조된 팬 케이스에 대해, 봉쇄 링(702)은 액체 질소에 의해 냉각되어, 그 외경을 감소시키며, 봉쇄 링 간극(704)을 발생시키고, 봉쇄 링(702)이 봉쇄 링 노치(310)에 도시된 바와 같이 위치될 수 있게 한다. 이러한 위치에서, 봉쇄 링(702)은 대기 온도까지 데워질 수 있으며, 직경이 증가되고 봉쇄 링 노치(310) 안으로 둘레 상으로 그 자체가 위치된다. 대기 온도에서, 보다 큰 외경으로 복귀하고자 하지만 봉쇄 링 노치(310)의 보다 작은 내경으로 인해 그렇게 하지 못 하는 봉쇄 링(702)으로 인해, 팬 케이스(302)에 의해 봉쇄 링(702)에 방사상 둘레 압축력이 인가됨으로써 억지 끼워맞춤이 생성되며, 봉쇄 링(702)에 의해 둘레 인장력이 팬 케이스(302)에 인가된다. 봉쇄 링(702)을 냉각시킴과 동시에 팬 케이스(302)를 가열시키는 것도 특정 상황에서 수축 끼워맞춤을 실행시킬 수 있을 것이다.For fan cases made of composite material,
본 명세서의 일 실시 양태에서, 봉쇄 링 노치(310)는 팬 케이스(302)의 내경 의 지점(A)가 팬 케이스(302) 내경의 지점(B) 보다 작도록 역 테이퍼(reverse taper)에 의해 둘레 상으로 기계가공된다. 이러한 역 테이퍼는 원통형 케이스에 대해 바로 0°보다 큰 각도에서부터 원추형 팬 케이스의 특정 외형에 따라 좌우되는 적절한 각도까지의 범위에 이르면서 팬 케이스로부터 팬 케이스로 변화될 수도 있다. 봉쇄 링(702)은 이러한 동일한 역 테이퍼에 부합하도록 그 외부면 상에서 둘레 상으로 기계가공된다. 봉쇄 링(702)이 팬 케이스(302) 상에 수축 억지 끼워맞춤될 지라도, 이러한 역 테이퍼는 봉쇄 링(702)이 팬 케이스(302) 상에서 축방향으로 미끄러지는 것을 방지하도록 추가의 안전을 부가할 수 있다.In one embodiment of the present disclosure, the
또한, 팬 케이스(302)에 대한 기계가공은 반경방향과 같은 제1 방향으로 실시될 수 있으며, 봉쇄 링(702)에 대한 기계가공은 제1 방향과 거의 수직인, 축방향와 같은 제2 방향으로 실시될 수 있다. 기계가공은 기계가공면 상에 나선형, 또는 기록적인 연속의 홈을 남기므로, 각 표면의 이들 홈은 서로에 대해 크로스-해치(cross-hatch) 방식으로 정렬되며, 2개의 표면 사이에 마찰력을 증가시키고 봉쇄 링 노치(310) 내부에서 봉쇄 링(702)의 회전에 대한 잠재성을 감소시킨다. 예컨대 니켈계 초합금으로 이루어질 수 있는 봉쇄 링(702) 상의 복수의 홈은 예컨대, 티타늄으로 이루어질 수도 있는 팬 케이스(302)의 봉쇄 링 노치(310) 위, 또는 강 또는 알루미늄으로 이루어질 수 있는 다른 팬 케이스 내의 복수의 홈 보다 딱딱할 수 있다. 대안으로, 봉쇄 링(702)은 이러한 봉쇄 링(702)이 봉쇄 링 노치(310)와 연관되어 회전하는 것을 방지하기 위해 봉쇄 링 노치(310)에 하나 이상의 위치에 단순히 스팟 용접(spot welding)될 수 있거나, 또는 봉쇄 링 노치(310)에 고정된 하나 이상의 플랜지에 볼트고정될 수 있다. 크로스 방향으로의 기계가공은 응용 분야에 따라 적절하게 적용되거나 생략될 수도 있다.Further, machining of the
도 4는 본 명세서의 실시 양태에서 도 3의 팬 케이싱에 수축 억지 끼워맞춤되었던 2개의 스티프너 링(도 5A, 도 5B, 도 6A 및 도 6B) 및 봉쇄 링(도 7A 및 도 7B)를 갖는 기계가공 마감질된 팬 케이싱의 횡단면도를 도시한다. 도 4를 다시 참조하면, 봉쇄 링(702)은 제2 봉쇄 링(212)에 비교되는 구조물의 일부분을 복제할 수 있으며, 응용 분야에 따라 전체로 또는 부분적으로 제1 봉쇄 링(210)의 이용을 제거할 수 있다. 팬 케이스(302)의 내경 상에 봉쇄 링(702)을 수축 억지 끼워맞춤으로써, 외부와는 대조적으로, 보다 단단한 초합금의 봉쇄 링(702)이 블레이드를 파손시키는 초기의 충돌면을 제공할 수 있다. 봉쇄 링(702)의 외부 상의 보다 연질의 티타늄, 강 또는 알루미늄의 팬 케이스(302)의 2개의 물질 사이의 상이한 팽창률로 인한 충격 흡수 장치로서 기능할 수 있다. 