JP2008261332A5 - - Google Patents
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Description
本発明は、ブレードの分野に関し、特にターボジェット向けのファンブレード、特に航空型のファンブレードに関する。
ターボジェットは従来、圧縮機、燃焼室およびタービンを備える。圧縮機の目的は、燃焼室に供給される空気の圧力を増大することである。タービンの目的は、燃焼室から出る高温ガスの圧力エネルギの一部を取り出し、それを機械エネルギに変換することによって、圧縮機の回転を駆動することである。
ターボジェットは、「バイパス」型、すなわち、2つの気流、一次流れおよび二次流れが通過する型であってもよい。一次流れは、圧縮ステージであるファンを駆動するために、1つまたは複数のタービンが追加される単一の流れのターボジェットを構成する要素によって生成される。このファンは、大型サイズのブレードを装備する。このファンブレードは、二次流れを生成する。ファンは、その中を通過するガスの圧力をわずかに増大するが、その直径が大きいため、推進のために生成されるエネルギは高い。
ターボファンとしても知られるファンを備えたターボジェットの1つの知られている例は、ここ数十年、世界のいたるところにある数々の航空機に搭載したCFM(登録商標)56である。CFM(登録商標)56の連続シリーズでは、ファンブレードの数における段階的な減少が見られている。
ターボジェットにおけるファンブレードの数の減少は、ターボジェットの質量の著しい減少および調達コストおよび保守コストの削減を可能にする限り、有利である。しかし、ブレードの数におけるこの削減は、ターボジェット性能を犠牲にして行われてはならない。好ましくは、ブレードの翼弦長における増大は、ターボジェットのサイズ、したがって質量を制限するために、回避されるべきである。
ブレードの数を段階的に削減することは、英語では「pitch to chord ratio(節弦比)」としてよく知られている相対的なピッチを増大することを伴い、同じ翼弦長の場合には、ブレード間の距離、すなわち、2つの連続ブレードを隔てる距離を増大することを伴う。
節弦比は、比s/Cとして定義され、
sは、ブレード間のピッチ(s=2πR/N)を表し、Nは、ブレード付きディスクにおけるブレードの数であり、
Cは、ブレードの高さに関して考慮された半径Rにおけるプロファイルの翼弦を表し、翼弦Cは、ブレードの前縁を後縁に接続するセグメントの長さを表す。
sは、ブレード間のピッチ(s=2πR/N)を表し、Nは、ブレード付きディスクにおけるブレードの数であり、
Cは、ブレードの高さに関して考慮された半径Rにおけるプロファイルの翼弦を表し、翼弦Cは、ブレードの前縁を後縁に接続するセグメントの長さを表す。
本発明の目的は、その特徴が、ファンブレードの数を削減することを可能にすると同時に、十分な性能を提供するファンブレードを提供することである。
この目的のために、本発明は、半径方向Zにおいて重ねられた複数の空気力学的部分を備え、空気力学的プロファイルの数が、1つの空気力学的部分から別の空気力学的部分へと変化するバイパスターボジェットファンブレードに関する。
1つの空気力学的部分は、少なくとも1つの空気力学的プロファイルによって与えられる空気力学的特性を有し、各空気力学的プロファイルは、吸い込み面、圧力面、前縁および後縁を備える。
半径方向Zは、ブレードの本質的に長手方向に対応する。この方向は、上記ブレードが、動作中、習慣的に位置決めされるターボジェットの回転軸Xから通じる半径に対応することから、当業者によって半径方向と普通呼ばれる。
選択として、本発明によるファンブレードは、半径方向Zにおいて重ねられる下部空気力学的部分および上部空気力学的部分を備え、各空気力学的部分は、少なくとも1つの空気力学的プロファイルを有し、上部空気力学的部分の空気力学的プロファイルの数は、下部空気力学的部分の空気力学的プロファイルの数より多い。
本発明の意味の中で、上部空気力学的部分は、上記ブレードが、動作中、習慣的に位置決めされるターボジェットの回転軸Xから最も遠いブレードのその部分を指し、下部空気力学的部分は、ターボジェットの回転軸Xに最も近いブレードのその部分を指す。
選択として、下部空気力学的部分は、単独の空気力学的プロファイルを有し、上部空気力学的部分は、少なくとも2つの空気力学的プロファイルを有する。
選択として、同一の空気力学的部分の空気力学的プロファイルは、同じである。
本発明によるファンブレードは、下部空気力学的部分および上部空気力学的部分を分離するプラットフォームをさらに備えてもよい。このプラットフォームは、特に、バイパスターボジェットにおいて二次流れから一次流れを分離するために、エアスプリッタを構成してもよい。
本発明はまた、その下端部によってハブに固定されるか、またはその上端部によって回転ケーシングに固定されるかのいずれかである少なくとも1つのファンブレードを備えるターボジェットに関する。
本発明の他の利点および特徴は、非限定例によって提供される添付図面を参照して、以下の詳細な説明を読めば、明白となるであろう。
図1および図2は、旋回軸Xのハブ2の上に位置決めされた本発明による3つのファンブレード1を示している。ハブ2の旋回軸Xは、ターボジェットの回転軸Xと一致している。
本発明によるファンブレード1は、軸Xから半径方向に延在し、下部空気力学的部分11および上部空気力学的部分12を備える。
下部空気力学的部分11は、1つの空気力学的プロファイルからなる。
図1および図2に示されている実施例において、ファンブレード1の上部空気力学的部分12は、2つの空気力学的プロファイル14を備える。3つ以上の空気力学的プロファイル14を備えるファンブレード1に関する本発明の実施形態の別の形態もまた、考えられる。3つの空気力学的プロファイル14を備えるファンブレード1もまた、有利である。このようなブレードは、図2において点線で示されている。これらの空気力学的プロファイル14は、好ましくは同一であり、半径方向に向けられている。
