JPH0370083B2

JPH0370083B2 -

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Publication number: JPH0370083B2
Application number: JP59260967A
Authority: JP
Inventors: Jooji Noosu Jon; Josefu Buurunafu Jon; Robaato Abotsuto Debido; Reido Maachin Jatsuku
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1983-12-12
Filing date: 1984-12-12
Publication date: 1991-11-06
Also published as: US4585395A; JPS60178902A; CA1216524A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は一般にガスタービンエンジン用動翼に
関し、さらに詳しくは、遠心力に基づく応力を軽
減して動翼の有効寿命を改善するのに有効な改良
動翼に関する。

発明の背景軸流ガスタービンエンジンは通常複数列の静翼
（ベーン）及び動翼（ブレード）を交互に有する。
回転する動翼は代表的にはエンジンのフアン、圧
縮機およびタービン区分に存在し、これらの動翼
はエンジン内で仕事を行うため回転し、遠心力に
基づく応力を受ける。

動翼の遠心応力は比較的大きくて、実質的に均
一な遠心引張応力、並びにこの均一な引張応力に
加えられる引張成分と圧縮成分を含む遠心曲げ応
力を含む。

ガスタービンエンジンのタービン区分では、タ
ービン動翼は比較的高熱の加圧燃焼ガスにもさら
される。燃焼ガスは、タービン動翼を横切つて作
用する燃焼ガスの圧力に基づき、曲げ応力を誘起
し、この曲げ応力は大抵の場合、遠心応力に比較
して比較的小さい。比較的高熱のガスは、タービ
ン動翼に温度勾配を生じて熱応力も誘起する。

特にタービン動翼には有効寿命、すなわち撤去
されるまでの合計使用時間があり、通例上述の応
力および高サイクル疲労（HCF）、低サイクル疲
労（LCF）およびクリープ破断を考慮した上で
決められる。代表的なタービン動翼には、動翼の
破壊がもつとも起りやすい寿命制限断面が分析に
より定められている。しかし、動翼は代表的に
は、安全余裕をとるために、統計上定まる破壊時
間より十分長い有効寿命をもつように設計されて
いる。

タービン動翼の有効寿命を決定する重要な要因
は周知のクリープ破断強度であり、これは主とし
て材料特性、引張応力、温度および時間に比例す
る。比較的高温の燃焼ガスがその温度勾配に基づ
き熱応力を誘起し得るが、このような高温は、遠
心引張応力の下で動翼に作用するときには、有効
寿命をクリープ面で考慮する上で重要な要因であ
る。タービン動翼の有効寿命を改善する試みのな
かで、これらの動翼に動翼が受ける温度を下げる
ため内部冷却を設けるのが典型的である。しか
し、内部冷却は主に動翼の中心部分を冷却するの
にもつとも有効であるが、動翼の前縁および後縁
をその中心部分に比べて高い温度に留まらせる。
残念なことに、動翼の前縁および後縁は、典型的
には最大の応力を受ける動翼の部分でもあり、従
つて典型的には、動翼の寿命制限断面が動翼の前
縁か後縁に生じる。

さらに、タービン動翼を設計する際の主な要因
は動翼の空気力学的表面輪郭であり、これは典型
的には、動翼の機械的強度及び有効寿命と実質的
に無関係に決められる。動翼の空気力学的性能
は、ガスタービンエンジンの許容性能を得る上で
の主要な要因である。従つて、タービン動翼を画
定する空気力学的表面輪郭は、機械的強度や有効
寿命の面から動翼設計上の重大な制約となり得
る。この空気力学的性能の制約のため、動翼の有
効寿命は最適なものとはなり得ず、従つてこの結
果動翼を望ましくないが最適間隔より短い間隔で
交換しなくてはならない。

発明の具体的説明第１図に、ガスタービンエンジン（図示せず）
のタービンデイスク１１に装着した例示の軸方向
進入タービン動翼１０を斜視図として示す。動翼
１０は翼形部分１２、ダブテイル部分１４および
任意のプラツトホーム部分１６を含む。動翼１０
の翼形部分１２は先端断面１８、中間断面２０お
よび根部断面２２を含む複数個の横断面をもち、
これらの断面をそれぞれ重心（c.g.）２４，２６
および２８を有する。翼形部分１２のこれらの重
心の軌跡が積層軸（stacking axis）３０を画定
する。本発明によれば、積層軸３０は非線形、例
えば弓形状であり、これについては以下にさらに
詳しく説明する。

動翼１０にさらに、根部断面２２のc.g.２８に
原点を有する通常の基準XYZ座標系を設定する。
この座標系は、Ｘ軸、すなわちガスタービンエン
ジンの長さ方向中心軸に略平行に整列した軸線方
向軸；Ｙ軸、すなわちＸ軸に直角で且つタービン
デイスク１１の回転方向に正の向きを有する接続
方向軸；およびＺ軸、すなわちガスタービンエン
ジンの半径方向軸と同軸に整合している、動翼１
０の長さ方向軸を表わす半径方向軸を含む。

