JP2016513203A - ねじれリブを有するねじれガスタービンエンジンエアフォイルのための鋳造コア - Google Patents

Abstract

ねじれガスタービンエンジン用の鋳造コア（２００）であって、前記鋳造コア（２００）は、エアフォイル部分（２０２）を含み、前記エアフォイル部分（２０２）は、エアフォイル基端部（２０８）と、エアフォイル先端部（２１０）と、凹状側外部表面（２１２）と、凸状側外部表面（２１４）と、前縁（２０４）と、後縁（２０６）とを有する。エアフォイル部分は、エアフォイル基端部からエアフォイル先端部まで半径方向にねじれている。エアフォイル部分は、凹状側外部表面と凸状側外部表面との間で、前記コアの周りで鋳造されるエアフォイルのリブの形状を画定するように半径方向に延在している第１の空隙（２２０）を含む。第１の空隙の第１の前縁表面と第１の後縁表面とは、エアフォイル基端部からエアフォイル先端部までねじれている。

Description

発明の分野
本発明は、ねじれエアフォイルを有するガスタービンエンジンブレードのための鋳造コアに関する。特に、本発明は、内部にねじれリブ空隙を有する鋳造コアに関する。

発明の背景
ガスタービンエンジンブレードはエアフォイルを有しており、このエアフォイルは、中空であり、かつ、補強リブを含む。これらの補強リブは、ブレードをいくつかの力から構造的に補強し、この力には、ブレードの基部の周りでブレードをカンチレバー様式で曲げる傾向のある空気力、中空のエアフォイル内部に存在する比較的高い静圧によって引き起こされる、エアフォイルの外板を膨らませる傾向がある力、および、ブレードの回転に起因する遠心力が含まれる。構造的強度を付加することに加えて、特定の設計において、これらのリブは、中空のエアフォイル内に存在する冷却チャネルを画定することに役立つ。

ガスタービンエンジンブレードのためのエアフォイルは、種々の方法で製造される。その比較的低い費用のために、一般的な一つの方法として鋳造プロセスが用いられる。このプロセスでは、最初に、鋳造コアが、堅いマスタダイセットを用いて作製される。このプロセスでは、ダイの第１の半割部と第２の半割部とが、一緒に組み立てられ、中空の内部空隙を形成する。鋳造コア材料は、中空の内部空隙に入れられて、固化される。いったん固化すると、ダイの第１の半割部と第２の半割部とが、直線状の分離線に沿って、互いから離れるように引っ張ることによって分離される。ダイの半割部は堅く、鋳造コアは堅い。結果として、鋳造コアとダイの半割部とが分離されるとき、鋳造コアとダイの半割部との間に妨害はない。このことは、鋳造コア内の任意の機構が分離を可能にするように設計されなければならない鋳造コア設計をもたらす。たとえば、エアフォイル内に補強リブを形成するために後に使用される、鋳造コア内の空隙は、ダイの半割部が離れて引っ張られる方向に平行であるように形成される。このことは、必ず、後に形成されるリブが互いに平行になることにつながる。

特定のエアフォイル設計は、エアフォイルの基部から、半径方向外側に、エアフォイルの先端に向かう、エアフォイル内のねじれ部を含む。任意の所与のエアフォイルの半径方向断面について、エアフォイルの前縁と後縁とを接続する翼弦線を形成する。翼弦線の半径方向内側への投影は、ガスタービンエンジンのロータシャフトの長手方向軸と角度を形成する。形成される角度が、エアフォイル内において、１つの半径方向断面から、次の半径方向断面に変更される場合に、ブレードはねじれていると考えられる。鋳造プロセスは、エアフォイルの外側表面のねじれを構成することが可能であるが、複数のリブは互いに対して、かつ、分離線に対して平行のままでなければならない。結果として、異なる半径方向断面において、複数のリブは、互いに対して、かつ、分離線に対して平行のままであるが、エアフォイルはねじれているので、複数のリブは、エアフォイルの外板に対するそれらの向きを変える。特定の状況においては、たとえば、最適な強度またはリブが冷却チャネルの一部を確定する場合の最適な冷却のために、各断面において、リブが、外板に対して同じ（または類似の）向きのままであることを好ましい。特定の状況においては、複数のリブが平行でないことが好ましい。したがって、他の製造技術が探求されてきた。

図１は、Ｈａｇｅｍｅｉｓｔｅｒに対する特許文献１（米国特許第４，５１２，０６９号）に開示された従来技術のエアフォイルを示している。このねじれエアフォイル１０において、第１のリブ１２と第２のリブ１４とは、基部断面１６から先端断面１８に向かって向きを変更している。このことは、加工された（引き抜き加工した、スウェージング加工したなどの）導管を、ねじれのないエアフォイル形状に鍛造して、その後、ねじることによって達成される。この加工、鍛造、およびねじりプロセスは、鋳造とは大きく異なり、より高価である。