ファンブレード1の上部空気力学的部分12が、少なくとも2つの空気力学的プロファイルを備える場合には、ブレードの数は増大し、これは、ブレードの上部空気力学的部分12における節弦比を相当減少させる。したがって、ファンブレード1の上端部16における節弦比は、圧縮比が十分であるさらに限定された値を有する。
ファンブレードの下部空気力学的部分11でより高い節弦比を維持することによって、十分に高い流量で一次流れを提供することを困難にする場合に起こる可能性のある空気力学的ロック問題を防止することを可能にする。
プラットフォーム10は、ファンブレード1の上部空気力学的部分12から下部空気力学的部分11を分離する。このプラットフォーム10は、空気力学的プロファイル13の上端部を他の2つの空気力学的プロファイル14の下端部に接続する。一次流れおよび二次流れの流れに起こりうる外乱を最小に生じるために、このプラットフォーム10は、一次流れおよび二次流れが形成するファンブレード1における点に置くことが必要である。選択として、プラットフォーム自体は、二次流れから一次流れを分けるエアスプリッタを構成する。
選択として、プラットフォーム10は、ゆだねやすい空気の流れを誘導するための空気力学的形状を有する。
プラットフォーム10はまた、隣接(contiguous)型であってもよく、すなわち、吊り下がっているファンブレード1がハブ2の上に適切に位置決めされる場合には、隣接するプラットフォーム10の相補的かつ同一の形状を採用することができる形状を有する。
図6に示される第1の実施形態によれば、ファンブレード1は、その下端部15によってハブ2に固定され、その上端部16は自由である。取り付けは、当業者にとって知られている技術、たとえば、下端部15に位置するほぞとハブ2にあるほぞ穴における摺動との間の協働などを用いて行われてもよい。
有利には、空気力学的プロファイル13および14の軸方向のサイズは、たとえば、互いに直面する場合には、実質的に同一であってもよい。このように、たとえば、プラットフォーム10で、空気力学的プロファイル13の軸方向のサイズは、空気力学的プロファイル14の軸方向のサイズと同一である。その結果、プラットフォーム10で、空気力学的プロファイル13および14の前縁は、軸方向に整列される。同様に、プラットフォーム10で、空気力学的プロファイル13および14の後縁もまた、軸方向に整列される。
この第1の実施形態において、ファンブレード1は従来、ハブ2の軸Xに対して半径方向Zにおいて引張応力を受ける。
図4に示される第2の実施形態によれば、ファンブレード1は、その上端部16のそれぞれによって軸Xの回転ケーシング3に固定され、その下端部15は可能であれば自由である。回転ケーシング3は、ファンの周囲にあり、ファンに固定されるシェルリングの形態である。回転ケーシング3およびファンブレード1によって形成される組立体は、軸Xを中心にして回転されることができる。組立体の回転駆動は、回転ケーシング3をターボジェットのタービンに機械的に接続する歯車系4によって行われる。
この第2の実施形態はまた、ブレードとブレードの周囲のケーシング3との間のクリアランスを排除する目的も有する。
この第2の実施形態において、ファンブレード1は、圧縮応力を受ける。この構成は、機械的構成要素が、引張応力より圧縮応力によりよく耐えることができるために、有利である。
さらに、本発明によるファンブレード1の特殊な形状は、その良好な機械的な完全性に寄与する。ファンが回転するとき、遠心力が空気力学的プロファイル13およびプラットフォーム10を回転ケーシング3に向かって半径方向の外向きに押す。この構成要素10および13によって与えられた応力は、有利には、ファンブレード1の上部空気力学的部分12の2つの空気力学的プロファイル14の上に広がる。したがって、ファンブレード1の座屈、すなわち、通常の圧縮負荷に起因する横方向の変形の危険性は、低い。
上部空気力学的部分16を介したファンブレード1の取り付けはまた、ファンブレード1の上端部16と回転ケーシング3との間のクリアランスが存在しなくなるために、ターボジェットの効率に関して利点を提供する。このように、ターボジェットのさらに伝統的な設計におけるこのクリアランスに起因する効率の損失は、なくなる。
さらに、取り付けのこのタイプは有利には、ハブRi/Re比、すなわち、内側半径Riと外側半径Reとの間の比を低減することによって、ターボジェットの質量を減少させることを可能にする。Riは、ターボジェットの軸(X)に最も近いブレード1の前縁上の点までの距離であり、Reは、上記軸(X)から最も遠いブレード1の前縁上の点までの距離である。この第2の実施形態において、ブレードを取り付けるために、ハブ2がもはや用いられないため、内側半径は、小さくすることができ、またはゼロであってもよい。1つの極端な事例において、ターボジェットは、ファンブレード1用のハブ2を有さなくてもよい。同外側半径Reの場合には、ハブ2の質量は、このように小さくすることができ、またはゼロであってもよい。このように、ターボジェットの質量は、削減される。
1 ファンブレード
2 ハブ
3 回転ケーシング
4 歯車
10 プラットフォーム
11 下部空気力学的部分
12 上部空気力学的部分
13、14 空気力学的プロファイル
15 ファンブレード1の下端部
16 ファンブレード1の上端部
X 回転軸
2 ハブ
3 回転ケーシング
4 歯車
10 プラットフォーム
11 下部空気力学的部分
12 上部空気力学的部分
13、14 空気力学的プロファイル
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X 回転軸
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