第１図および第２図に示すように、動翼１０の
翼形部分１２は前縁３２と後縁３４によつて且つ
これらを含んで画定される空気力学的表面輪郭を
有し、前縁３２と後縁３４の間に略凸状の吸引側
面３６と略凹状の加圧側面３８が延在する。加圧
側面３８は基準接線方向軸Ｙに関してほぼ負の方
向に面し、吸引側面３６は軸Ｙに関してほぼ正の
方向に面している。

動翼１０の翼形部分１２の複数個の横断面の
各々が公知の独自の主座標系を有する。第２図に
Imax軸およびImin軸を含む中間断面２０に対す
る主座標系の一例を示す。この主座標系は中間断
面２０のc.g.２６に原点を有する。Imaxは最大
慣性モーメントの軸を表わし中間断面２０はこの
周りで最大曲げ剛さまたは曲げ抵抗を示し、
Iminは最小慣性モーメントの軸を表し、中間断
面２０はこの周りで最小曲げ剛さまたは曲げ抵抗
を示す。

従来の動翼１０の設計方法は、翼形部分１２
を、吸引側面３６および加圧側面３８に代表され
る好適な空気力学的表面輪郭を得るように設計す
る。翼形部分１２の積層軸３０は従来は直線であ
り、基準半径方向軸Ｚと同軸である。適当なダブ
テイル部分１４と任意のプラツトホーム部分１６
を付け加えた後、動翼１０全体を寿命制限断面を
決定するために解析する。寿命制限断面は、例え
ば中間断面２０であり、代表的には翼形部分１２
の根部２２から先端１８までの距離の約40〜70％
の間に位置する。勿論、寿命制限断面を決定する
ための動翼１０の解析は比較的複雑であり、動翼
１０の遠心、ガスおよび熱負荷を包含し、これを
従来方法で行う。

しかし、本発明の動翼１０の設計方法では、線
形積層軸を有する動翼、すなわち基準動翼を再設
計し、所定の寿命制限断面に曲げ応力の圧縮成分
を導入するのに有効な非線形傾斜積層軸３０を得
る。

更に具体的には、第１図および第２図を検討す
ると、積層軸３０を基準半径方向軸Ｚから離せ
ば、翼形部分１２の遠心荷重時に、例えばc.g.２
６の様な重心に作用する遠心力が積層軸３０を基
準半径方向軸Ｚに向けて回転しまたは曲げる傾向
があり、即ち曲げ応力を導入または誘起する。

本発明の教示するところから、基準半径方向軸
Ｚに対して積層軸３０を適当に傾けるとともに離
すことにより、第２図に示すようにImin軸のま
わりの曲げに基づき、曲げ応力の圧縮成分が中間
断面２０の前縁３２と後縁３４の両方で誘起でき
ることが理解されよう。勿論、力の平衡に基づ
き、曲げ応力の相殺引張成分が同時に中間断面２
０の吸引側面３６に、通常はImax軸正の値で導
入される。

本発明の積層軸３０の実施例がＹ−Ｚ面で見た
図として第３図に詳しく示されている。積層軸３
０は根部断面２２のc.g.２８から先端断面１８の
c.g.２４まで非線形として記述され、両重心間は
直線部分または曲線部分を含むことができる。基
準接線方向軸Ｙに関して正の方向に基準半径方向
軸Ｚから遠ざかつて延び且つ離れている部分を積
層軸３０が含んでいる限り、曲げ応力の圧縮成分
は翼形部分１２の前縁３２および後縁３４に導入
される。

積層軸３０は根部断面２２のc.g.２８から中間
断面２０のc.g.２６まで延在している第１部分４
０と、中間断面２０のc.g.２６から先端断面１８
のc.g.２４まで延在している第２部分４２とを含
む。同様に、根部断面２２のc.g.２８から先端断
面１８のc.g.２４まで延在している、基準線形傾
斜積層軸４４も示されている。積層軸３０の平均
勾配は破線４６で表わされ、この勾配は図示の様
に基準軸４４の勾配より大きさが大きく、基準半
径方向軸Ｚと基準積層軸４４の間に位置する。

例えば、翼形部分１２の寿命制限断面が中間断
面２０に位置すると仮定すると、本明細書の教示
から、線形積層軸４４または非線形積層軸３０を
用いて、曲げ応力の圧縮成分を中間断面２０に導
入できることが明らかであろう。所望の曲げ応力
を中間断面２０に導入するために、中間断面２０
から半径方向外側の断面で、すなわち積層軸３０
の第２部分４２に於て、積層軸３０を基準半径方
向軸Ｚに関して傾斜させなければならない。

積層軸３０の勾配は一般に中間断面２０で実現
できる曲げ応力の量に反比例する。従つて、第１
〜６図に示す本発明の第１実施例では、第２部分
４２の勾配は比較的小さな値であるのが好まし
く、この結果中間断面２０に比較的大きな値の曲
げ応力が誘起される。しかし、同時に比較的小さ
な曲げ応力を根部断面２２に誘引するように、比
較的大きな平均勾配４６をとるのが好ましい。そ
れに加えて、積層軸３０の第２部分４２の勾配は
基準線形積層軸４４の該当部分４４ａの勾配より
小さく、これにより比較的大きな曲げ応力が中間
断面２０に導入できることを示している。

