JP2002115695A - 輪郭が一致するプラットホームのファンブレード - Google Patents

輪郭が一致するプラットホームのファンブレード

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブレード外れ故障状態による損傷が少ないガ
スタービンエンジンファンを提供する。 【解決手段】 ファンブレードは、根元及び一体型プラ
ットホームを有する翼形部を備える。プラットホーム
は、前方及び後方端部とその間に弓状の第1及び第2側
部を備える。翼形部根元は、プラットホーム第2側部よ
りも第1側部に近接するように横方向にオフセットされ
る。従って、ブレード外れ故障の際の後続ブレードへの
衝突荷重は分散され、後続ブレードにおけるピーク荷重
及び後続ブレードへの損傷を減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は一般的にガスタービ
ンエンジンに関し、より具体的にはガスタービンエンジ
ンのファンに関する。
【0002】
【従来の技術】旅客機は、一般的にターボファンガスタ
ービンエンジンによって動力を与えられる。大きなファ
ンブレード列が、ロータディスクによって環状ナセルの
中に支持される。エンジンはファンに動力を与え、推力
を生み出して飛行中の航空機に動力を供給する。
【0003】ファンブレードは、最初に周囲空気を受け
入れるので、飛行中に鳥を吸い込むことにより生じるよ
うな異物損傷を受けやすい。ファンブレードは比較的大
きく、運転中回転により、かなりの大きさの遠心力を発
生する。たとえ1つのファンブレードであっても、ブレ
ードが保持ディスクから離脱する故障が生じると、その
ブレードはエンジンから半径方向外方へ飛び出す。
【0004】従って、ファンブレード列を取囲むファン
ケーシングは、一般に飛び出したブレードのエネルギー
を吸収し、さもなければエンジンから放出されてしまう
ことからブレードを閉じ込めるブレード閉込めシールド
を備える。
【0005】このようなブレード外れ状態の故障では、
ブレードは実際には瞬間的に飛び出すとはいえ、短い瞬
間はブレード列の次の、即ち後続のブレードの回転移動
方向内にある。次いで、飛び出したブレードは後続ブレ
ードに衝突し、それに損傷を与える。
【0006】飛び出したブレードの離脱は、ロータ不均
衡、及び支持構造によって適切に対応されねばならない
それに応じた不均衡荷重を発生する。1つまたはそれ以
上の後続ブレードへのさらなる損傷はまた、ロータ不均
衡に影響を及ぼし、かなり大きい二次損傷を引起こす可
能性がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従って、ブレード外れ
故障状態による損傷が少ないガスタービンエンジンファ
ンの提供が望まれている。
【0008】
【課題を解決するための手段】ファンブレードは、根元
及び一体型プラットホームを有する翼形部を備える。プ
ラットホームは、先方及び後方端部とその間に弓状の第
1側及び第2側部を備える。翼形部根元は、プラットホ
ーム第2側部よりも第1側部に近接するように横方向に
オフセットされる。従って、ブレード外れ故障の際の後
続ブレードへの衝突荷重は、後続ブレードのピーク荷重
及び後続ブレードへの損傷を減少させるように分散され
る。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明を、好ましい例示的な実施
形態により、そのさらなる目的及び利点と併せて、添付
の図面を参照しながら、以下の詳細な説明によって具体
的に説明する。
【0010】図1に示されるのは、飛行中の航空機に動
力を与えるように構成されたターボファンガスタービン
エンジンのファン10の一部である。ファン10は縦方
向、即ち軸方向中心軸線の周りに軸対称であり、支持ロ
ータディスク14から半径方向外方に延びる複数のロー
タブレード12を備える。ファンは、環状ナセルの内部
に配置されており、ナセル内には、ファンブレードが支