초합금의 봉쇄 링(702)이 이동하기 시작하면, 이 봉쇄 링(702)은 상이한 팽창 계수를 갖는 티타늄, 강 또는 알루미늄의 팬 케이스(302)를 밀어낼 수 있다. 이것은 마치 서로 밀접한 2개의 네트(net)를 갖는 것과 같다. 초합금의 봉쇄 링(702)은 초기 타격을 받을 수 있으며, 충격 흡수 장치와 같은 티타튬, 강 또는 알루미늄의 팬 케이스(302)로 힘의 일부가 전달된다.4 is a machine with two stiffener rings (FIGS. 5A, 5B, 6A and 6B) and a containment ring (FIGS. 7A and 7B) that were shrink fit fitted to the fan casing of FIG. 3 in embodiments herein. A cross sectional view of a finished fan casing is shown. Referring back to FIG. 4, the
제1 스티프너 링(502) 및 제2 스티프너 링(602)은 제1 스티프너 링 노치(304) 및 제2 스티프너 링 노치(306) 내에 조심스럽게 위치되는 것으로 도시된다. 제1 스티프너 링(502) 및 제2 스티프너 링(602)은 팬 케이스(302)가 온도 및 로드 조건 하에서의 엔진을 작동 동안 둥글지 않게 변형되거나 또는 타원형으로 진행되는 것을 방지하기 위해 보강시킨다.The
이러한 특정 실례에서, 아래의 표 1은 본 명세서의 팬 케이스(302)에 대한 종래의 팬 케이스(202)의 단조 중량, 비행 중량 및 가격을 비교하여 보여준다.In this particular example, Table 1 below shows a comparison of the forging weight, flight weight and price of a
따라서, 본 실례에서, 단조 중량이 17파운드 이상일지라도, 비행 중량은 4.7파운드 미만이다. 또한, 팬 케이스(302)의 물질의 파운드 당 평균 비용은 팬 케이스(202) 보다 작은 $0.72/lbs이며, 결국 총 절감비용은 $2,294.00이다. 또한, 본 실례에서, 팬 케이스(302)는 팬 케이스(202) 보다 상당히 강성을 갖는다.Thus, in this example, the flight weight is less than 4.7 pounds, even if the forging weight is 17 pounds or more. In addition, the average cost per pound of material of the
다른 응용 분야에서, 절감비용이 보다 클 수 있다. 예컨대, Kevlar® 보강재를 필요로 하는 팬 케이스에 대해, 본 명세서의 팬 케이스는 Kevlar® 보강재에 대한 필요를 제거하기에 충분히 보다 강성을 가질 수 있으며, 이로써 물질 비용 및 노동력 모두에서 실질적인 절감비용이 된다. 본 명세서는 또한 보다 높은 팬 케이스 강도를 얻기 위해 Kevlar® 보강재와 함께 사용될 수도 있다. 현재 팬 케이스에 대해 강 또는 티타늄을 사용하는 가스 터빈 제트 엔진에 대해, 본 명세서는 알루미늄이 강 또는 티타늄을 대체하는 것이 가능할 수 있으며, 니켈계 초합금 또는 다른 적합한 물질의 봉쇄 링에 의해 봉쇄를 위해 필요한 강도가 제공된다. 동일한 체적의 알루미늄 또는 티타늄은 동일한 체적의 강의 중량의 약 30%~55%이므로, 실질적인 절감을 가져올 수 있다. 이러한 중량의 절감은 증가된 화물 수송 능력 또는 감소된 연료 소모 또는 이들 모두의 조합으로 나타난다.In other applications, the savings may be greater. For example, for a fan case that requires Kevlar® reinforcement, the fan case herein can be more rigid enough to eliminate the need for Kevlar® reinforcement, resulting in substantial savings in both material and labor costs. . This specification may also be used with