しかし、基準線形積層軸４４は所望の曲げ応力
を中間断面２０に導入するにあまり有効でないば
かりでなく、基準積層軸４４がc.g.２８からc.g.
２４まで直線であるので、相当大きな望ましくな
い曲げ応力が根部断面２２に導入されてしまう。
根部断面２２のこれらの増大した曲げ応力は、基
準線形積層軸４４により翼形部分１２の寿命制限
断面に導入可能な曲げ応力の量を制限するものと
なり、これは寿命制限断面を中間断面２０から根
部断面２２に再配置するからである。

対照的に、非線形積層軸３０の平均勾配線４６
は大きさが基準積層軸４４より大きいので、非線
形積層軸３０は、中間断面２０に増大した曲げ応
力を与えるだけでなく、根部断面２２に基準線形
積層軸４４が与える曲げ応力と較べて少ない量の
曲げ応力を与えることがわかる。従つて、非線形
積層軸３０は、根部断面２２における曲げ応力を
不都合に増加することなく、寿命制限断面に曲げ
応力の望ましい圧縮成分を導入するのに、一層有
効である。

さらに詳しく述べると、第３図に例示する実施
例における積層軸３０は、基準半径方向軸Ｚの両
側に位置する複数の部分を含み、これらの部分は
根部断面２２において曲げ応力を不都合に増加す
ることなく、中間断面２０における曲げ応力を増
加するのに有効である。第１部分４０はc.g.２８
とc.g.２６との間の第１平均勾配を有し、そして
第２部分４２はc.g.２６とc.g.２４との間の第２
平均勾配を有し、第２勾配は第１勾配に関して負
の向きをもつている。さらに、第１部分４０はc.
g.２８から延在し、基準半径方向軸Ｚから遠去か
る方へ全般にＹ軸方向負に傾斜しており、従つて
負の値を有する第１勾配となつている。第２部分
４２はc.g.２６からＹ軸方向正に正の勾配で延在
しており、この正の勾配に基づいて第２部分４２
は基準半径方向軸Ｚと１点で交わり、Ｙ軸の正の
側に延在している。

積層軸３０が基準半径方向軸Ｚの両側に位置す
る複数部分を有するので、積層軸３０の平均勾配
線４６は、積層軸３０が基準半径方向軸Ｚの片側
にのみ位置するとしたときに得られる値より相対
的に大きな値をもつことが理解できる。この構成
配置は、例えば中間断面２０において、前縁３２
および後縁３４に曲げ応力のかなり大きな圧縮成
分を導入するため比較的小さな第２勾配を第２部
分４２につけるのに有効である。

従つて、第３図に示す本発明の実施例によれ
ば、中間断面２０で所望の圧縮応力を増加するこ
とができるだけでなく、根部断面２２での応力を
軽減する。それは、平均勾配線４６を基準半径方
向軸Ｚと同軸ではないにしても、基準半径方向軸
Ｚに著しく近づけることができるからである。

第４図に翼形部分１２を後縁３４から見た端面
図を示す。翼形部分１２はさらに、実質的に平坦
で、比較的薄い、可撓性で平板状後縁部分４８を
含み、この後縁部分は先端部分１８から半径方向
内向きに延在し、図示のように根部部分２２まで
延在してよい。後縁部分４８は後縁平面を画定
し、Ｘ軸からＹ軸に向つて角度Ｂに位置する。本
発明の別の特徴によれば、後縁部分４８は横断方
向に傾斜しておらず、また第２図に付加的に図示
されているように、実質的に半径方向に配向され
ている。これは、こうなつていなくて、後縁部分
４８が半径方向軸Ｚに対してある角度で配置され
ている場合に生じるであろう、後縁部分４８にお
ける遠心曲げ応力を最小限に抑えるのに好適であ
る。これは、こうなつていないと生じるであろう
後縁部分４８の歪みを防止するのに有効であり、
またこれにより後縁部分４８の空気力学的輪郭の
大きな変化を防止するとともに、局部的クリープ
歪みを防止するのに有効である。

従つて、後縁部分４８の好ましい半径方向配向
を維持するために、また曲げ応力の所望の圧縮成
分を前縁３２と後縁３４に導入するために、積層
軸３０は、後縁部分４８の配向に主として平行な
方向に傾けまたは配置し、従つて後縁平面に実質
的に平行に整列された平面に実質的に入る。

さらに具体的には、第５図に示す通り積層軸３
０はＸ軸に関してＹ軸に向つて角度Ｂで配置され
ている。角度Ｂは、第２図および４図に示すよう
に、Ｘ−Ｙ平面における後縁部分４８の配向を表
わす。積層軸３０はＹ軸に実質的に平行な方向に
配置されていないが、Ｙ軸方向正の成分を含み、
このＹ成分が前縁３２および後縁３４に曲げ応力
の好適な圧縮成分を導入する。

積層軸３０を主として後縁部分４８の配向に平
行な方向に傾斜させることから本発明に従つて得
られるもう一つの利点が、第６図に具体的に示さ
れている。さらに詳しくは、積層軸３０を前述し
た通りに傾斜させることにより、所定の空気力学
的表面輪郭について、前縁３２は基準半径方向軸
Ｚから遠去かる方へ傾斜され、後縁３４は基準半
径方向軸Ｚに向つて傾斜されることがわかる。こ
の結果、破線５０で部分的に表示された非傾斜翼
形部分と比較した時、本発明の傾斜した翼形部分
１２は、その後縁先端領域５２が後縁中間領域５
４のまつすぐ半径方向外方に位置しない。