持ディスクから離脱するブレード外れ状態の故障の際
に、エネルギーを吸収しファンブレード12を閉じ込め
るように環状ファン閉込めシールドが配置される。
【0011】図1及び図2に示すブレード12の各々
は、一体型プラットホーム20から単体即ち一体型構造
で半径方向外方に延びる翼形部18を備える。
【0012】図2及び図3に示すように、各翼形部18
は、そのスパンの両端における根元26から先端28ま
で半径方向に延びる軸方向に対向する前縁及び後縁2
2,24を備える。翼形部はまた、前縁及び後縁の間と
根元及び先端の間に延びる、第1の全体的に凹状の正圧
側面30と円周方向に対向する第2の全体的に凸状の負
圧側面32とを備える。
【0013】第3図に最もよく示されているように、各
プラットホームは、その根元26において翼形部と一体
型に結合され、また各プラットホームは、軸方向前方及
び後方の縁部あるいは端部34,36を持ち、これら端
部は、本発明により全体的に弓状である円周方向に対向
する第1及び第2側部あるいは側縁38,40の間に延
びる。
【0014】また、本発明によれば、翼形部根元26
は、プラットホーム第2側部40よりも第1側部38に
近接するように円周方向即ち横方向にオフセットされ
る。
【0015】図2に当初示したとおり、ディスク14は
反時計方向に回転されて、隣接する翼形部18の間に空
気42を導く。図1に示すように、空気42は、前縁2
2から後縁24へ軸方向後方に向って流れ、翼形部側面
30,32の湾曲即ちキャンバによる翼形部の空気力学
的輪郭により加圧される。
【0016】図3に示すように、翼形部が支持ディスク
上で図3では右から左へである反時計方向に回転すると
き、空気42は、隣接する翼形部間を軸方向後方に向っ
て流れる。従って、翼形部正圧側面30は、ブレードが
ディスクとともに回転するとき、対応する負圧側面32
より円周方向において先行する。それに応じて、プラッ
トホーム第1側部38は、ブレード及びディスクの回転
方向に関して後側部を構成するプラットホーム第2側部
40より先行する前側部を構成する。
【0017】図3は、ファンブレードのうちの1つが支
持ディスクから離脱し、遠心力によって半径方向外方に
飛び出す例示的なブレード外れ事故を概略的に図示して
いる。このことは、図4にさらに詳細に示され、そこで
は、遠心力がFとして示され、回転中にファンブレード
を半径方向外方に飛び出させる。
【0018】ブレードは支持ディスクからは離脱する
が、ブレードは、ファンから完全に飛び出し、一般的に
は図1に示すシールド16内に閉じ込められるまでは、
後続ブレードの円周方向回転通路内にある。しかしなが
ら、図4にまず第1に示すようなブレードの離脱の合
間、図5により詳細に示すとおり、直ぐ次に隣接する後
続ブレードが離脱したブレードに衝突する。
【0019】再び図4を参照すれば、翼形部18をプラ
ットホームの前側部38に向かって横方向にオフセット
することによって、プラットホームの対応する後側部4
0が後続ブレードの正圧側面30により近接する。ブレ
ード外れ故障の場合、離脱したプラットホームの後側部
40は、後続翼形部の正圧側面30に比較的近接してい
るので、後続翼形部の正圧側面により早く衝突する。
【0020】従って、この衝突は、図4に示すようにフ
ァンの軸方向中心線から測定される比較的小さい即ち下
方の半径Aで起き、この位置はプラットホームに近接す
る翼形部のスパンの下方端に相当する。翼形部のこの位
置では、翼形部断面は、比較的厚く、翼形部が厚さを減
少させながら先細になっているスパンに沿う外側寄り位
置におけるよりも実質的により強靭である。
【0021】このようにして、衝突荷重は、最初に翼形
部スパンのうち強靭な下方部分によって受け止められ、
ブレード外れの際の翼形部に対する初期衝突損傷が軽減
される。
【0022】図5に示すように、プラットホーム後側部
40は、軸方向の弓状輪郭において翼形部正圧側面30
に一致していることが好ましい。このように、各ブレー