互いに平行でない複数のリブを形成する技術は、２つのダイ半割部と一時的挿入物とを使用することを含む。一時的挿入物が中空の内部空隙内に配置され、鋳造材料が中空の内部空隙内に設置され、いったん鋳造コアが固化すると、一時的挿入物が、互いに平行でないリブ空隙を形成するために取り除かれ、結果として、その後に形成されたリブは平行でない。

米国特許第４，５１２，０６９号明細書

しかしながら、これらの技術は、単純な鋳造に比べると高価であり、当該分野において改良の余地が残されている。

本発明は、以下に示す図面に関連して、以下の記載において説明される。

図１は、鍛造プロセスを介して作製されたねじれウェブを有する従来技術のブレードを示している。 図２は、鋳造されるモノリシックなねじれエアフォイルを有するブレードを示している。 図３は、平坦な（ねじれていない）ウェブを有する従来技術のねじれエアフォイルの断面図を示している。 図４は、平坦な（ねじれていない）ウェブを有する従来技術のねじれエアフォイルの断面図を示している。 図５は、平坦な（ねじれていない）ウェブを有する従来技術のねじれエアフォイルの断面図を示している。 図６は、図２のねじれエアフォイルの断面図を示している。 図７は、図２のねじれエアフォイルの断面図を示している。 図８は、図２のねじれエアフォイルの断面図を示している。 図９は、ねじれエアフォイル内にねじれウェブを鋳造するための鋳造コアの斜視図である。 図１０は、図９の鋳造コアの側面図である。 図１１は、図１０の鋳造コアの断面図を示している。 図１２は、図１０の鋳造コアの断面図を示している。

発明の詳細な記載
本発明者らは、少なくとも１つのねじれリブ空隙（「空隙」）を内部に含む革新的な鋳造コアを開発した。このような構成は、強度および／または効果的な熱交換に最適な、後に形成されるリブの方向付けを可能にする。

図２は、プラットフォーム２２とエアフォイル２４とを含むガスタービンエンジンブレード２０を示している。エアフォイル２４は、前縁２６と、後縁２８と、基端部３０と、先端部３２と、圧力側外部表面３４と、吸引側外部表面３６とを有する。ガスタービンエンジンの上流側４２から流れる燃焼ガス４０は、ガスタービンエンジンの下流側４４に向かって流れながら、ブレード２０と遭遇すると、燃焼ガス４０とブレード２０との相互作用によって、ブレード２０が、ガスタービンエンジンのロータシャフト（図示せず）の長手方向軸４６の周りで回転する。本明細書における議論は、タービンブレードに焦点を当てているが、同一の概念が、圧縮機ブレード、タービンベーンおよび圧縮機ベーンにも適用可能である。

図３−５は、図２に類似するブレードの半径方向断面を示している。図３は、基端部３０から先端部３２までのスパンの約１０％の位置における断面を示している。図４は、当該スパンの約５０％の位置における断面を示している。図５は、当該スパンの約９０％の位置における断面を示している。これらの図面の各々において、エアフォイル２４は、第１の長手方向軸６２を有する第１のリブ６０と、第２の長手方向軸６６を有する第２のリブ６４とを有する。第１の長手方向軸６２および第２の長手方向軸６６は、共に、圧力側外部表面３４から吸引側外部表面３６まで広がり、各リブの伸長された延長部である。一般的には、長手方向軸は、リブを二分する。第１の長手方向軸６２の半径方向内側への投影は、ロータシャフトの長手方向軸４６と交差するか、または、図３−５に示されているように、第１の長手方向軸６２は、各断面において、第１の角度６８を形成するようにロータシャフトの長手方向軸４６と交差する。同様に、第２の長手方向軸６６の半径方向内側への投影は、ロータシャフトの長手方向軸４６と交差するか、または、図３−５に示されているように、第２の長手方向軸６６は、各断面において、第２の角度７０を形成するようにロータシャフトの長手方向軸４６と交差する。図３−５に示されているように、第１の角度６８は、各図面において同じである。同様に、第２の角度７０は、図３−５において同じである。さらに、第１の長手方向軸６２と第２の長手方向軸６６とは互いに平行である。

各断面には、翼弦線８０があり、翼弦線８０の半径方向内側への投影は、ロータシャフトの長手方向軸４６と交差するか、または、図３−５に示されているように、翼弦線８０は、翼弦線角８２を形成するように、ロータシャフトの長手方向軸４６と交差する。３つの断面のそれぞれにおいて、翼弦線８０はねじれており、結果として、翼弦線角８２は変化する。結果として、これらの図面において、エアフォイル２４はねじれているが、一方で、第１のリブ６０および第２のリブ６４はねじれていないことが明らかである。このねじれがないことは、構造的強度および冷却に関しては最適でない。

