JPH0338412B2 - - 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、音響振動ないしは
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イロスコ
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。かかる破壊の態様の一
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。

本発明の目的は、エンジンケースから吸音構造
体へ機械的振動が伝わることを効果的に阻止する
と同時に、エンジンケースが発生する騒音を吸音
構造体によつて効果的に吸収して高い防音効果を
達成するよう、エンジンケースに吸音構造体を取
付けることである。

かかる目的は、本発明によれば、ガスタービン
エンジンのケース内に取付けられる吸音構造体に
して、上流側壁部と下流側壁部と内側壁部と外側
壁部とを有する少なくとも一つの吸音パネルを含
み、前記外側壁部は該外側壁部の複数個の異なる
部分に於て該部分と前記ケースの壁部との間に配
置された粘弾性材料よりなるパツド部材により前
記ケースの壁部に対し支持されることにより該ケ
ースの壁部より隔置されており、前記パツド部材
は前記吸音パネルがその前記内側壁部とその前記
上流側壁部及び前記下流側壁部とが互いに繋がる
両端部にて前記ケースの上流側及び下流側フラン
ジ状係止部に当接してこれらフランジ状係止部に
より半径方向外向きに支持されている状態にて前
記吸音パネルを半径方向内向きに粘弾性的に押圧
していることを特徴とする吸音構造体によつて達
成される。

上記の如き吸音構造体の構成によれば、吸音パ
ネルはガスタービンエンジンのケースに対しその
上流側及び下流側の端部に於て該ケースのフラン
ジ状係止部に接触当接することにより半径方向内
側から外向きに支持され、幾つかの互いに隔置し
て配置された粘弾性材料よりなるパツドを介して
該ケースより半径方向内向きに支持された状態に
てガスタービンエンジンケースの内側に取付けら
れるので、吸音パネルがエンジンケースへの取付
部を介してエンジンケースより機械的振動を及ぼ
される度合は大幅に低減され、これによつて吸音
パネル自身や吸音パネルとエンジンケースの間の
取付け構造部が疲労破壊する危険が回避され、し
かも尚一方では、吸音パネルがエンジンケースの
壁面より実質的にそのほぼ全面に亙つて僅かに隔
置された状態となるので、吸音パネルはエンジン
ケースの振動によつてエンジンケースの表面近く
生ずる空気の振動を効果的に吸収することがで
き、高い消音性能を発揮することができる。特に
吸音パネルをエンジンケースの壁面より実質的に
その全面に亙つて隔置する隔置用支持部材が粘弾
性材料のパツドよりなつていることにより、エン
ジンケースよりかかるパツドを経て吸音パネルへ
伝わろうとする振動は粘弾性材料の減衰作用によ
つて効果的に減衰されるので、パツドの高さは比
較的小さいものであつても十分な振動伝達の遮断
が行われ、これによつて吸音パネルをエンジンケ
ースの壁面に極く近付けた状態にてこれより隔置
することができ、これによつて吸音パネルをエン
ジンケースの機械的振動より良好に隔離しつつエ
ンジンケースの壁に極く近付けて配置することが
でき、エンジンケースの表面の空気振動をより高
い効率にて吸収し、高い消音効果を達成すること
ができる。

以下に添付の図を参照して本発明を実施例につ
いて詳細に説明する。

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
１０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
１６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２０は前記アウタケースの内側に配設されてお
り、回転軸を有している。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は上流側端
部４４と下流側端部４６とを有している。これら
上流側端部と下流側端部とはガス流路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
する粘弾性材料からなる部材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にはハニカム構造体５４が装着さ
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１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、流体（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。

粘弾性材料によつて形成されたゴム製パツド６
６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
ツド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４
８，５０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６６
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、音響学的に共働し得る
ようになつている。かかる音響学的共働は、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
が生じる。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。第一を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３８の
上流側端部４４との間に接触領域、およびケース
の下流側係止部５０との内側壁部の下流側端部４
６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、流体状の水分は外側壁部３６の通路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〜ガス流路、１８〜エンジンアウタケー
ス、２８〜吸音ライナ、３０〜吸音構造体、３４
〜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、６
６〜ゴム製パツド（粘弾性材料からなる第一の部
材）、６８〜充填材（粘弾性材料からなる第二の
部材）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガスタービンエンジンのケース内に取付けら
   れる吸音構造体にして、上流側壁部４０と下流側
   壁部４２と内側壁部３８と外側壁部３６とを有す
   る少なくとも一つの吸音パネル３４を含み、前記
   外側壁部は該外側壁部の複数個の異なる部分に於
   て該部分と前記ケースの壁部との間に配置された
   粘弾性材料よりなるパツド部材６６により前記ケ
   ースの壁部に対し支持されることにより該ケース
   の壁部より隔置されており、前記パツド部材は前
   記吸音パネルがその前記内側壁部とその前記上流
   側壁部及び前記下流側壁部とが互いに繋がる両端
   部にて前記ケースの上流側及び下流側フランジ状
   係止部４８，５０に当接しこれらフランジ状係止
   部により半径方向外向きに支持されている状態に
   て前記吸音パネルを半径方向内向きに粘弾性的に
   押圧していることを特徴とする吸音構造体。 ２ 特許請求の範囲第１項の吸音構造体にして、
   前記内側壁部及び前記外側壁部は孔を明けられた
   板部材であり、前記吸音パネルの内部空間にはハ
   ニカム構造体５４が充填されていることを特徴と
   する吸音構造体。