Kevlar® reinforcements to achieve higher fan case strength. For gas turbine jet engines that currently use steel or titanium for fan cases, the present specification may allow aluminum to replace steel or titanium, and is required for containment by containment rings of nickel-based superalloys or other suitable materials. Strength is provided. The same volume of aluminum or titanium is about 30% to 55% of the weight of the same volume of steel, which can result in substantial savings. This weight saving is manifested in increased cargo transport capacity or reduced fuel consumption or a combination of both.
가스 터빈 제트 엔진 분야에서, 트러스트를 증가시키기 위해 팬 블레이드를 보다 길게 만드는 것이 추세이다. 팬 블레이드의 팁은 초음속으로 회전할 수 있는 반면, 팬 블레이드의 기부는 아음속으로 회전한다. 이것은 블레이드의 팁이 부서지게 하는 블레이드 내의 조화 진동을 야기시킬 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 직선형 팬 블레이드를 제조하는 대신에, 넓은 패들처럼 추가로 블레이드를 형상화한다. 이러한 보다 넓고 긴 블레이드는 팬 케이싱 내부에 포함되어야 하는 추가의 질량체가 된다. 또한, 엔진이 보다 효율적으로 개선되면서, 이 엔진은 보다 뜨거운 온도로 작동하게 되며, 잠재적으로 봉쇄 문제에 보다 어려움을 추가한다. 본 상세한 설명은 보다 큰 팬 케이스 봉쇄 강도와 잠재적으로 보다 적은 중량과 보다 낮은 비용을 위한 도전을 충족시키는데 상당히 도움을 줄 뿐만 아니라, 특정 응용 분야에 따라 추가로 또는 대신해서 다른 특성들을 제공할 것으로 믿는다.In the field of gas turbine jet engines, the trend is to make fan blades longer to increase trust. The tip of the fan blade can rotate at supersonic speed, while the base of the fan blade rotates at subsonic speed. This can cause harmonic vibrations in the blades that cause the tips of the blades to break. To solve this problem, instead of manufacturing a straight fan blade, the blade is further shaped like a wide paddle. This wider and longer blade is an additional mass that must be included inside the fan casing. In addition, as the engine improves more efficiently, the engine will operate at hotter temperatures, potentially adding more difficulty to containment problems. This detailed description is believed to not only help significantly meet the challenges for greater fan case containment strength and potentially lower weight and lower cost, but also provide additional properties in addition to or instead of depending on the particular application. .