従来技術において、第１の長手方向軸６２は、圧力側外部表面３４に垂直な線８６と共に、第１の長手方向軸６２と圧力側外部表面３４との交点８７を基点とする、第１の軸と圧力側垂直線との間の角度（ｆｉｒｓｔ−ａｘｉｓ−ｔｏ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ−ｓｉｄｅ−ｎｏｒｍａｌ−ａｎｇｌｅ）８４を形成する。第１の長手方向軸６２は、また、吸引側外部表面３６に垂直な線９０と共に、第１の長手方向軸６２と吸引側外部表面３６との交点８９を基点とする、第１の軸と吸引側垂直線との間の角度（ｆｉｒｓｔ−ａｘｉｓ−ｔｏ−ｓｕｃｔｉｏｎ−ｓｉｄｅ−ｎｏｒｍａｌ−ａｎｇｌｅ）８８も形成する。

角度８４および８８が大きくなればなるほど、エアフォイル２４をプラットフォーム２２の周りをカンチレバー様式で偏向させるように作用する空気力、および、吸引側外部表面３６を外側に偏向させる傾向のあるバルーニング力に抵抗するという点で、第１のリブ６０の効力は下がる。同様に、角度８４および８８が増加するにつれ、第１のリブ６０の長さ９２が増加する。この増加した長さによって重量が付加され、この付加された重量が回転ブレード２０における遠心力を増加させる。さらに、第１のリブ６０が冷却チャネル１００を画定することに役立つ例示的な実施形態において、これらの角度８４および８８は、冷却チャネル１００のコーナ１０２の歪みを生じさせる。歪んだコーナは、冷却チャネル１００の他の領域における冷却を妨害する滞留領域を生じさせるという点で、冷却に最適ではない。

第１の長手方向軸６２と同様に、第２の長手方向軸６６は、圧力側外部表面３４に垂直な線１２２と共に、第２の長手方向軸６６と圧力側外部表面３４との交点１２３を基点とする、第２の軸と圧力側垂直線との間の角度（ｓｅｃｏｎｄ−ａｘｉｓ−ｔｏ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ−ｓｉｄｅ−ｎｏｒｍａｌ−ａｎｇｌｅ）１２０を形成する。（線１２２は、図面自体の明確さのために図面において正確に垂直には示されていない）。第２の長手方向軸６６は、また、吸引側外部表面３６に垂直な線１２６と共に、第２の長手方向軸６６と吸引側外部表面３６との交点１２７を基点とする、第２の軸と吸引側垂直線との間の角度（ｓｅｃｏｎｄ−ａｘｉｓ−ｔｏ−ｓｕｃｔｉｏｎ−ｓｉｄｅ−ｎｏｒｍａｌ−ａｎｇｌｅ）１２４も形成する。角度１２０および１２４が大きくなると、角度８４および８８に生じた問題と同じ問題が生じる。

図６−８は、図２のブレードに類似したブレードの半径方向断面を示しているが、これらは、本明細書において開示されるねじれリブを有している。図６は、基端部３０から先端部３２までのスパンの約１０％の位置における断面を示している。図７は、当該スパンの約５０％の位置における断面を示している。図８は、当該スパンの約９０％の位置における断面を示している。各断面には、翼弦線８０および翼弦線角８２があり、この翼弦線角８２が各断面において変化している、すなわち、エアフォイル２４がねじれていることが理解される。しかしながら、このねじれは、全ての断面よりも少なく起こっている。たとえば、エアフォイル２４のスパンの一部にしか起きていない、または、スパンの第１のねじれのない部分から、スパンの第２のねじれのない部分までの移行として起きる。言い換えると、ねじれは、基端部３０から先端部３２までのスパンの一部または全てに存在し得る。

これらの図面の各々において、エアフォイル２４は、第１の長手方向軸１３２を有する第１のリブ１３０と、第２の長手方向軸１３６を有する第２のリブ１３４とを有する。従来技術と同様に、第１の長手方向軸１３２の半径方向内側への投影は、ロータシャフトの長手方向軸４６と交差するか、または、図６−８に示されているように、第１の長手方向軸１３２は、各断面において、第１の角度１３８を形成するようにロータシャフトの長手方向軸４６と交差する。同様に、第２の長手方向軸１６６の半径方向内側への投影は、ロータシャフトの長手方向軸４６と交差するか、または、図６−８に示されているように、第２の長手方向軸１３６は、各断面において、第２の角度１４０を形成するようにロータシャフトの長手方向軸４６と交差する。従来技術とは異なり、図６−８に示されているように、第１の角度１３８は、各図面において同一のままではない。言い換えれば、エアフォイル２４の基端部３０においてとられた第１の基準軸と考えられる、図６における第１の長手方向軸１３２は、図７または図８における第１の長手方向軸１３２とは平行でない。同様に、エアフォイル２４の基端部３０においてとられた第２の基準軸と考えられる、図６における第２の長手方向軸１３６は、図７または図８における第２の長手方向軸１３６とは平行でなく、第２の角度１４０は、図６−８において同一のままではなく、同様に、図６の第２の長手方向軸１３６は、図７または図８の第２の長手方向軸１３６とは平行でない。さらに、第１の長手方向軸１３２と第２の長手方向軸１３６とは、必ずしも、互いに平行ではない。したがって、このねじれエアフォイル２４において、第１のリブ１３０と第２のリブ１３４とは、同様にねじれている。このねじれは、滑らかかつ連続的であっても良いし、または、突発的かつ不連続的であっても良い。

