JPH09512609A - 厚み変動アイソグリッド・ケース - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 軽量のアイソグリッド収容構造は、重量からの影響を小さく抑えている。効率よく製作するため、スキンの厚さが中間のゾーンではオーバサイズのフランジを許容し、その結果、製造工程におけるフライス工具と工具の交換回数をより少なくできる。

Description

【発明の詳細な説明】 厚み変動アイソグリッド・ケース 技術分野 本発明は、航空機のターボファン・エンジンに関し、特に、効率的に製作する ように設計した破砕ファン・ブレードの収容構造に関する。 背景技術 ターボファン型航空機エンジンは、前端部に大型のファンを有している。これ らは、毎分約４０００回転の高速で回転している。 鳥、雹粒、または地上から吸い込んだ破片等の異物が時としてファン・ブレー ドに当たってブレードを破砕するおそれがあり、これらのブレード破砕物は、７ ｋｇ程度であり、毎秒９３０ｍで移動する。これらのブレード破砕物を、これを 取り囲むケーシングを完全に破壊することなく収容することが必須である。 アイソグリッドによって構築した収容構造は、クラック(Kulak)、デンベック( Dembeck)及びホワイト(White)による「航空機用ファン収容構造」という名称の 共同出願に示されている。ここで教示されているように、このアイソグリッド構 造の内部スキンは、過剰な重量を最小限にしてブレードの侵入と摩擦に対する適 切な抵抗を達成するため、異なった厚さを使用している。このスキンの厚さの変 化 は急激に行われず、従って、厚さが中間のインタフェース・セグメントが存在す ることがまた示唆されている。 このような構造の通常の設計と製作によれば、各三角形のセグメントの大部分 は、例えばこれらが１０００個を超えても、特定の量のスキンの厚さを残す第１ 工具によって機械加工される。第２工具を使用して三角形の周辺のフランジの付 いたリブのフランジの下の材料を機械加工によってとり去る。従来は、全てのフ ランジには同一の厚さを指定し、このためスキンの厚さが変わる場合には、他の 工具を使用してフランジの下の材料をフライス加工によって取り去らなければな らない。 この製作手順は、特定の工具をフライス盤に載置するステップとこの特定の寸 法を使用するケース全体のアイソグリッド・セグメントをフライス加工するステ ップを有している。直径が約３ｍのケースを完全に回転させ、全ての適切なセグ メントに対するアクセスを達成する。この工具は次に交換し、次の工具のために 装置を再位置決めしなければならない。 このように複数の工具が必要になることによって、かなりの経費がかかり、且 つ長時間を必要とすることが示されている。従って、実質的に重量を増加させる ことなく、より少ない数のフライス工具によって製作できるように設計を変更す ることが望ましい。 発明の開示 円筒形のアイソグリッド構造を、軽量化のために設計する。スキンの厚さは、 必要に応じて変化する。最適なのは、全てのアイソグ リッド・フランジまたはキャップの厚さが同一であることである。厚みが変化す ると、機械加工のコストが相対的に高くなることにつながる。 スキンの厚さが中間のセクションには、過剰な厚みを有するフランジが設けら れている。なお、そのセクション数は少ない。厚みの薄い後方のゾーンでもまた 、フランジは過度に大きい厚さのフランジを有しているが、ここではブレード片 の跳ね返り力に抵抗するために高い剛性が要求されている。 図面の簡単な説明 第１図は、ガス・タービン・エンジンのターボファンの斜視図である。 第２図は、ファン・ブレードに対するケーシングの関係を示すケーシングの断 面図である。 第３図は、アイソグリッドの図である。 第４図は、幾つかの隣接した断面を示す第３図の４‐４断面図である。 発明を実施するための最良の形態 第１図を参照して、ターボファン型航空機のガス・タービン・エンジン１０は 、前端部に複数の回転ファン・ブレード１２を有している。直径が約２．４ｍの ケースは、支柱１６によって支持されているこれらのブレードを取り囲んでいる 。このケースはアイソグリッド構造２０を有し、このアイソグリッド構造にはア ルミ・シートの 金属板１８が接着され、これは多重衝撃巻回織物２２によって取り囲まれている 。このケースは、また半径方向内面に摩耗ストリップ２４と消音用ハニカム２６ とを含んでいる。 第２図は、ケース１４の断面図である。このケースの前端部には、ブレード１ ２の上流に位置する上流収容ゾーン３０が設けられている。前方収容ゾーンの下 流には、面内収容ゾーン３２が設けられている。これはブレード１２のゾーン内 に十分延びるが、このブレードの後端迄ずっと延びる必要はない。 後方収容ゾーン３４はこれに続き、最終的に支持ゾーン３６に連ながる。 第３図は、これらの同一のゾーンを示すアイソグリッドの図である。アイソグ リッドは等角の三角形の形状（正三角形状）で複数のリブ３８によって構成する 。各リブはアイソグリッドの半径方向外縁部に位置するキヤップまたはフランジ ４４によってフランジ止めされ、内部シン(shin)４６はリブ構造と一体に構成さ れている（第４図）。 複数のスキンセグメント４８が、リブによって形成されている。種々のスキン セグメントは、軽量化をはかりながらも、尚遊離した断片を適切に収容し、脱落 したブレードによりあいた孔の寸法を最小にし、且つ衝撃と不均衡な負荷の下で ケーシングのクラックを最小にするように、その厚みが変化されている。また関 心を払うべき問題は、巻回されている織物の負荷、保持負荷、及びブレード片の 跳ね返り負荷を受けてケースが湾曲するのを防止するための適切な剛性である。 