도 8은 전형적인 가스 터빈 제트 엔진을 통과하는 기류의 개략도를 나타낸다. 도 8을 다시 참조하면, 역화에 쉽게 취약하지 않은 가스 터빈 제트 엔진에 대해, 기류(824)가 팬 케이스(806) 안으로 그리고 부스터(808) 안으로 유동한다. 고압 압축기 로터(810)는 연소기(812)로 들어가면서 기류(824)를 압축시킨다. 고압 및 저압 터빈을 통과한 후, 기류(824)는 가스 터빈 제트 엔진(800)의 후방으로부터 외부로 유동한다. 연소기(812) 내의 가열된 기류(824)는 가스 터빈 제트 엔진(800)의 후방을 통해 외부로 이동한다.8 shows a schematic of the airflow through a typical gas turbine jet engine. Referring again to FIG. 8, for a gas turbine jet engine that is not easily susceptible to backfire,
도 9는 역화에 취약한 전형적인 가스 터빈 제트 엔진의 개략도를 나타낸다. 도 9를 다시 참조하면, 도 8과 반대로, 가스 터빈 제트 엔진(900)은 기류(924)의 일부분인 점선으로 나타낸 가열된 공기(926)가 가스 터빈 제트 엔진(900)을 통해 팬(902)의 영역 안으로 뒤로 유동하게 하는 역화에 취약하다. 가열된 공기(926)는 팬 케이스(906) 내부의 온도가 상승되게 하며, 이는 전체적으로 영역(928)으로 지시된 영역에서 팬 케이스(906) 자체의 온도를 또한 상승시킨다. 물론 온도는 팬 케이스(906)를 어떤 물질로 구성해야 하는가를 결정할 때 주요 인자 중 하나이다. 팬 케이스 온도가 800도를 초과하는 경우, 알루미늄은 더 이상 적합하지 않다. 강, 티타늄, 또는 초합금과 같은 보다 고가의 내열 물질이 적절할 수 있다.9 shows a schematic of a typical gas turbine jet engine vulnerable to backfire. Referring back to FIG. 9, in contrast to FIG. 8, the gas
도 10은 본 상세한 설명의 실시 양태에서 개선된 내열을 위한 팬 케이스에 대한 단조물의 횡단면을 도시한다. 도 10을 다시 참조하면, 역화에 취약한 가스 터빈 제트 엔진에 대해, 열 문제들을 중화시키고 팬 케이스(1002)의 열 저항을 개선시키기 위해 본 상세한 설명의 팬 케이스가 사용될 수 있다고 믿는다. 팬 케이스 단조물(1000)은 도 3에 도시된 팬 케이스 단조물(300)과 유사하다. 팬 케이스 단조물(1000)을 기계가공하면 팬 케이스(302)와 유사한 점선으로 도시된 팬 케이스(1002)를 얻는다. 이러한 실례에서, 팬 케이스 단조물(1000)은 하나의 피스의 알루미늄으로 단조한 것이다.10 shows a cross section of a forging for a fan case for improved heat resistance in an embodiment of the present description. Referring back to FIG. 10, it is believed that for gas turbine jet engines that are vulnerable to backfire, the fan case of the present description can be used to neutralize thermal issues and improve the thermal resistance of the
기계가공된 팬 케이스(1002)의 구조적 특성들은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 유사하지만, 전체적으로 도 9의 영역(928)으로 형성된 위치에서 둘레로 팬 케이스(1002)의 내부를 둘러싸는 내열 링 노치(1012)를 또한 포함한다. 내열 물질의 링은 본 실례에서 수축 억지 끼워맞춤 상태로 내열 링 노치(1012) 내에 자리한다. 내열 링 노치(1012)에 걸쳐 있는 팬 케이스(1002)의 섹션은 역화로부터의 가열된 공기가 상승된 팬 케이스 온도를 야기할 수 있는 영역이다.Structural characteristics of the machined
응용 분야에 따라 내열 링이 팬 케이스의 다른 위치에 위치할 수도 있음을 이해한다. 특정 응용 분야에 따라 크기, 치수, 형상, 물질 및 간극이 변화될 수도 있음을 또한 이해한다.It is understood that the heat resistant ring may be located at different locations in the fan case, depending on the application. It is also understood that the size, dimensions, shape, material and gap may vary depending on the particular application.
