JPH1068305A - エアフォイル - Google Patents
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- JPH1068305A JPH1068305A JP9180246A JP18024697A JPH1068305A JP H1068305 A JPH1068305 A JP H1068305A JP 9180246 A JP9180246 A JP 9180246A JP 18024697 A JP18024697 A JP 18024697A JP H1068305 A JPH1068305 A JP H1068305A
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Classifications
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガスタービンエンジンで生じる荷重に適応で
きるこわさを有する軽量なエアフォイルを安価に製造す
ること。 【解決手段】 例えばファン出口ガイドベーンを構成す
るエアフォイル３０は、第１の壁４４と、この第１の壁
に対向して設けた第２の壁４６と、前縁４８と、この前
縁に対向して設けた後縁５０と、少なくともひとつの空
洞５２、５４とを包含する横断面幾何学的形状体を有す
る。空洞５２、５４は、第１の壁４４、第２の壁４６、
前縁４８及び後縁５０間に設けられている。そして、エ
アフォイル３０はその横断面幾何学的形状体が第１の端
と第２の端との間に延びるようにして不連続強化アルミ
ニウムから押出し成形される。
きるこわさを有する軽量なエアフォイルを安価に製造す
ること。 【解決手段】 例えばファン出口ガイドベーンを構成す
るエアフォイル３０は、第１の壁４４と、この第１の壁
に対向して設けた第２の壁４６と、前縁４８と、この前
縁に対向して設けた後縁５０と、少なくともひとつの空
洞５２、５４とを包含する横断面幾何学的形状体を有す
る。空洞５２、５４は、第１の壁４４、第２の壁４６、
前縁４８及び後縁５０間に設けられている。そして、エ
アフォイル３０はその横断面幾何学的形状体が第１の端
と第２の端との間に延びるようにして不連続強化アルミ
ニウムから押出し成形される。
Description
【０００１】
【発明の技術分野】本発明は、一般にはガスタービンエ
ンジンに関し、より詳細には、ガスタービンエンジンに
用いられるエアフォイル、特にガイドベーンに関する。
ンジンに関し、より詳細には、ガスタービンエンジンに
用いられるエアフォイル、特にガイドベーンに関する。
【０００２】
【背景技術】ガスタービンエンジンのロータセクション
の後方に設けられているエアフォイルは、ロータセクシ
ョンにより動かされるガスを、このロータセクションに
より行われる働きを最大にするように選択されている方
向に向けるのに役立つものである。これらのエアフォイ
ルは、一般に“ガイドベーン”と称され、ハブとロータ
セクションの外周まわりに間隔を置いているアウタケー
シングとの間に半径方向に設けられている。歴史的に
は、これらのガイドベーンは中実のエアフォイルとして
普通のアルミニウムから作られている。そして、その中
実横断面は、ガイドベーンに、衝突ガスにより生じる荷
重に適応するのに要求されるこわさ及び異物の衝突に耐
えることができる耐久力を与えている。
の後方に設けられているエアフォイルは、ロータセクシ
ョンにより動かされるガスを、このロータセクションに
より行われる働きを最大にするように選択されている方
向に向けるのに役立つものである。これらのエアフォイ
ルは、一般に“ガイドベーン”と称され、ハブとロータ
セクションの外周まわりに間隔を置いているアウタケー
シングとの間に半径方向に設けられている。歴史的に
は、これらのガイドベーンは中実のエアフォイルとして
普通のアルミニウムから作られている。そして、その中
実横断面は、ガイドベーンに、衝突ガスにより生じる荷
重に適応するのに要求されるこわさ及び異物の衝突に耐
えることができる耐久力を与えている。
【０００３】“ガスパス荷重”とは、当分野において、
ガス流れがガイドベーンに衝突することによりエアフォ
イルに加えられる力を言うのに用いられている用語であ