本明細書に開示されているねじれリブ１３０および１３４によって、長手方向軸１３２は、圧力側外部表面３４に垂直な線１５２と共に、第１の長手方向軸１３２と圧力側外部表面３４との交点１５３を基点とする、第１の軸と圧力側垂直線との間の角度１５０を形成する。示されているように、第１の長手方向軸１３２と、圧力側外部表面３４に垂直な線１５２とは平行であり、したがって、示されている例示的な実施形態において、前記第１の軸と圧力側垂直線との間の角度１５０は０°である。言い換えると、第１の長手方向軸１３２は、圧力側外部表面３４に垂直である／圧力側外部表面３４と直角をなす。同様に、第１の長手方向軸１３２は、圧力側外部表面３４に垂直な線１５６と共に、第１の長手方向軸１３２と吸引側外部表面３６との交点１５７を基点とする、第１の軸と吸引側垂直線との間の角度１５４を形成する。角度１５０および１５４が小さくなると、第１のリブ１３０の長さ１５８も短くなる。このことにより、強度を増加させながらも重量および遠心力を低下させる。

示されているように、第１の長手方向軸１３２と、圧力側外部表面３４に垂直な線１５６とは平行であり、したがって、示されている例示的な実施形態において、第１の軸と吸引側垂直線との間の角度１５４は０°である。これは、圧力側外部表面３４と吸引側外部表面３６とが、これらの点において互いに平行である場合に起こる。しかしながら、圧力側外部表面３４と吸引側外部表面３６とが第１の長手方向軸１３２と交差するときに、圧力側外部表面３４と吸引側外部表面３６とが互いに平行でないこともまた可能である。この場合には、第１の軸と圧力側垂直線との間の角度１５０と、第１の軸と吸引側垂直線との間の角度１５４とは同一でないこともある。いかなる場合にも、角度１５０および１５４は０°に近い、すなわち、±１０°になるべきである。角度１５０および１５４が、それぞれ、圧力側外部表面３４および吸引側外部表面３６に垂直に近くなる場合には、エアフォイル２４をプラットフォーム２２の周りにカンチレバー様式で動作させる空気力に対する大きな抵抗になり、吸引側外部表面３６を外側に膨らませる傾向のあるバルーニング力に対する大きな抵抗になる。さらに、第１のリブ１３０が冷却チャネル１６０を画定することに役立つ例示的な実施形態において、第１の長手方向軸１３２が圧力側外部表面３４および吸引側外部表面３６にほぼ垂直である場合には、冷却チャネル１６０のコーナ１６２における歪みは小さくなる。このことは、より効果的な冷却を可能にする。なお、さらに、角度１５０および１５４を制御する能力は、後続の製造ステップがサポートを必要とする場所において、設計者が、大きなサポートが存在していることを保証することを可能にする。たとえば、いくつかの例において、あるプロセスにおいて、たとえば、摩擦溶接プロセスによって、スナバがエアフォイル２４に接合され、ここでは、実質的な力がエアフォイル２４に加えられる。角度１５０および１５４が垂直に近づけば近づくほど、接合プロセスの間に提供されるサポートが大きくなる。

第１の長手方向軸１３２と同様に、第２の長手方向軸１３６は、圧力側外部表面３４に垂直な線１７２と共に、第２の長手方向軸１３６と圧力側外部表面３４との交点１７３を基点とする、第２の軸と圧力側垂直線との間の角度１７０を形成する。第２の長手方向軸１３６は、また、吸引側外部表面３６に垂直な線１７６と共に、第２の長手方向軸１３６と吸引側外部表面３６との交点１７７を基点とする、第２の軸と吸引側垂直線との間の角度１７４も形成する。角度１５０および１５４の場合と同様に、角度１７０および１７４が小さくなると、エアフォイル２４をプラットフォーム２２の周りにカンチレバー様式で動作させる空気力に対する抵抗が大きくなり、バルーニング力に対する抵抗が大きくなり、冷却をより効果的にし、後続の設計プロセスの間に必要とされる強度に対する設計自由度が高くなる等の効果がある。第１の長手方向軸１３２および第２の長手方向軸１３６のねじれは、エアフォイル２４のねじれにしたがっても、したがわなくても良い。たとえば、基端部３０から先端部３２までの半径距離における所与の変化に対する、翼弦線角８２の変化として定義される、ねじれの割合は、エアフォイル２４について一定である。リブの基端部３０から先端部３２までのねじれの割合が一定である場合には、リブのねじれは、エアフォイル２４のねじれにしたがっていると考えられる。代替的に、エアフォイルのねじれの割合が、リブのねじれの割合より大きくても小さくても良い。これらの割合は、同様に、半径方向に変化しても良く、その結果、エアフォイル２４のねじれの割合は、１つの半径範囲において、リブのねじれの割合よりも大きくなり、別の半径範囲おいて、エアフォイル２４のねじれの割合は、リブのねじれの割合よりも小さくなっても良い。上記の任意の組み合わせが可能である。