상술한 바와 같이, 팬 케이스(1002)에 대한 기계가공은 방사상과 같이 제1 방향으로 실시될 수 있으며, 내열 링(1112)에 대한 기계가공은 제1 방향과 거의 수직한 축방향과 같은 제2 방향으로 실시될 수 있다. 기계가공은 나선형, 또는 기록된 연속적인 홈을 기계가공면 상에 남길 수 있기 때문에, 각각의 기계가공면 상의 홈은 서로에 대해 크로스-해치(cross-hatch) 방식으로 정렬될 수 있으며, 2개의 기계가공면 사이의 마찰력을 증가시키고 내열 링 노치(1012) 내부에서 내열 링(1112)을 회전시키기 위한 포텐셜을 감소시킨다. 티타늄으로 이루어진 내열 링(1112) 상의 복수의 홈은 알루미늄으로 이루어진 팬 케이스(1002)의 내열 링 노치(1012) 상의 복수의 홈보다 단단할 수도 있다. 티타늄의 홈은 보다 연질의 알루미늄의 홈 안으로 움푹 들어가게 한다. 대안으로, 내열 링(1112)은 내열 링 노치(1012)에 하나 이상의 위치에 간단히 스팟 용접되거나, 또는 내열 링 노치(1012)에 고정된 하나 이상의 플랜지에 볼트결합될 수 있어서, 내열 링(1112)이 내열 링 노치(1012)와 관련하여 회전하는 것을 방지한다. 이 경우 교차 방향으로의 기계가공이 필요하지 않을 수도 있고 또는 이에 추가로 적용될 수도 있다.As described above, machining of the
도 11은 본 상세한 설명의 실시 양태의 도 10의 팬 케이스에 수축 억지 끼워맞추어진 내열 물질의 링을 갖는 기계가공 마감질된 팬 케이스의 횡단면을 도시한다. 도 11을 다시 참조하면, 내열 링(1112)이 내열 링 노치(1012) 내의 팬 케이스(1002)의 내경 상에 수축 억지 끼워맞추어진 것으로 도시된다. 이러한 실례에서, 내열 링(1112)은 티타늄으로 이루어지지만, 강, 강 합금, 또는 임의의 개수의 통상적으로 사용되는 항공우주 초합금과 같이 팬 케이스(1002)에 요구되는 구조적 완전성을 유지시키기 위해 내열 특성과 강도 특성의 결합 특성을 갖는 다른 물질로 이루어질 수도 있다. 내열 링(1112)은 절단되어, 원통형 형상으로 구부려서 시임을 따라 용접되는 티타늄 시이트 물질로 제조될 수도 있고, 내열 링 노치(1012)의 내경과 부합되도록 형성될 수 있다. 내열 링(1112)은 상술한 바와 같이 단조될 수도 있다.FIG. 11 illustrates a cross section of a machined finished fan case having a ring of heat resistant material shrink-fit into the fan case of FIG. 10 of an embodiment of the present description. Referring back to FIG. 11, the heat
팬 케이스(1002)를 가열시키고 이 팬 케이스(1002)를 팽창시켜서 내열 링(1112)이 위치로 미끄러지게 하여 그 상태로 냉각시킴으로써 상술한 바와 같이 억지 끼워맞춤에 의한 수축이 실시될 수 있다. 팬 케이스(1002) 및 내열 링(1112)은 수축 억지 끼워맞춤으로 서로에 대해 강제로 적용된다. 대안으로, 내열 링(1112)은 액화 질소에 의해 냉각될 수 있으며, 그 외경을 감소시키고 내열 링(1112)이 내열 링 노치(1012) 안으로 미끄러질 수 있게 한다. 또한, 팬 케이스(1002) 및 내열 링(1112)의 결합체는 수축 억지 끼워맞춤을 고정시키는데 이용될 수도 있다. 티타늄의 내열 링(1112)은 팬 케이스 온도에 의해 구조적으로 약해지지 않으며, 2개의 물질 사이의 상이한 팽창률로 인해 알루미늄 팬 케이스(1002)에 버퍼(buffer)로서 기능한다. 티타늄의 내열 링(1112)은 내부 팬 케이스 온도에 노출되며, 열의 일부가 팬 케이스(1002)에 전달된다. 