さらに詳しくは、翼形部分１２の前縁先端領域
５６は前縁中間領域５８の半径方向外方で且つそ
こからＸ軸方向正に位置する。同様に、後縁先端
領域５２は後縁中間領域５４からＸ軸方向正に延
在するが、そこからまつすぐ半径方向外方には位
置せず、こうして空間５２′を残している。空間
５２′は傾斜がなければ翼形部分１２の後縁先端
領域となつたであろう。この特徴の重要なところ
は、後縁先端領域５２からの遠心荷重が主として
翼形部分１２の中心領域６０を通して分散される
ので、後縁中間領域５４にかゝる遠心荷重が、従
つて応力が少なくなることである。前縁先端領域
５６がその上方にかぶさつているので今や前縁中
間領域５８が遠心荷重を吸収しなければならない
が、前縁中間領域５８での応力の増加は比較的小
さい。それは、前縁中間領域５８の断面積が後縁
中間領域５４よりかなり大きいからである。

別の実施例として第７図に、ガスタービンエン
ジン（図示せず）のタービンデイスク１１１に装
着した例示の軸方向進入タービン動翼１１０を斜
視図として示す。動翼１１０は翼形部分１１２、
ダブテイル部分１１４および任意のプラツトホー
ム部分１１６を含む。動翼１１０の翼形部分１１
２は先端断面１１８、中間断面１２０および根部
断面１２２を含む複数個の横断面をもち、これら
の断面をそれぞれ重心（c.g.）１２４，１２６お
よび１２８を有する。翼形部分１１２のこれらの
重心の軌跡が積層軸１３０を画定する。本発明に
よれば、積層軸１３０は非線形、例えば弓形状で
あり、以下にさらに詳しく説明する。

動翼１１０にさらに、根部断面１２２のc.g.１
２８に原点を有する通常の基準XYZ座標系を設
定する。この座標系は、Ｘ軸、すなわちガスター
ビンエンジンの長さ方向中心軸に略平行に整列し
た軸線方向軸；Ｙ軸、すなわちＸ軸に直角で且つ
タービンデイスク１１１の回転方向に正の向きを
有する接続方向軸；およびＺ軸、すなわちガスタ
ービンエンジンの半径方向軸と同軸に整合してい
る、動翼１１０の長さ方向軸を表わす半径方向軸
を含む。

第７図および第８図に示すように、動翼１１０
の翼形部分１１２は前縁１３２と後縁１３４によ
つて且つこれらを含んで画定される空気力学的表
面輪郭を有し、前縁１３２と後縁１３４との間に
略凸状の吸引側面１３６と略凹状の加圧側面１３
８が延在する。加圧側面１３８は大体基準接線方
向軸Ｙに関してほぼ負の方向に面し、吸引側面１
３６は軸Ｙに関してほぼ正の方向に面している。

動翼１１０のエアーホイル部分１１２の複数個
の横断面の各々が公知の独自の主座標系を有す
る。第８図にImax軸およびImin軸を含む中間断
面２０に対する主座標系の一例を示す。この主座
標系は中間断面１２０のc.g.１２６に原点を有す
る。Imaxは最大慣性モーメントの軸を表し、中
間断面１２０がこの周りで最大曲げ剛さまたは曲
げ抵抗を示し、Iminは最小慣性モーメントの軸
を表し、中間断面１２０はこの周りで最小曲げ剛
さまたは曲げ抵抗を示す。

従来の動翼１１０の設計方法は、翼形部分１１
２を、吸引側面１３６および加圧側面１３８に代
表される好適な空気力学的表面形状を得るように
設計する。翼形部分１１２の積層軸１３０は従来
は直線で、基準半径方向軸Ｚと同軸である。適当
なダブテイル部分１１４と任意のプラツトホーム
部分１１６を付け加えた後、動翼１１０全体を寿
命部分を決定するために解析する。寿命制限部分
は、例えば中間断面１２０であり、代表的には翼
形部分１１２の根部１２２から先端１１８までの
距離の約40〜70％の間に位置する。勿論、寿命制
限部分を決定するための動翼１１０の解析は比較
的複雑であり、動翼１１０の遠心、ガスおよび熱
負荷を包含し、これを慣例の方法で行う。

しかし、本発明の、動翼１１０の設計方法で
は、線形積層軸を有する動翼、すなわち基準動翼
を再設計し、所定の寿命制限部分に曲げ応力の圧
縮成分を導入するのに有効な非線形傾斜積層軸１
３０を得る。

更に具体的には、第７図および第８図の検討か
ら、積層軸１３０を基準半径方向軸Ｚから離す
と、翼形部分１１２の遠心荷重時に、重心、例え
ばc.g.１２６に作用する遠心力が積層軸１３０を
基準半径方向軸Ｚの方へ回転しまたは曲げる傾向
があり、こうして曲げ応力を導入または誘起す
る。