ドのプラットホーム後側部40は、輪郭において直ぐ次
に隣接する後続ブレードの翼形部正圧側面30と一致
し、それによりブレード外れ故障の際に、対応する衝突
部位が翼形部の弦方向に沿って比較的長くなり、衝突荷
重を分散し、それによって衝突損傷を軽減させる。
【0023】従って、列内のファンブレードのうちの1
つがその支持ディスクから半径方向外方に飛び出すブレ
ード外れ故障の際に、ファンの損傷の実質的な減少が得
られる。個々のブレード12の翼形部18は、回転方向
に一体型プラットホーム20のそれぞれの後側部40か
ら遠ざかるように円周方向にオフセットされている。プ
ラットホーム後側部40はさらに、輪郭において円周方
向に後続の翼形部のそれぞれの正圧側面30に一致し、
遠心力によりブレードのうちの何れか1つが飛び出した
際に、それらの間の接触荷重を軸方向に分散する。
【0024】図4及び図5に示すように、プラットホー
ム後側部40は、輪郭において、半径方向に翼形部の対
応する根元部26と翼形部のスパン中央部との間で翼形
部正圧側面30に一致するのが好ましい。一致する輪郭
は、スパン中央部よりも、翼形部が最も厚い翼形部根元
により近くすることが好ましい。
【0025】図5に示すように、翼形部正圧側面30
は、前縁及び後縁22,24の間で全体的に凹状であ
り、またプラットホーム後側部40は、好ましくは、ブ
レード間で翼形部正圧側面30と相補形の凸状である。
プラットホーム後側部40は、後縁24よりも前縁22
のより近くで翼形部正圧側面に輪郭が一致していること
が好ましい。
【0026】図3に示すように、ファンブレードは、一
般的にその根元と先端との間でかなりの大きさのねじれ
角Bを備える。ねじれ角Bは、前縁22における翼形部
先端28がブレードの円周方向回転方向で後縁24に先
行している状態で、先端及び根元部の間の対応する翼弦
線の間に形成される。従って、各プラットホーム後側部
40は、輪郭または軸方向湾曲において、対応する翼形
部根元26と前縁22の両方の近くで翼形部正圧側面3
0に一致するのが好ましい。
【0027】図4と図5は、例示的な離脱したプラット
ホームの後側部40の次の後続ブレードとの衝突を例示
的に示している。図5に示すように、プラットホーム後
側部40は、予測される衝突部位における翼形部正圧側
面30の相補形の全体的に凹状の湾曲に輪郭がほぼ合致
あるいは一致するように予め選ばれた全体的に凸状の湾
曲を有する。上記のように、衝突は、比較的翼形部根元
に近接し、主として翼形部前縁近くで、前縁から後方へ
向ってほぼ翼形部の翼弦中央部までで起きる。
【0028】図3は、翼形部の前縁領域が離脱したプラ
ットホームに最初に衝突する原因となり得る翼形部の空
気力学的なねじれをより詳細に示しており、翼形部の後
縁領域は回転方向から遠ざかるように傾いた状態にあ
る。後縁領域は、このように飛び出したブレードによっ
て衝突され難く、それ故にプラットホームの後方部分
は、側部輪郭において、翼形部正圧側面の後退している
後方部分に一致させる必要性は幾らかあるにしても殆ど
ない。
【0029】図3に示されるファンブレードは、互いに
近接して組立てられ、かつ比較的大きいねじれを持つ翼
形部を備えているので、プラットホーム後側部40に与
えることができる湾曲の大きさは、個々のブレードを隣
接するブレード間の所定の位置に組立てることができる
か否かによって制限される。それ故に、プラットホーム
後側部の輪郭は、隣接する翼形部による妨害あるいは干
渉なしに組立てることが可能なように、隣接する正圧側
面の対応する凹状輪郭よりも浅い輪郭を持つ。
【0030】プラットホーム後側部40の所望の輪郭が
選ばれると、次に対応するプラットホーム前側部38の
輪郭を、次ぎの隣接するプラットホームのプラットホー
ム後側部40に一致するように決定し、それらの間を比
較的小さい円周方向の間隙とし運転中に間隙を通り抜け
る漏洩空気を減少させることができる。従って、プラッ
トホーム後側部40は、翼形部正圧側面の予測される衝