티타늄은 보다 높은 온도에서 알루미늄이 부족한, 요구되는 강도를 제공한다. 봉쇄 링(1102)은 초합금으로 이루어질 수 있다. 불완전한 곡선도와 같은 여러 인자들로 인해 내열 링(1112)과 같은 내열 링이 팬 케이스(1002)의 외부면의 둘레의 100%와 맞물릴 수 없음을 이해한다. 예컨대, 내열 링(1112)은 팬 케이스(1002)의 내부면의 둘레의 70%와 접촉할 수 있지만, 접촉하는 양은 특정 응용 분야에 따라 변화될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 팬 케이스(1002)가 내열 링(1112)에 수축 억지 끼워맞춤되는 경우, 팬 케이스(1002)가 내열 링 노치(1012)의 내부 둘레면의 둘레의 길이를 따라 방사상으로 압축력을 적용하는 것으로 간주한다. 일부의 응용 분야에서, 내열 링과 팬 케이스 사이의 압축력이 선형 물질을 통해 전달되도록 팬 케이스에 대한 내열 링 수축 억지 끼워맞춤부 사이에 선형 물질을 제공하는 것이 적절함을 또한 이해한다. 일 실시 양태에서, 선형 물질을 압축성 물질로 이루어질 수도 있다. 다른 실시 양태들에서는 선형 물질이 비교적 경성을 가질 수도 있거나, 팬 케이스를 추가로 보호하기 위해 향상된 단열 특성과 같은 다른 물성들을 가질 수도 있음을 이해한다.By contracting the interference fit as described above, the
제1 스티프너 링 노치(1104) 및 제2 스티프너 링 노치(1106)는 예컨대 알루미늄, 티타늄 또는 강으로 이루어질 수 있다. 구상되는 특정 가스 터빈 제트 엔진에 따라, 봉쇄 링 및 하나 이상의 스티프너 링들이 반드시 내열 링을 필요로 하지 않을 수도 있으며, 내열 링이 봉쇄 링과 하나 이상의 스티프너 링을 반드시 필요로 하지 않을 수도 있다. 본 상세한 설명은 엔진 설계자에게 특정한 엔진의 목적 및 요구조건을 위한 최적의 설계를 충족시키도록 결합될 수 있는 재료, 중량, 강도 및 내열에 관한 다수의 선택권을 제공한다. 예컨대, 팬 케이스(302)는 알루미늄과 같은 비교적 저중량이면서 저가의 물질로 이루어질 수 있으며, 봉쇄 링(702)은 팬 케이스의 재료와 비교할 때 (초합금 인코넬(718)과 같은) 비교적 보다 높은 봉쇄 강도를 갖는 재료로 이루어질 수도 있다. 그러나, 봉쇄 링(702)은 팬 케이스(302) 보다 실질적으로 적은 질량으로 이루어지므로, 봉쇄 링(702)의 재료는 팬 케이스(302)의 재료보다 고가이거나 무겁고, 특정 응용 분야에 따라 총 중량 또는 비용 또는 이들 모두에 있어서 절감을 달성한다. 유사하게, 팬 케이스(1002)는 알루미늄과 같은 비교적 낮은 내열 재료로 이루어질 수 있으며, 내열 링(1102)은 팬 케이스와 비교할 때 (예컨대 티타늄과 같은) 비교적 보다 높은 내열 특성을 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 그러나, 내열 링(1112)은 팬 케이스(1002) 보다 실질적으로 질량이 적어서, 내열 링의 재료는 팬 케이스(1002)의 재료에 비해 보다 고가이거나 보다 무거울 수 있으며, 또한 특정 응용 분야에 따라 총 중량 또는 비용 또는 이들 모두에 있어서 절감을 달성한다.The first
상술한 바와 같이, 도 12는 팬 케이스(302)의 내부면 내에 형성된 봉쇄 링 노치(310)내에 위치한 봉쇄 링(702)을 개략적으로 도시한다. 도 13을 다시 참조하면, 도 13과 마찬가지로 봉쇄 링(702a)이 팬 케이스(302a)의 외부면 내에 형성된 봉쇄 링 노치(310a) 내에 위치할 수도 있음을 이해한다. 이러한 실례에서, 봉쇄 링(702a)은 도 13에서 화살표로 개략적으로 나타낸 바와 같이 중심선(107)에 의해 형성되는 회전 축선을 향해 지향하는 방사상 압축력을 인가한다. 일 실시 양태에서, 방사상 압축력은 방해없이 봉쇄 링(702a)의 전체 둘레로 연속적으로 인가된다.As discussed above, FIG. 12 schematically illustrates a