る。この荷重力の大きさ及び振動数は、エアフォイルの
適用及びエンジンにより生じるスラストに依存して変化
する。そして、もし荷重力の振動数がガイドベーンのひ
とつ又はそれ以上の固有振動数（すなわち、変形の曲り
モードの振動数及び／又は変形のねじりモードの振動
数）と一致したときには、荷重力がガイドベーンを好ま
しくない共振振動に励起せしめる。
ガス流れがガイドベーンに衝突することによりエアフォ
イルに加えられる力を言うのに用いられている用語であ
る。この荷重力の大きさ及び振動数は、エアフォイルの
適用及びエンジンにより生じるスラストに依存して変化
する。そして、もし荷重力の振動数がガイドベーンのひ
とつ又はそれ以上の固有振動数（すなわち、変形の曲り
モードの振動数及び／又は変形のねじりモードの振動
数）と一致したときには、荷重力がガイドベーンを好ま
しくない共振振動に励起せしめる。
【０００４】以上述べた中実のアルミニウムから作られ
ている従来のガイドベーンの顕著な欠点は、ガイドベー
ンの重量が相当重いことである。エンジンの重さが増大
することはエンジンのスラスト対重量比に悪い影響を与
えるので、ガスタービン設計はエンジンの構成要素の重
さを最小にすることを奨励している。普通のアルミニウ
ムから作られた中空のガイドベーンは、中実のガイドベ
ーンの重さの問題を除去するが、しかし、高スラストへ
の適用のために必要とされるこわさ及び疲れ強さに欠け
るものである。この制限は、特に、追加のスラストを生
じさせるためにエンジンのファン径を増大せしめる傾向
にある近代のガスタービンエンジンにおいて問題であ
る。エンジンのスラストを増大せしめることは、一般
に、ガイドベーン、特にファン径が増大されているとき
のファンセクションにおけるガイドベーンに加わる荷重
を増大せしめる。普通のアルミニウムから作られる中空
のガイドベーンが持つ他の問題は、一層好ましい普通の
アルミニウム合金をガイドベーンの要求する横断面幾何
学的形状体（cross−sectional geometry）に押出し成
形することができないことにある。
ている従来のガイドベーンの顕著な欠点は、ガイドベー
ンの重量が相当重いことである。エンジンの重さが増大
することはエンジンのスラスト対重量比に悪い影響を与
えるので、ガスタービン設計はエンジンの構成要素の重
さを最小にすることを奨励している。普通のアルミニウ
ムから作られた中空のガイドベーンは、中実のガイドベ
ーンの重さの問題を除去するが、しかし、高スラストへ
の適用のために必要とされるこわさ及び疲れ強さに欠け
るものである。この制限は、特に、追加のスラストを生
じさせるためにエンジンのファン径を増大せしめる傾向
にある近代のガスタービンエンジンにおいて問題であ
る。エンジンのスラストを増大せしめることは、一般
に、ガイドベーン、特にファン径が増大されているとき
のファンセクションにおけるガイドベーンに加わる荷重
を増大せしめる。普通のアルミニウムから作られる中空
のガイドベーンが持つ他の問題は、一層好ましい普通の
アルミニウム合金をガイドベーンの要求する横断面幾何
学的形状体（cross−sectional geometry）に押出し成
形することができないことにある。
【０００５】最近、ガイドベーンはポリマーマトリック
ス複合材料（Polymer Matrix Composite materials：以
下“ＰＭＣ”と略称する）から製造されている。これら
のＰＭＣは、普通のアルミニウムよりもかなり軽いこ
と、所要のこわさを持つこと、及びいろいろの複雑な幾
何学的形状体に形成することができることから、魅力あ
るものである。しかし、ＰＭＣ製ガイドベーンの欠点は
それらの製造コストにあり、普通のアルミニウムから作
られる同様なガイドベーンの製造コストよりもかなり高
い。重さと同様に、コストも最高に重要なものである。
ＰＭＣ製ガイドベーンの他の欠点は、それらの耐久度に
ある。すなわち、普通のアルミニウム製ガイドベーンの
方が、平均ライフサイクル期間がＰＭＣ製のガイドベー
ンよりも優れているという評価しうる利点を有している
ものである。短いライフサイクルは、多大なメンテナン
スを要求するばかりでなく、２つの材料すなわち普通の
アルミニウムとＰＭＣとの間のコストの差をますます大
きくするものである。