従来技術とのさらなる相違点は、任意の断面における第１のリブ１３０および第２のリブ１３４が互いに平行でなくても良いことである。このことは、エアフォイル２４のプロファイルに影響されるが、コア鋳造プロセスを限定するものではない。結果として、第１のリブ１３０と第２のリブ１３４とが平行でない断面があり、第１のリブ１３０と第２のリブ１３４とが互いに平行な１つ以上の断面がある。

図７は、第１のリブ１３０の第１の前縁側１８０と、第１のリブ１３０の第１の後縁側１８２とが互いに平行でない、エアフォイル２４の例示的な実施形態を示している。同様に、第２のリブ１３４の第２の前縁側１８４と、第２のリブ１３４の第２の後縁側１８６とは互いに平行でない。これらの側は、示されているように、いずれかの方向に対称的にテーパ付けされているか、または、非対称であっても良い。ねじれリブの形成を可能にする同一の製造手順が、コアが堅いダイセットを用いて製造される場合には不可能であるリブの形成を可能にする。リブの長手方向軸は、リブが最大の構造的堅さを提供する軸に沿っている。結果として、リブが対称的である場合には、この軸は、典型的に、リブの断面を二分する。リブが非対称である場合には、長手方向軸が決定される必要があるが、この軸は、軸に沿って、本明細書に開示されるカンチレバー動作を起こす力およびバルーニング力に対する最大の抵抗を提供する。

ねじれリブを有するモノリシックエアフォイル２４は、たとえば、ヴァージニア州シャーロットビルのＭｉｋｒｏ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．によって開発され、Ａｐｐｌｅｂｙらに対して２０１１年１１月２２日に発行された米国特許第８，０６２，０２３号に説明された技術において、可撓性のシリコーンモールドを用いて形成され、上記米国特許は、本明細書において参照により援用される。使用されるコアは、２０１１年６月１９日公開のＭｅｒｒｉｌｌらに対する米国特許出願公開第２０１１／０１３２５６２号に開示されているように、その所望の形状に達するまで、その製造中に熱的に再形成可能であり、上記米国特許出願公開は、本明細書において参照により援用される。このプロセスにおいて、フルに硬化する前に、コアは、エポキシ転換温度を超えるまで加熱され、たとえば、設備に押圧することなどによって、新たな形状に曲げられ、そして、当該転換温度未満に冷却される、または、硬化状態に達するまで加熱される、のいずれかが行われる。代替的に、モノリシックエアフォイル２４は、一時的なコアダイを用いて鋳造され、ここで、一時的な材料自体はねじれを有しており、その後、鋳造コア内にリブ用のねじれ空隙を残す。モノリシックエアフォイル２４は、さらに、複数のコアコンポーネントが一緒に組み合わされて一体型コアになるコアを用いて製造される。ねじれリブに関して本明細書において開示される任意の特徴は、本明細書において開示される鋳造コアにおける関連する特徴を作製することによって形成される。

ねじれている第１のリブ１３０と第２のリブ１３４とを作製するために使用される鋳造コア２００の例示的な実施形態が図９に示される。鋳造コア２００は、エアフォイル部分２０２を有し、このエアフォイル部分２０２は、前縁２０４と、後縁２０６と、エアフォイル基端部２０８と、エアフォイル先端部２１０と、圧力側外部表面２１２と、吸引側外部表面２１４とを含む。鋳造コア２００の内部に、第１の前縁表面２２２と第１の後縁表面２２４とによって画定される第１の空隙２２０がある。同様に、第２の前縁表面２３２と第２の後縁表面２３４とによって画定される第２の空隙２３０がある。設計に依存して、空隙が１つまたは複数存在しても良い。基端部翼弦線２３６と先端部翼弦線２３８とは平行でなく、したがって、エアフォイル部分２０２が、エアフォイル基端部２０８からエアフォイル先端部２１０までねじれていることが理解される。鋳造コア２００のねじれは、エアフォイルのねじれと関連しているが、エアフォイル２４の内部設計に依存して、これらのねじれが同一であってもなくても良い。

図１０は、図９の鋳造コア２００の側面図であり、この側面図は、第１の前縁表面２２２（誤った位置）および第１の後縁表面２２４（誤った位置）によって画定される第１の空隙２２０（誤った位置を指している）と、第２の前縁表面２３２（誤った位置）および第２の後縁表面２３４（誤った位置）によって画定される第２の空隙２３０（誤った位置）とを示している。図１１は、図１０の線Ａ−Ａに沿ってとられた断面であり、半径方向内側に見ると、再び、第１の空隙２２０と、第１の前縁表面２２２と、第１の後縁表面２２４と、第２の空隙２３０と、第２の前縁表面２３２と、第２の後縁表面２３４とが示されている。第１の空隙２２０は、圧力側外部表面２１２から吸引側外部表面２１４まで、エアフォイル部分２０２にわたる第１の長手方向軸２４０を画定し、第１の長手方向軸２４０は、第１の空隙２２０をほぼ二分する、第１の空隙２２０の伸長した延長部である。第２の空隙２３０は、圧力側外部表面２１２から吸引側外部表面２１４まで、エアフォイル部分２０２にわたる第２の長手方向軸２４２を画定し、第２の長手方向軸２４２は、第２の空隙２３０をほぼ二分する、第２の空隙２３０の伸長した延長部である。