本発明の教示するところから、基準半径方向軸
Ｚに対して積層軸１３０を適当に傾斜し且つ間隔
を置くことにより、第８図に示すようにImin軸
のまわりの曲げに基づき、曲げ応力の圧縮成分が
中間断面１２０の前縁１３２と後縁１３４の両方
で誘引できることが理解されよう。勿論、力の平
衡に基づき、曲げ応力の相殺引張成分が同時に中
間断面１２０の吸引側面１３６に、通常はImax
軸の正の値で導入される。

本発明の積層軸１３０の実施例がＹ−Ｚ面で見
た図として第９図に詳しく示されている。積層軸
１３０は、根部断面１２２（含まない）から先端
断面１１８まで、基準接線方向軸Ｙに関して正の
方向に基準半径方向軸Ｚから遠去かる方へ延在し
かつ基準半径方向軸Ｚから離れている。積層軸１
３０は、根部断面１２２のc.g.１２８から中間断
面１２０のc.g.１２６まで延在する第１部分１４
０と、中間断面１２０のc.g.１２６から先端断面
１１８のc.g.１２４まで延在している第２部分１
４２とを含む。同様に根部断面１２２のc.g.１２
８から先端断面１１８のc.g.１２４まで延在して
いる、基準の線形傾斜積層軸１４４も示されてい
る。積層軸１３０の平均勾配は破線１４６で表さ
れ、この勾配は図示の様に基準軸１４４の勾配よ
り大きさが大きく、基準半径方向軸Ｚと基準積層
軸１４４との間に位置する。

例えば、翼形部分１１２の寿命制限断面が中間
断面１２０に位置すると仮定すると、本明細書の
教示から、線形積層軸１４４または非線形積層軸
１３０を用いて、曲げ応力の圧縮成分を中間断面
１２０に導入できることが明らかであろう。所望
の曲げ応力を中間断面１２０に導入するために、
中間断面１２０から半径方向外側の断面で、すな
わち積層軸１３０の第２部分１４２に於て、積層
軸１３０を基準半径方向軸Ｚに関して傾斜させな
ければならない。積層軸１３０の勾配は一般に中
間断面１２０で実現できる曲げ応力の量に反比例
する。

第９図に示すように、第１部分１４０は第１の
平均勾配を有し、第２部分１４２は第２の平均勾
配を有し、第１勾配が第２勾配より大きい。この
ことは、根部断面１２２で曲げ応力を不都合に増
加することなく、中間断面１２０で曲げ応力を増
加するのに有効である。その上、積層軸１３０の
第２部分１４２の勾配は基準線形積層軸１４４の
相当部分１４４ａより小さく、これにより一層大
きな曲げ応力が中間断面１２０に導入できること
がわかる。

しかし、基準の線形積層軸１４４は所望の曲げ
応力を中間断面１２０に導入するのにあまり有効
でないばかりでなく、基準積層軸１４４がc.g.１
２８からc.g.１２４まで直線であるので、相当大
きな望ましくない曲げ応力も根部断面１２２に導
入されてしまう。根部断面１２２でのこれらの増
大した曲げ応力は、基準線形積層軸１４４により
翼形部分１１２の寿命制限断面に導入可能な曲げ
応力の量を制限するものとなり、こうして寿命制
限断面は中間断面１２０から底部断面１２２に再
配置されうる。

対照的に、非線形積層軸１３０の平均勾配線１
４６はその大きさが基準積層軸１４４より大きい
ので、非線形積層軸１３０は、中間断面１２０に
増大した曲げ応力を与えるだけでなく、根部断面
１２２に基準の線形積層軸１４４が与える曲げ応
力と較べ少ない量の曲げ応力を与えることがわか
る。従つて、非線形積層軸１３０は、根部断面１
２２における曲げ応力を不都合に増加することな
く、寿命制限断面に曲げ応力の望ましい圧縮成分
を導入するのに、一層有効である。

第９図に本発明の非線形積層軸１３０をさらに
詳しく示す。この積層軸１３０は根部断面１２２
のc.g.１２８から先端断面１１８のc.g.１２４ま
で非線形であると定義され、両端間に直線または
曲線部分を含んでもよい。

積層軸１３０が、基準接線方向軸Ｙに関して正
の方向に基準半径方向軸Ｚから遠去かる方へ延在
しかつ基準半径方向軸Ｚから離れている複数の部
分を有するならば、曲げ応力の圧縮成分が翼形部
分１１２の前縁１３２および後縁１３４に導入さ
れる。

最適には、誘起する圧縮応力の大きさを動材料
の圧縮降伏強度にほヾ等しくするのが好ましい。
これにより、動作中に疲労寿命の改善につながる
最大圧縮応力を、前縁１３２および後縁１３４に
もたらすことになる。さらに、積層軸１３０を傾
斜して圧縮降伏強度より大きい応力を初期に誘起
することもでき、このような応力は最初の数回の
初期作動サイクル後に圧縮降伏強度に恭順し、従
つて製造精度が悪くても誘起応力が最適値に達す
るのを妨げない。