共振端に対してまた適切なケースの剛性がなければな らず、支柱からの片持ち負荷による湾曲を回避しなければならない。また、ファ ン・ブレードが失われることにより、ファンロータのバランスが崩れた状態とな るが、このアンバランスとなったファン・ロータの支持面もまた、この構造によ り提供しなければならない。エンジンは、ケースを分解させることなく、惰性に よって動作しながら停止することができなければならない。 前方のスキン・セグメント５０は、厚さが３．８１ｍｍであり、スキンのケー シング５１の厚さは４．８３ｍｍである。ファンの収容ゾーンに接近するのに従 って、スキンのケーシング・セグメント５２の厚さは５．７２ｍｍになる。ケー シング・セグメント５３の後端部に向かっていくと、その厚さは４．８３ｍｍに なり、セグメント５４の厚さは３．８１ｍｍとなる。最後に、セグメント５５と ５６の厚さは、それぞれ２．９２ｍｍと２．０３ｍｍである。 リブを挟んで隣接するスキン・セグメントは、ブレードの侵入にさらされる収 容ゾーン内では、隣接するセグメントとの差が３０％を超えることはない。この ようなゾーンは、前方収容ゾーン、面内収容ゾーンと後方収容ゾーンである。後 部支持ゾーンでは、隣接部分の厚さは、その変化量が５０％を超えることはない 。リブを挟んでの厚みの差が過剰に大きくなると、侵入したブレードによって形 成された穴からクラックの線が発生し、この形成された穴が所望より大きくなっ てしまう。 第３図の中心線６０は、三角形の軸方向の列を通過している。前端部から後端 部に向かってみていくと、厚さが３．８１ｍｍの１つのセクション５０があり、 これは厚さが４．８３ｍｍのセクション ５１に連なっている。３個のセクション５２は５．７２ｍｍであり、次に１つの セクション５３は４．８３ｍｍであってこれはセクション５１と同じである。 これに続いて、４個のセクション５４のグループが存在し、これらの各々の厚 さは３．８１ｍｍであり、これは前方の三角形のセクション５０と同一である。 その後に、厚さが２．９２ｍｍの１つのセクション５５が連なっている。これら に続いて、各２．０３ｍｍの５個の寸法の小さい三角形のセクションが存在する 。 第４図は、全体の厚さ６２が３．４５ｃｍであるアイソグリッド構造を示す。 フランジ６４は、このアイソグリッド構造に要求される全体的な剛性に基づいて 厚さ６６が０．３７ｃｍである通常のように指定されたフランジである。スキン ５２は厚さが５．７２ｍｍであるので、必要なリブの高さ６８は２．５１ｃｍで ある。フライス・カッター(Mi1ling cutter)７０はこの高さを有し、ポケット７ ２内のリブ３８の縁部を機械加工によって取り去るのに使用する。これによって 設計上の要件が満足される。 たとえ従来の設計が使用されることがあるとしても、フランジ７４は、同じ厚 さ、即ち厚さ６６と同一になる。この場合、フライス工具７０を使用することは できず、新しい工具によって代替しなければならない。フランジ７４の重量は若 干重くなるものの、スキン５３の厚みが減った分だけ７６の厚みを増加させるこ とで、リブの高さ６８を同一とすることができる。 第３図に戻って、フランジの片側に於ける過剰な厚さは、遷移セクション５１ 、５３と５５に於いてのみ発生する。確かにセクショ ン５６でもまたウェブの厚さが過剰であるが、これは、ブレードから跳ね返った 力のために、剛性を余分に必要とするセクションである。 ポケット７２と同じ方法でポケット８０は、スキンの厚さ５４を減少させても 同一のフランジの厚さ６８で設計し、その結果、より大きなカッターでリブの高 さ８２を機械加工することができる。このフルサイズのカッターを使用してまた 同じスキンの厚さを有している後続のセクションを加工する。 複数のカッターを最小限しか使用していないため、重量が過剰な部位が存在せ ざるを得ないが、このような部位は、少数のインタフェース・ゾーン、または、 剛性が更に必要であるために円周方向のリブ８２を既に追加して供給している後 方の部分、のいずれかにしか存在しない。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ターボファン・ガス・タービン・エンジン用の円筒形アイソグリッド・フ ァン収容ケースにおいて、 前記ケースは、正三角形状でフランジの付いたリブの格子を有するアイソグリ ッドによって形成されると共に各リブの外縁部にはフランジを有し、 前記アイソグリッドの内縁部上のスキンを有し、これによって三角形のアイソ グリッド・セグメントが前記リブの間に形成され、これにより複数の三角形のセ グメントの軸方向の列が形成され、 前記スキンの厚さ、前記リブの高さ、前記フランジの厚さを加えた、アイソグ リッドの総合厚みは一定であり、 前記三角形のアイソグリッド・セグメントは、異なるセグメントどうしでも、 スキンの厚みとフランジの厚みは異なっても、リブの高さは等しくなっているこ とを特徴とする円筒形アイソグリッド・ファン収容ケース。 ２．前記三角形のセグメントの各軸方向の列は、 第１スキン厚さを有する複数の隣接した第１セグメントと、 第２スキン厚さを有する複数の隣接した第２セグメントと、 前記第２スキン厚さと前記第１スキン厚さの中間のスキン厚さを有する中間セ グメントと、を有し、 前記中間セグメントのリブの高さは、前記複数の第２隣接セグメント及び前記 複数の第１隣接セグメントの内の１つのリブの高さと 等しいことを特徴とする請求項１記載のアイソグリッド・ファン収容ケース。 ３．後方に位置する後方セグメントの厚さは、前記第１のスキンの厚さ、前記 第２のスキンの厚さ、これらよりも薄い厚さ、のいずれかとなっており、 前記後方セグメントの前記リブの高さは、前方位置にある全てのリブの高さの 内で最小であることを更に特徴とする請求項２記載の収容ケース。