突部位に一致するように構成され、次に相補形のプラッ
トホーム前側部38は、次の隣接するプラットホームの
プラットホーム後側部に輪郭が合致するように構成され
る。
【0031】図3は、どのようにして、次ぎにファンブ
レード12のうちの1つが、隣接するプラットホーム間
の所定の位置にねじられて半径方向に落し込まれること
によって、2つの既に取り付けられているファンブレー
ド間に組み立てられることができるかを概略的に示す。
ブレードプラットホームのかなりの大きさの湾曲を考慮
して、組み立て工程では、個々のブレードは、ファンブ
レードに普通見られるように軸方向に挿入されるのでは
なく、所定の位置に半径方向に落し込まれることが必要
である。
【0032】図1に示す好ましい実施形態では、ディス
ク14は、共通のハブ46から外方に延びる複数の軸方
向に間隔を置いて配置された環状リム44を備える。
【0033】それに応じて、各ファンフレードはまた、
プラットホーム20から半径方向内方にかつ対応する翼
形部18の直下に延びる複数の固定支持タング48を備
えることが好ましい。軸方向に間隔を置いたタング48
は、対応するリム44とインターディジタルに組み合わ
されて共有する貫通孔を備え、その孔にそれぞれの保持
ピン50が軸方向に貫通してブレードを支持リムに保持
する。
【0034】個々のファンブレードのピン取り付けは、
あらゆる通常のやり方で行うことができ、翼形部の積み
重ね軸線が、オフセットしたプラットホームを介して半
径方向内方に対応するタング中に延び、遠心荷重がディ
スクリム44に受け止められる。このピン取り付け方式
はまた、個々のブレードがディスクに組み立てられるの
を妨げることなく、プラットホームの前側部及び後側部
38,40のかなりの大きさの湾曲を可能にする。
【0035】ファンブレードにおいて通常の軸方向挿入
ダブテール方式が実施されている別の実施形態(図示せ
ず)では、プラットホームの側部の湾曲の大きさは、弓
形のプラットホーム側部による妨害なしに、ディスク周
辺部に形成された対応するダブテールスロットにダブテ
ールを軸方向に噛み合わせることができるか否かによっ
て制限される可能性がある。
【0036】輪郭が一致するオフセットプラットホーム
を備える改良されたファンブレードのブレード外れ試験
が、部品試験及びフルエンジン試験で実施された。図2
及び図4に示すように、故障クラック52が、対応する
保持ピン50の位置においてブレードタング48に発生
した。運転速度で飛び出したブレードの離脱により、プ
ラットホームの後続ブレードとの衝突にもかかわらず、
後続ブレードのどの1つにも物質的損失は生じなかっ
た。
【0037】改良されたプラットホームでは、衝突され
た後続ブレードからのさらなる物質的損失もなく、ブレ
ード外れ損傷を離脱したブレードそれ自体に効果的に閉
じ込めるので、その結果生じるロータの不均衡も制限さ
れる。それに応じて、ロータの不均衡荷重の影響を受け
やすい他のロータ及びステータ部品に対する強度的な要
求を軽減させることができ、エンジン全体の総重量及び
複雑さも減少させることができる。このように、改善さ
れたオフセット型輪郭一致プラットホームは、直接的な
利点に加えて相乗的な利点をもたらす。
【0038】本明細書では、本発明の好ましい例示的な
実施形態と思料するものについて説明してきたが、本発
明のその他の変形形態は本明細書の教示内容から当業者
には明白であり、それ故に、本発明の技術思想及び技術
的範囲に属する全てのかかる変形形態は、添付の特許請
求の範囲で保護されることを望むものである。
【0039】従って、特許による保護を望むのは、特許
請求の範囲に規定され特徴付けられた発明である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の例示的実施形態によるガスタービン
エンジンのファンの軸方向断面図。
【図2】 図1に示すファンの一部の、線2−2による
前方から後方を見た半径方向図。
【図3】 図2に示すファンの一部の、線3−3による
上面部分断面図。