鋳造コア２００の圧力側外部表面２４４は、圧力側外部表面湾曲線２４６を画定し、この圧力側外部表面湾曲線２４６は、圧力側外部表面２４４によって画定される外形にしたがう曲線であり、第１の空隙２２０および第２の空隙２３０が存在しなかったとしてもこれらの空隙にわたって広がり、結果として、連続的な圧力側外部表面湾曲線２４６を形成する。同様に、吸引側外部表面２４８は、吸引側外部表面湾曲線２５０を画定し、この吸引側外部表面湾曲線２５０は、吸引側外部表面２４８によって画定される外形にしたがう曲線であり、第１の空隙２２０および第２の空隙２３０が存在しなかったとしてもこれらの空隙にわたって広がり、結果として、連続的な吸引側外部表面湾曲線２５０を形成する。

第１の長手方向軸２４０は、第１の圧力側交点２５２において、圧力側外部表面湾曲線２４６と交差する。第１の長手方向軸２４０は、第１の圧力側交点２５２においてとられた圧力側湾曲線２４６の接線２５３と、直角または直角から１０°以内で交差する。第１の長手方向軸２４０は、第１の吸引側交点２５４において、吸引側外部表面２４８と交差する。第１の長手方向軸２４０は、第１の吸引側交点２５４においてとられた吸引側外部表面２４８の接線２５５と、直角または直角から１０°以内で交差する。

同様に、第２の長手方向軸２４２は、第２の圧力側交点２５６において、圧力側外部表面湾曲線２４６と交差する。第２の長手方向軸２４２は、第２の圧力側交点２５６においてとられた圧力側湾曲線２４６の接線２５７と、直角または直角から１０°以内で交差する。第２の長手方向軸２４２は、第２の吸引側交点２５８において、吸引側外部表面２４８と交差する。第２の長手方向軸２４２は、第２の吸引側交点２５８においてとられた吸引側外部表面２４８の接線２５９と、直角または直角から１０°以内で交差する。

基端部翼弦線２３６は、図１１および図１２の両方においてその絶対的な向きを保持する直線である基準線２６２と共に、翼弦線角（ｃｈｏｒｄ ｌｉｎｅ ａｎｇｌｅ）２６０を形成する。図１２において、先端部翼弦線２３８と基準線２６２との間に形成された翼弦線角２６０は、図１１のものとは異なり、結果として、エアフォイル部分２０２が、エアフォイル基端部２０８からエアフォイル先端部２１０までねじれていることが明らかである。第１の長手方向軸２４０は、基準線２６２と第１の角度２７０を形成する。図１１における第１の角度２７０は、図１２における第１の角度２７０とは異なり、結果として、第１の空隙は、エアフォイル基端部２０８からエアフォイル先端部２１０までねじれている。このことは、また、図１１における第１の長手方向軸２４０が、図１２における第１の長手方向軸２４０と平行でないという事実によっても単純に理解される。言い換えれば、エアフォイル部分２０２のエアフォイル基端部２０８においてとられた第１の基準軸と考えられる、図１１の第１の長手方向軸２４０は、図１２の第１の長手方向軸２４０と平行ではない。

第１の長手方向軸２４０は、第１の空隙２２０の形状および向きに依存しており、第１の空隙２２０は、第１の前縁表面２２２と第１の後縁表面２２４とによって画定されるので、必ず、第１の前縁表面２２２および第１の後縁表面２２４も、エアフォイル基端部２０８からエアフォイル先端部２１０までねじれていることになる。これは、第１の前縁表面２２２および第１の後縁表面２２４がとる、直線から丸型などの断面形状にかかわらない。リブのねじれと同様に、空隙のねじれが、全ての断面よりも少なく起こっている。結果として、ねじれは、エアフォイル基端部２０８からエアフォイル先端部２１０までのスパンの一部または全てにおいて起こる。

第１の空隙２２０と同様に、第２の空隙２３０において、第２の長手方向軸２４２は、基準線２６２と第２の角度２７２を形成する。図１１の第２の角度２７２は、図１２の第２の角度２７２と異なり、結果として、第２の空隙２３０は、エアフォイル基端部２０８からエアフォイル先端部２１０までねじれている。このことは、また、図１１における第２の長手方向軸２４２が、図１２における第２の長手方向軸２４２と平行でないという事実によっても単純に理解される。言い換えれば、エアフォイル部分２０２のエアフォイル基端部２０８においてとられた第２の基準軸と考えられる、図１１の第２の長手方向軸２４２は、図１２の第２の長手方向軸２４２と平行ではない。これは、必ず、第２の前縁表面２３２および第２の後縁表面２３４が、それらの特定の断面形状にかかわらず、エアフォイル基端部２０８からエアフォイル先端部２１０までねじれていることとなる。