상술한 바와 같이, 스티프너 링들은 팬 케이스(302)의 다양한 위치에 배치될 수 있다. 도 14는 한 쌍의 스티프너 링(502, 602)이 봉쇄 링(702b) 반대쪽에 배치되는 실례를 도시한다. 도 15의 횡단면 다이어그램으로 도시된 바와 같이, 스티프너 링(502) 및 봉쇄 링(702b)은 스티프너 링(502)과 봉쇄 링(702b) 사이에 위치한 팬 케이스(302)에 각각 수축 억지 끼워맞춤된다. 이 스티프너 링(602)은 유사하게 스티프너 링(602)과 봉쇄 링(702b) 사이에 위치한 팬 케이스(302)에 각각 수축 억지 끼워맞춤된다. 스티프너 링(502, 602)은 이들의 강화 기능에 추가로, 본 실시 양태에서 봉쇄 링(702b)을 보충하기 위해 추가의 봉쇄 강도를 제공한다.As described above, the stiffener rings may be disposed at various positions of the
다시, 팬 케이스(302)는 알루미늄과 같은 비교적 저중량이면서 비교적 저가의 재료로 이루어질 수 있으며, 스티프너 링(502, 602)은 팬 케이스의 재료와 비교할 때 (초합금 인코넬(718) 또는 다른 초합금, 강, 티타늄 또는 다른 적절한 재료와 같은) 비교적 보다 높은 봉쇄 또는 보강 강도를 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 그러나, 스티프너 링(502, 602)이 팬 케이스(302) 보다 실질적으로 적은 질량으로 이루어질 수 있으므로, 스티프너 링(502, 602)의 재료는 팬 케이스(302)의 재료에 비해 보다 고가이거나 또는 보다 무거울 수도 있고, 또한 특정 응용 분야에 따라 총 중량 또는 비용 또는 이들 모두에 있어서 절감을 달성할 수 있다.Again, the
도 16에 개략적으로 도시된 바와 같이, 봉쇄 링(702)의 폭에 걸쳐 있는 팬 케이스(302)의 섹션은 팬 블레이드(104)(도 1, 도 16)와 같은 팬 블레이드 또는 팬 블레이드의 일부분이 팬 케이스(302) 또는 그 일부분과 충돌하여 나머지 블레이드 부분으로부터 떨어져 나갈 수도 있는 팬 블레이드 충돌 봉쇄 영역(1600)이다. 이러한 실시예에서, 팬 블레이드 충돌 봉쇄 영역(1600)은 적절한 컴퓨터 모델링 및/또는 분리된 팬 블레이드 또는 팬 블레이드 부분의 유사 또는 잠재적 궤적의 실험실 테스트을 통한 경험칙에 의해 결정될 수도 있다. 일부의 실시예들에서 봉쇄 링의 폭은 잠재적 충돌 영역의 폭을 초과할 수도 있음을 이해한다.As schematically shown in FIG. 16, a section of the
팬 블레이드 충돌 영역(1600) 내부에는 팬 블레이드 또는 팬 블레이드 일부분이 먼저 팬 케이스(302)와 충돌할 가능성이 있거나 잠재적으로 충돌할 수 있는 영역(1602)이 존재한다. 도 16에 도시된 바와 같이, 다수의 엔진 설계에서, 제1 충돌 영역(1602)의 폭은 팬 블레이드(104)의 전방 에지(1604)의 전방의 라인으로부터 팬 블레이드(104)의 후방 에지(1608)의 후방의 라인으로 연장한다. 전방 방향은 공기가 들어오는 팬 케이스(302)의 전방을 향하는 방향이다. 후방 방향은 전방 방향으로 트러스트를 제공하기 위해 엔진으로부터 공기가 배출되는 방향이다.Inside fan blade impact zone 1600 there is an area 1602 where a fan blade or a portion of a fan blade may first or potentially collide with