さらに詳しくは、第８図に追加して示してある
ように、基準接線方向軸Ｙは翼形部分１１２の横
断面のImax軸例えば中間断面１２０のImax軸と
大体整合している。従つて、動作時に、遠心力は
翼形部分１１２の重心各々に作用し、翼形部分１
１２をまつすぐに伸ばして積層軸１３０を基準半
径方向軸Ｚに近づける傾向がある。例えば、積層
軸１３０の平均勾配線１４６が接線方向軸Ｙおよ
びImax軸に関してほヾ正の方向に基準半径方向
軸Ｚから離れているとき、曲げ応力の圧縮成分が
前縁１３２と後縁１３４に導入される。

第１０図に積層軸１３０をＸ−Ｙ平面で見た図
を示す。積層軸１３０は、基準半径方向Ｚと接線
方向軸Ｙで定めた平面内に実質的に入るのが好ま
しく、好ましくはＸ−Ｙ平面で直線であつてまた
正のＹ軸に沿つて整列しているのが好ましい。こ
れは、積層軸１３０が傾斜しているので、翼形部
分１１２の空気力学的表面形状および向きが著し
く変わらない点で好ましい。

あるいはまた、積層軸１３０の基準半径方向軸
Ｚからの間隔はその大きさを正とし、各横断面に
ついてImax方向に沿つて実質的に配向すること
もでき、こうすると積層軸は第１０図に示す積層
軸１３０ａのように見えるであろう。しかし、翼
形部分１１２の相対的ねじれ、すなわち翼形部分
の基準軸線方向軸Ｘに関する配向が非傾斜動翼の
それから変化し、こうして翼形部分１１２の空気
力学的表面輪郭を変える。

【図面の簡単な説明】

第１図はガスタービンエンジンの軸方向進入動
翼の斜視図、第２図は第１図の動翼を２−２線方
向に見た断面図、第３図は第１図の動翼の積層軸
をＹ−Ｚ平面に描いたグラフ、第４図は第１図の
動翼を４−４線方向に見た斜視図、第５図は第１
図の動翼の積層軸をＸ−Ｙ平面に描いたグラフ、
第６図は第１図の動翼のＸ−Ｚ平面での側面図、
第７図はガスタービンエンジンの軸方向進入動翼
の別の実施例を示す斜視図、第８図は第７図の動
翼を８−８線方向に見た断面図、第９図は第７図
の動翼の積層軸をＹ−Ｚ平面に描いたグラフ、そ
して第１０図は第７図の動翼の積層軸をＸ−Ｙ平
面に描いたグラフである。主な符号の説明、１０，１１０……タービン動
翼、１２，１１２……エアーホイル部分、１８，
１１８……先端断面、２０，１２０……中間断
面、２２，１２２……底部断面、２４，２６，２
８，１２４，１２６，１２８……重心、３０，１
３０……積層軸、３２，１３２……前縁、３４，
１３４……後縁、３６，１３６……吸引側面、３
８，１３８……加圧側面、４０，１４０……第１
部分、４２，１４２……第２部分、４４，１４４
……線形積層軸、４６，１４６……平均勾配。