したがって、半径方向にねじれている構造的リブを組み込む革新的なガスタービンエンジンエアフォイル設計を、本発明者が考案したことが示されてきた。このねじれは、費用対効果が良く信頼できることが知られている立証済みの製造技術を用いて、より短く、結果として、軽量かつ安価なリブを組み込みつつも、ブレードが、動作中に遭遇する力に良好に耐えることを可能にする。このモノリシックの構造は、鋳造モノリス程のロバスト性がない全ての溶接または他の接合を排除する。結果として、本明細書の開示は、当該分野における改良を提示する。

本発明の種々の実施形態が、本明細書において示され、説明されてきたが、このような実施形態が、単なる例示の目的のためだけに提供されていることは明らかである。多くの変化形、変更および置換が、本明細書の発明から逸脱することなしになされ得る。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲の精神および範囲によってのみ限定されることが意図される。

Claims (19)

1. エアフォイル部分を備えている鋳造コアであって、
   前記エアフォイル部分は、エアフォイル基端部と、エアフォイル先端部と、凹状側外部表面と、凸状側外部表面と、前縁と、後縁とを有しており、
   前記エアフォイル部分は、前記エアフォイル基端部から前記エアフォイル先端部まで半径方向にねじれており、
   前記エアフォイル部分は、前記凹状側外部表面と前記凸状側外部表面との間に半径方向に延在している第１の空隙を備えており、
   前記第１の空隙は、前記エアフォイル部分の第１の前縁表面と、前記エアフォイル部分の第１の後縁表面とによって画定され、前記第１の前縁表面は、前記凹状側外部表面と前記凸状側外部表面との間に半径方向に延在しており、前記第１の後縁表面は、前記凹状側外部表面と前記凸状側外部表面との間に半径方向に延在しており、
   前記第１の前縁表面と前記第１の後縁表面とは、前記第１の空隙の前記エアフォイル基端部から前記エアフォイル先端部までねじれている、鋳造コア。
2. 前記凹状側外部表面と前記凸状側外部表面との間に半径方向に延在している第２の空隙をさらに備えており、前記第２の空隙は、前記エアフォイル部分の第２の前縁表面と、前記エアフォイル部分の第２の後縁表面とによって画定され、前記第２の前縁表面は、前記凹状側外部表面と前記凸状側外部表面との間に半径方向に延在しており、前記第２の後縁表面は、前記凹状側外部表面と前記凸状側外部表面との間に半径方向に延在しており、
   前記第２の前縁表面と前記第２の後縁表面とは、前記第２の空隙の前記エアフォイル基端部から前記エアフォイル先端部までねじれている、請求項１記載の鋳造コア。
3. 前記エアフォイル部分の少なくとも１つの半径方向断面に対して、前記第１の空隙の長手方向軸と前記第２の空隙の長手方向軸とは平行でない、請求項２記載の鋳造コア。
4. 前記エアフォイル部分の少なくとも１つの半径方向断面において、前記第１の空隙の長手方向軸は、前記凹状側外部表面の湾曲線および前記凸状側外部表面の湾曲線のうちの少なくとも一方と、それぞれの交点において、直角から１０°以内の角度をなす、請求項１記載の鋳造コア。
5. 前記エアフォイル部分の各半径方向断面に対して、前記第１の空隙の長手方向軸は、前記凹状側外部表面の湾曲線および前記凸状側外部表面の湾曲線のうちの少なくとも一方と、それぞれの交点において、直角から１０°以内の角度をなす、請求項１記載の鋳造コア。
6. 前記エアフォイル部分の各半径方向断面に対して、前記第１の空隙の長手方向軸は、前記凹状側外部表面の湾曲線および前記凸状側外部表面の湾曲線と、それぞれの交点において、直角から１０°以内の角度をなす、請求項１記載の鋳造コア。
7. 前記エアフォイル部分の少なくとも１つの半径方向断面において、前記第１の前縁表面と前記第１の後縁表面とは平行でない、請求項１記載の鋳造コア。
8. エアフォイル部分を備えている鋳造コアであって、
   前記エアフォイル部分は、エアフォイル基端部と、エアフォイル先端部と、凹状側外部表面と、凸状側外部表面と、前縁と、後縁とを有しており、
   前記エアフォイル部分は、前記エアフォイル基端部から前記エアフォイル先端部まで半径方向にねじれており、
   前記エアフォイル部分は、前記凹状側外部表面と前記凸状側外部表面との間に半径方向に延在している第１の空隙を備えており、
   前記第１の空隙は、前記エアフォイル部分の第１の前縁表面と、前記エアフォイル部分の第１の後縁表面とによって画定され、前記第１の前縁表面は、前記凹状側外部表面と前記凸状側外部表面との間に半径方向に延在しており、前記第１の後縁表面は、前記凹状側外部表面と前記凸状側外部表面との間に半径方向に延在しており、