팬 블레이드(104)의 도 17의 횡단면도로 가장 잘 도시된 바와 같이, 전방 에지(1604)는 전방 방향으로 가장 멀리 연장하는 팬 블레이드(104)의 일부분이다. 반대로, 팬 블레이드(104)의 후방 에지(1608)는 후방 방향으로 가장 멀리 연장하는 팬 블레이드(204)의 일부분이다. 도시된 실시예에서, 봉쇄 링(702)의 폭은 적어도 팬 블레이드 제1 충돌 영역(1602)의 폭에 걸쳐 있다. 따라서, 엔진 내에 설치되는 경우의 봉쇄 링(702)의 폭은 적어도 팬 블레이드(104)의 전방 에지(1604)의 전방의 라인으로부터 팬 블레이드(104)의 후방 에지(1608)의 후방의 라인으로 연장한다. 팬 블레이드 충돌 봉쇄 영역(1600) 및 봉쇄 링(702)의 폭은 도 16에 도시된 바와 같이 제1 충돌 영역(1602)의 경계선들을 너머서 전방 및 후방 방향 중 어느 한 방향 또는 모든 방향으로 연장할 수도 있음을 이해한다.As best shown in the cross-sectional view of FIG. 17 of the
도시된 실시예에서, 봉쇄 링(702)은 두께(T)를 갖는다(도 16). 봉쇄 링(702)의 두께(T)는 도시된 실시예에서, 분리된 블레이드(104) 및 블레이드 파편에 의해 봉쇄 링(702)이 관통되는 것을 방지하기에 충분하다. 이러한 두께는 봉쇄 링(702)의 재료의 강도 및 블레이드 또는 블레이드 파편의 의도된 또는 관찰된 속도 및 질량에 근거한 경험적 실험 또는 적절한 컴퓨터 모델링에 의해 결정될 수 있다.In the embodiment shown,
상술한 실시 양태들에서, 링(702, 702a, 702b, 502, 602, 1112)과 같은 링들은 각각 연관된 노치 내에 자리하는 것으로 설명된다. 팬 케이스(302)와 개별적으로 제조된 하나 이상의 링들이 연관된 노치를 이용하지 않고 팬 케이스를 보강하기 위해 팬 케이스에 부착될 수도 있음을 이해한다.In the above-described embodiments, rings such as
상술한 실시 양태들에서, 링(702, 702a, 702b, 502, 602, 1112)과 같은 링들은 각각 팬 케이스(302, 302a)와 수축 억지 끼워맞춤 상태로 자리하는 것으로 설명된다. 팬 케이스(302)와 개별적으로 제조된 하나 이상의 링들이 수축 억지 끼워맞춤을 이용하지 않고 링과 팬 케이스 사이에 방사상 압축력이 인가되도록 팬 케이스를 보강하기 위해 팬 케이스에 부착될 수도 있음을 이해한다.In the above-described embodiments, rings such as
본 상세한 설명이 제공됨으로써, 본 상세한 설명의 널리 상이한 실시 양태들과 응용 분야와 구성에 있어서 다수의 변형예들이 본 상세한 설명의 범위를 벗어나지 않고 그들 스스로 제시될 것임을 당업자는 이해할 것이다.Given the present description, those skilled in the art will understand that numerous modifications in widely different embodiments, applications and configurations of the present description will be presented by themselves without departing from the scope of the present description.
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