Claims

【特許請求の範囲】１縁で接合している加圧側面及び吸引側面と、
I_MIN軸を有する中間断面と、第１勾配を有する第
１部分と第２勾配を有する第２部分とを有する非
線形積層軸とを含む翼形部分を含み、該第２勾配
が該第１勾配に関して負の向きをもち、前記積層
軸は前記I_MIN軸のまわりの曲げを得る様に前記動
翼内に位置決めされ動翼に加わる遠心力に基づい
て前記中間断面の前記縁に曲げ応力の圧縮成分を
発生するガスタービンエンジン用動翼。２前記加圧側面及び吸引側面は前縁及び後縁の
両方で接合し、前記積層軸は前記動翼内に前記
I_MIN軸のまわりの曲げを得る様に位置決めされ動
翼に加わる遠心力に基づいて前記中間断面の前記
後縁及び前記前縁に曲げ応力の圧縮成分を発生す
る特許請求の範囲第１項記載の動翼。３前記翼形部分がさらに、各々重心を有する、根部断面、前記中間断面及
び先端断面を含めて複数の横断面と、前記根部断面の重心から外方へ延在する基準半
径方向軸及び基準接線方向軸とを含み、前記積層軸が前記根部断面の重心から延在し且
つ前記先端断面では前記基準半径方向軸から離間
している特許請求の範囲第２項記載の動翼。４前記積層軸の第１部分が前記根部断面から前
記中間断面まで延在し、前記積層軸の第２部分が
前記中間断面から前記先端断面まで延在し、前記
積層軸の第２の部分が前記基準半径方向軸と交わ
る特許請求の範囲第３項記載の動翼。５前記加圧側面が前記基準接線方向軸に関して
略負の方向に面し、前記吸引側面が前記基準接線方向軸に関して略
正の方向に面し、前記積層軸の第１部分が前記基準接線方向軸に
関して負の方向に前記基準半径方向軸から遠去か
る方へ延在し、前記第２部分が前記基準接線方向
軸に関して正の方向に延在する特許請求の範囲第
３項記載の動翼。６前記翼形部分がさらに略半径方向に合致した
後縁平面を画定する略平坦な後縁部分を含み、前
記積層軸が前記後縁平面に略平行に整列した平面
内に略入つている特許請求の範囲第５項記載の動
翼。７前記後縁部分が半径方向に略合致した特許請
求の範囲第６項記載の動翼。８動翼の翼形部分が前縁、後縁、加圧側面、吸
引側面及び複数の横断面を含み、該複数の横断面
が根部断面、中間断面及び先端断面を含み、各々
の横断面が重心を有し、この重心の軌跡が積層軸
を規定し、前記動翼には前記根部断面の重心から
外方へ前記先端断面及び前記吸引側面に夫々向つ
て延在する基準半径方向軸及び基準接線方向軸が
内在し、前記積層軸が非線形であり、前記基準半
径方向軸から前記基準接線方向軸に関して正の方
向に延在し且つ離間する部分を有し、前記動翼に
加わる遠心力に基づいて前記中間断面の前記後縁
及び前記前縁に曲げ応力の圧縮成分を導入し、前
記積層軸が第１勾配を有する第１部分と第２勾配
を有する第２部分を有し、該第２勾配が前記第１
勾配に関して負の向きをもつガスタービンエンジ
ン用動翼。９前記翼形部分がさらに半径方向に略平行に整
列した後縁平面を画定する略平坦な後縁部分を含
み、前記積層軸が前記後縁平面に実質的に平行に
整列した平面内に略入つている特許請求の範囲第
８項記載の動翼。１０ガス流の方向は前記前縁から前記後縁に向
け正の向きをもつと定義され、前記積層軸は前記
根部断面から前記中間断面にかけて該ガス流と略
同じ方向に徐々に移動し、前記中間断面から前記
先端断面にかけて該ガス流と略反対方向に徐々に
移動している特許請求の範囲第１項記載の動翼。１１前記前縁が前記基準半径方向軸の正の値に
配置され、前記積層軸の第１部分がその負の値に
配置されている特許請求の範囲第３項記載の動
翼。１２前記積層軸の第２の部分が前記基準半径方
向軸の負の値から正の値に延在している特許請求
の範囲第１１項記載の動翼。１３前記積層軸の第１の部分が前記基準半径方
向軸から接線方向軸の略負の方向に傾き、この第
１の傾きが負である特許請求の範囲第３項記載の
動翼。１４前記積層軸の第２の部分が前記接線方向軸
の負の値から正の値に延在し、この第２の傾きが
正である特許請求の範囲第１３項記載の動翼。１５前記吸引側面が前記基準接線方向軸に関し
て略正の方向に面し、前記積層軸の第２の部分が
前記半径方向軸から前記正の方向に離間し且つ遠
去る方へ延在している特許請求の範囲第３項記載
の動翼。１６各々の前記横断側面がI_MAX軸とI_MIN軸を有
し、前記吸引側面が該I_MAX軸に関して略正の方向
に面し、前記積層軸は該I_MAX軸に関して正の値で
離間して曲げ応力圧縮成分が前記前縁及び前記後
縁の両方に誘起される特許請求の範囲第３項記載
の動翼。１７前記積層軸が横断面で前記中間断面から半
径方向外向に、前記基準半径方向軸に関して傾い
て、前記曲げ応力の圧縮成分が該中間断面の後縁
及び前縁に誘起される特許請求の範囲第３項記載
の動翼。１８前記前縁が前記根部断面から前記先端断面
まで前方方向に円滑に曲がつている特許請求の範
囲第３項記載の動翼。１９前記積層軸が前記基準半径方向軸に関して
傾いて、前記前縁が該基準半径方向軸から遠去る
方に傾き、前記後縁が前記基準半径方向軸に向つ
て傾き、後縁の中間断面の領域の遠心荷重を減少
している特許請求の範囲第６項記載の動翼。２０動翼の翼形部分が、縁で接合している加圧
側面及び吸引側面と、I_MIN軸を有する中間断面
と、動翼に加わる遠心力に基づいて前記中間断面
の前記縁に曲げ応力の圧縮成分を発生するように
前記動翼内に位置決めされた非線形積層軸とを含
むガスタービンエンジン用動翼。２１前記加圧側面及び吸引側面は前縁及び後縁