【図4】 図3において飛び出したブレードの一部の、
線4−4による正面立面図。
【図5】 図4に示す飛び出したブレードと次ぎの後続
ブレードとの、線5−5による上面断面図。
【符号の説明】
10 ファン 12 ブレード 14 ディスク 16 シールド 18 翼形部 20 プラットホーム 22 前縁 24 後縁 26 根元 28 先端 30 正圧側面 32 負圧側面 44 環状リム 46 ハブ 48 タング 50 保持ピン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェフリー・ハワード・ナスバーム アメリカ合衆国、マサチューセッツ州、ウ ィルミントン、ショーシーン・アベニュ ー、288番 (72)発明者 ジュアン・マリオ・ゴメス アメリカ合衆国、オハイオ州、ラブラン ド、マイアミ・トレイルズ・ドライブ、 6597番 Fターム(参考) 3H033 AA02 AA16 BB03 BB08 BB19 CC02 DD04 DD18 EE16

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラットホーム20に一体型に結合され
    た根元26を持つ翼形部18を含み、 前記プラットホームは、前方及び後方端部34,36と
    その間に延びる弓状の第1及び第2側部38,40とを
    有し、 前記翼形部根元26は、前記プラットホーム第2側部4
    0よりも前記第1側部38に近接するように横方向にオ
    フセットされている、ことを特徴とするファンブレード
    12。
  2. 【請求項2】 前記翼形部18は、その前記根元26か
    ら先端28まで延びる前縁及び後縁22,24とその間
    に延びる対向する第1及び第2側面30,32とを備
    え、 前記プラットホーム第2側部40は、輪郭において前記
    翼形部第1側面30に一致している、ことを特徴とする
    請求項1に記載のブレード。
  3. 【請求項3】 前記プラットホーム第2側部40は、前
    記翼形部の前記根元26と前記翼形部のスパン中央部と
    の間で前記翼形部第1側面30と輪郭が一致しているこ
    とを特徴とする請求項2に記載のブレード。
  4. 【請求項4】 前記プラットホーム第2側部40は、前
    記スパン中央部よりも前記根元26の近くで前記翼形部
    第1側面に輪郭が一致していることを特徴とする請求項
    3に記載のブレード。
  5. 【請求項5】 前記翼形部第1側面30は、前記前縁及
    び後縁22,24の間で凹状であり、また前記プラット
    ホーム第2側部40は、前記翼形部第1側面と相補形の
    凸状であることを特徴とする請求項3に記載のブレー
    ド。
  6. 【請求項6】 前記プラットホーム第2側部40は、前
    記後縁24よりも前記前縁22の近くで前記翼形部第1
    側面30に輪郭が一致していることを特徴とする請求項
    5に記載のブレード。
  7. 【請求項7】 前記翼形部は、前記根元26から前記先
    端28までねじれており、前記プラットホーム第2側部
    40は、前記翼形部根元26及び前記前縁22の両方の
    近くで前記翼形部第1側面30に輪郭が一致しているこ
    とを特徴とする請求項3に記載のブレード。
  8. 【請求項8】 前記プラットホーム第1側部38は、輪
    郭において前記プラットホーム第2側部40に一致して
    いることを特徴とする請求項3に記載のブレード。
  9. 【請求項9】 前記翼形部18の下方で前記プラットホ
    ーム20から延び、それを貫通して延び保持ピン50を
    受入れる同軸に位置合わせされた孔を持つ複数の支持タ
    ング48をさらに含むことを特徴とする請求項3に記載
    のブレード。
  10. 【請求項10】 共通のハブ46から外方に延びる複数
    の環状リム44を持つロータディスク14と組み合わさ