   前記エアフォイル部分の各半径方向断面において、前記第１の空隙は、第１の基準軸を画定する第１の長手方向軸を画定しており、
   前記エアフォイル部分の別の半径方向断面において、各第１の長手方向軸は、前記第１の基準軸とは平行でないことにより、前記各第１の長手方向軸は、前記第１の基準軸と、第１の角度での交差を形成する、鋳造コア。
9. 前記第１の角度は、前記エアフォイル基端部から前記エアフォイル先端部まで連続的に変化する、請求項８記載の鋳造コア。
10. 前記第１の角度は、前記エアフォイル部分のねじれにしたがうように変化する、請求項８記載の鋳造コア。
11. 前記エアフォイル部分の少なくとも１つの半径方向断面において、前記第１の長手方向軸は、前記凹状側外部表面の湾曲線および前記凸状側外部表面の湾曲線のうちの少なくとも一方と、それぞれの交点において、直角から１０°以内の角度をなす、請求項８記載の鋳造コア。
12. 前記エアフォイル部分の少なくとも１つの半径方向断面において、前記第１の前縁表面と前記第１の後縁表面とは平行でない、請求項８記載の鋳造コア。
13. 前記凹状側外部表面と前記凸状側外部表面との間に半径方向に延在している第２の空隙をさらに備えており、
    前記第２の空隙は、前記エアフォイル部分の第２の前縁表面と、前記エアフォイル部分の第２の後縁表面とによって画定され、前記第２の前縁表面は、前記凹状側外部表面と前記凸状側外部表面との間に半径方向に延在しており、前記第２の後縁表面は、前記凹状側外部表面と前記凸状側外部表面との間に半径方向に延在しており、
    前記エアフォイル部分の各半径方向断面において、前記第２の空隙は、第２の基準軸を画定する第２の長手方向軸を画定しており、
    前記エアフォイル部分の別の半径方向断面において、各第２の長手方向軸は、前記第２の基準軸とは平行でないことにより、前記各第２の長手方向軸は、前記第２の基準軸と、第２の角度での交差を形成する、請求項８記載の鋳造コア。
14. 前記第２の角度は、前記エアフォイル部分のねじれにしたがうように変化する、請求項１３記載の鋳造コア。
15. 前記エアフォイル部分の少なくとも１つの半径方向断面に対して、前記第１の長手方向軸と前記第２の長手方向軸とは平行でない、請求項１３記載の鋳造コア。
16. 前記エアフォイル部分の少なくとも１つの半径方向断面において、前記第２の長手方向軸は、前記凹状側外部表面の湾曲線および前記凸状側外部表面の湾曲線のうちの少なくとも一方と、それぞれの交点において、直角から１０°以内の角度をなす、請求項１３記載の鋳造コア。
17. 前記エアフォイル部分の少なくとも１つの半径方向断面において、前記第２の前縁表面と前記第２の後縁表面とは平行でない、請求項１３記載の鋳造コア。
18. エアフォイル部分と第１の空隙と第２の空隙とを備えている鋳造コアであって、
    前記エアフォイル部分は、エアフォイル基端部と、エアフォイル先端部と、凹状側外部表面と、凸状側外部表面と、前縁と、後縁とを有しており、
    前記第１の空隙は、前記凹状側外部表面と前記凸状側外部表面との間に半径方向に延在しており、
    前記第１の空隙は、前記エアフォイル部分の第１の前縁表面と、前記エアフォイル部分の第１の後縁表面とによって画定され、前記第１の前縁表面は、前記凹状側外部表面と前記凸状側外部表面との間に半径方向に延在しており、前記第１の後縁表面は、前記凹状側外部表面と前記凸状側外部表面との間に半径方向に延在しており、前記第１の前縁表面と前記第１の後縁表面とは、前記第１の空隙の前記エアフォイル基端部から前記エアフォイル先端部までねじれており、
    前記第２の空隙は、前記凹状側外部表面と前記凸状側外部表面との間に半径方向に延在しており、
    前記第２の空隙は、前記エアフォイル部分の第２の前縁表面と、前記エアフォイル部分の第２の後縁表面とによって画定され、前記第２の前縁表面は、前記凹状側外部表面と前記凸状側外部表面との間に半径方向に延在しており、前記第２の後縁表面は、前記凹状側外部表面と前記凸状側外部表面との間に半径方向に延在しており、前記第２の前縁表面と前記第２の後縁表面とは、前記第２の空隙の前記エアフォイル基端部から前記エアフォイル先端部までねじれており、
    前記エアフォイル部分は、前記エアフォイル基端部から前記エアフォイル先端部まで半径方向にねじれており、
    前記エアフォイル部分の少なくとも１つの半径方向断面において、前記第１の長手方向軸と前記第２の長手方向軸とは平行でない、鋳造コア。
19. 前記エアフォイル部分の各半径方向断面において、前記第１の長手方向軸と前記第２の長手方向軸とは平行でない、請求項１８記載の鋳造コア。

Images