の両方で接合し、前記積層軸は前記I_MIN軸のまわ
りの曲げを得る様に前記動翼内に位置決めされ、
前記中間断面の前記後縁及び前縁に曲げ応力の圧
縮成分を導入する特許請求の範囲第２０項記載の
動翼。２２前記翼形部分がさらに、各々重心を有する、根部断面、前記中間断面及
び先端断面を含めて複数の横断面と、前記根部断面の重心から外方へ延在する基準半
径方向軸及び基準接線方向軸とを含み、前記積層軸が前記根部断面の重心から延在し且
つ前記先端断面では前記基準半径方向軸から離間
している特許請求の範囲第２１項記載の動翼。２３前記積層軸が前記中間断面から前記先端断
面まで前記基準半径方向軸から離間している特許
請求の範囲第２２項記載の動翼。２４前記加圧側面が前記基準接線方向軸に関し
て略負の方向に面し、前記吸引側面が前記基準接線方向軸に関して略
正の方向に面し、前記積層軸が前記基準接線方向軸に関して正の
方向に前記基準半径方向軸から遠去かる方へ延在
する部分を有する特許請求の範囲第２２項記載の
動翼。２５前記翼形部分がさらにI_MIN軸及びI_MAX軸を
有する所定の寿命制限断面を含み、前記吸引側面
が該I_MAX軸に関して略正の方向に面し、前記積層
軸が該I_MAX軸に関して正の方向に前記基準半径方
向軸から離間している特許請求の範囲第２２項記
載の動翼。２６動翼の翼形部分が前縁、後縁、加圧側面、
吸引側面及び複数の横断面を含み、該複数の横断
面が根部断面、中間断面及び先端断面を有し、
各々の横断面が重心を有し、この重心の軌跡が積
層軸を規定し、前記動翼には前記底部断面の重心
から外方へ夫々前記先端断面及び吸引側面に向つ
て正の方向に延在する基準半径方向軸及び基準接
線方向軸が内在し、前記積層軸が非線形であり、
前記中間断面から前記先端断面まで前記基準半径
方向軸から前記基準接線方向軸に関して正の方向
に離間し、動翼に加わる遠心力に基づいて前記中
間断面の前記後縁及び前縁に曲げ応力の圧縮成分
を導入するガスタービンエンジン用動翼。２７前記動翼がタービン動翼であり、前記基準
接線方向軸が該動翼の回転方向に正の向きを有す
る特許請求の範囲第５項記載の動翼。２８動翼の翼形部分が前縁、後縁、中間断面及
び非線形積層軸を含み、該積層軸が動翼に加わる
遠心力に基づいて前記中間断面の前記後縁及び前
縁に、前記動翼の圧縮降伏強度を超える、曲げ応
力の圧縮成分を発生するガスタービンエンジン用
動翼。２９前記翼形部分がさらに、各々重心を有する、根部断面、前記中間断面及
び先端断面を含めて複数の横断面と、該根部断面の重心から外方へ延在する基準半径
方向軸及び基準接線方向軸とを含み、前記積層軸が前記根部断面の重心から延在し且
つ前記先端断面では前記基準半径方向軸から離間
している特許請求の範囲第２８項記載の動翼。３０前記積層軸が前記根部断面から前記先端断
面まで前記基準半径方向軸から離間している特許
請求の範囲第２９項記載の動翼。３１前記翼形部分がさらに前記基準接線方向軸に関して略負の方向に面す
る加圧側面と、前記基準接線方向軸に関して略正の方向に面す
る吸引側面とを有し、前記積層軸が前記基準接線方向軸に関して正の
方向に前記基準半径方向軸から遠去かる方へ延在
する特許請求の範囲第２９項記載の動翼。３２前記積層軸が前記基準半径方向軸及び基準
接線方向軸により画定された平面内に略入つてい
る特許請求の範囲第３１項記載の動翼。３３前記積層軸がさらに前記底部断面から前記
中間断面まで延在する第１部分と前記中間断面か
ら前記先端断面まで延在する第２部分とを含み、
該第１部分が第１勾配を有し、該第２部分が第２
勾配を有し、該第１勾配が第２勾配より大きい特
許請求の範囲第２９項記載の動翼。３４前記翼形部分がさらにI_MIN軸及びI_MAX軸を
有する所定の寿命制限断面を含み、吸引側面が該
I_MAX軸に関して略正の方向に面し、前記積層軸が
該I_MAX軸に関して正の方向に前記基準半径方向軸
から離間している特許請求の範囲第２９項記載の
動翼。３５動翼の翼形部分が前縁、後縁、加圧側面、
吸引側面及び複数の横断面を含み、該複数の横断
面が根部断面、中間断面及び先端断面を含み、
各々の断面が重心を有し、この重心の軌跡が積層
軸を規定し、前記動翼には前記根部断面の重心か
ら外方へ夫々前記先端断面及び吸引側面に向つて
延在する基準半径方向軸及び基準接線方向軸が内
在し、前記積層軸が非線形であり、前記中間断面
から前記先端断面まで前記基準半径方向軸から離
間しており、動翼に加わる遠心力に基づいて前記
中間断面の前記後縁及び前記前縁に曲げ応力の圧
縮成分を導入し、前記積層軸が前記根部断面から
前記中間断面まで延在する第１部分と前記中間断
面から前記先端断面まで延在する第２部分とを含
み、該第１成分が第１勾配を有し、該第２部分が
第２勾配を有し、該第１勾配が該第２勾配より大
きいガスタービンエンジン用動翼。３６動翼の翼形部分が前縁、後縁、加圧側面、
吸引側面及び複数の横断面を含み、該複数の横断
面が根部断面、中間断面及び先端断面を含み、
各々の横断面が重心を有し、この重心の軌跡が積
層軸を規定し、前記動翼には前記根部断面の重心
から外方へ前記先端断面及び吸引側面に夫々向つ
て延在する基準半径方向軸及び基準接線方向軸が
内在し、前記積層軸が非線形であり、前記中間断
面から前記先端断面まで前記基準半径方向軸から
離間しており、動翼に加わる遠心力に基づいて前
記中間断面の前記後縁及び前記前縁に曲げ応力の
圧縮成分を導入し、前記積層軸が実質的に前記基
準半径軸と基準接線方向軸により定まる平面にあ
るガスタービンエンジン用動翼。