    れ、前記タング48が前記リムと隣接して前記リムを軸
    方向に貫通して延びる前記ピン50を受入れて、前記ブ
    レードを前記ロータディスク上に保持することを特徴と
    する請求項9に記載のブレード。
  11. 【請求項11】 ロータディスク14から半径方向外方
    に延びる複数のブレード12を含み、 前記ブレード12の各々は、 根元26から先端28まで延びる前縁及び後縁22,2
    4を持ち、その間に延びる対向する第1及び第2側面3
    0,32を備える翼形部18と、 前記根元26で前記翼形部18に一体型に結合され、前
    方及び後方端部34,36とその間に延びる弓状の第1
    及び第2側部38,40とを持つプラットホーム20
    と、を備え、 前記翼形部根元26は、前記プラットホーム第2側部4
    0よりも前記第1側部38に近接するように横方向にオ
    フセットされている、ことを特徴とするファン10。
  12. 【請求項12】 前記ブレードのうちの1つの前記プラ
    ットホーム第2側部40は、輪郭において前記ブレード
    のうちの隣接する1つの前記翼形部第1側面30に一致
    していることを特徴とする請求項11に記載のファン。
  13. 【請求項13】 前記翼形部の各々は、前記根元26か
    ら前記先端28までねじれており、前記プラットホーム
    第2側部40は、前記翼形部根元26及び前記前縁22
    の両方の近くで前記翼形部第1側面30に輪郭が一致し
    ていることを特徴とする請求項12に記載のブレード。
  14. 【請求項14】 前記翼形部第1側面30は、前記前縁
    及び後縁22,24の間で凹状であり、また前記プラッ
    トホーム第2側部40は、前記翼形部第1側面と相補形
    の凸状であることを特徴とする請求項13に記載のブレ
    ード。
  15. 【請求項15】 前記1つのブレードの前記プラットホ
    ーム第1側部38は、輪郭において前記ブレードのうち
    の対向し隣接する1つの前記プラットホーム第2側部4
    0に一致していることを特徴とする請求項14に記載の
    ブレード。
  16. 【請求項16】 前記ディスク14は、共通のハブ46
    から外方に延びる複数の環状リム44を備え、 前記ブレード12の各々は、前記対応する翼形部の下方
    で前記プラットホームから延びる複数の支持タング48
    をさらに備え、 それぞれの保持ピン50は、前記タング48及びリム4
    4の両方を貫通して軸方向に延びて前記ブレードを前記
    ディスクに保持する、ことを特徴とする請求項15に記
    載のファン。
  17. 【請求項17】 支持ディスク14に取り付けられたフ
    ァンブレード12の列うちの1つが飛び出した際のファ
    ン10の損傷を減少させる方法であって、 前記ブレード12の一体型プラットホーム20のそれぞ
    れの後側部40から円周方向に遠ざかるように、前記ブ
    レードの翼形部18をオフセットすることと、 前記プラットホーム後側部を輪郭において前記翼形部1
    8のうちの円周方向に後続する1つのそれぞれの正圧側
    面30と一致させ、遠心力により前記ブレードのうちの
    1つが飛び出した際に、それらの間の接触荷重を分散さ
    せることと、を含むことを特徴とする方法。
  18. 【請求項18】 前記プラットホーム後側部40を、前
    記翼形部のそれぞれの根元26及び前縁22の近くで前
    記翼形部正圧側面30に輪郭を一致させることをさらに
    含むことを特徴とする請求項17に記載の方法。
  19. 【請求項19】 前記プラットホーム後側部40に凸状
    湾曲を与え、前記翼形部正圧側側30の相補形の凹状湾
    曲に輪郭を一致させることをさらに含むことを特徴とす
    る請求項18に記載の方法。
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