ス複合材料（Polymer Matrix Composite materials：以
下“ＰＭＣ”と略称する）から製造されている。これら
のＰＭＣは、普通のアルミニウムよりもかなり軽いこ
と、所要のこわさを持つこと、及びいろいろの複雑な幾
何学的形状体に形成することができることから、魅力あ
るものである。しかし、ＰＭＣ製ガイドベーンの欠点は
それらの製造コストにあり、普通のアルミニウムから作
られる同様なガイドベーンの製造コストよりもかなり高
い。重さと同様に、コストも最高に重要なものである。
ＰＭＣ製ガイドベーンの他の欠点は、それらの耐久度に
ある。すなわち、普通のアルミニウム製ガイドベーンの
方が、平均ライフサイクル期間がＰＭＣ製のガイドベー
ンよりも優れているという評価しうる利点を有している
ものである。短いライフサイクルは、多大なメンテナン
スを要求するばかりでなく、２つの材料すなわち普通の
アルミニウムとＰＭＣとの間のコストの差をますます大
きくするものである。
【０００６】要するに、以上述べたことから、高スラス
トエンジンにおいて生じる荷重に適応できるような適切
なこわさ及び疲れ強さを持つガイドベーン、異物の衝突
に適応できるような適切なこわさ及び疲れ強さを持つガ
イドベーン、軽量なガイドベーン、製造するのが比較的
安価であるガイドベーン、及び容易に製造することがで
きるガイドベーンが要望されている。
トエンジンにおいて生じる荷重に適応できるような適切
なこわさ及び疲れ強さを持つガイドベーン、異物の衝突
に適応できるような適切なこわさ及び疲れ強さを持つガ
イドベーン、軽量なガイドベーン、製造するのが比較的
安価であるガイドベーン、及び容易に製造することがで
きるガイドベーンが要望されている。
【０００７】
【発明の開示】本発明は、このような要望に応じてなさ
れたものである。したがって、本発明の目的は、高スラ
ストエンジンにおいて生じる荷重に適応できるような適
切なこわさ及び疲れ強さを持つ軽量のエアフォイルを提
供することにある。
れたものである。したがって、本発明の目的は、高スラ
ストエンジンにおいて生じる荷重に適応できるような適
切なこわさ及び疲れ強さを持つ軽量のエアフォイルを提
供することにある。
【０００８】本発明の他の目的は、製造するのが比較的
安価であるエアフォイルを提供することにある。
安価であるエアフォイルを提供することにある。
【０００９】本発明の更に他の目的は、容易に製造する
ことができるエアフォイルを提供することにある。
ことができるエアフォイルを提供することにある。
【００１０】以上述べた目的を達成するために、本発明
によれば、第１の壁と、この第１の壁に対向して設けた
第２の壁と、前縁と、この前縁に対向して設けた後縁
と、少なくともひとつの空洞とを包含する横断面幾何学
的形状体を有するエアフォイルが提供される。空洞は、
第１の壁、第２の壁、前縁及び後縁間に設けられてい
る。そして、エアフォイルはその横断面幾何学的形状体
が第１の端と第２の端との間に延びるようにして不連続
強化アルミニウム（Discontinuously Reinforced Alumi
num：以下“ＤＲＡ”と略称する）から押出し成形され
る。
によれば、第１の壁と、この第１の壁に対向して設けた
第２の壁と、前縁と、この前縁に対向して設けた後縁
と、少なくともひとつの空洞とを包含する横断面幾何学
的形状体を有するエアフォイルが提供される。空洞は、
第１の壁、第２の壁、前縁及び後縁間に設けられてい
る。そして、エアフォイルはその横断面幾何学的形状体
が第１の端と第２の端との間に延びるようにして不連続
強化アルミニウム（Discontinuously Reinforced Alumi
num：以下“ＤＲＡ”と略称する）から押出し成形され
る。
【００１１】以上述べた本発明は、従来存在するエアフ
ォイルより優れた幾つかの顕著な利点を提供する。すな
わち、第１の利点は本発明によればエアフォイルのこわ
さを増大することができることである。エアフォイル本
体のこわさは、一般に、本体の材料及び本体の横断面幾
何学的形状体の関数である。下記の式は、均一断面の本
体について、それらの関係を数学的に説明するために用
いられている。
ォイルより優れた幾つかの顕著な利点を提供する。すな
わち、第１の利点は本発明によればエアフォイルのこわ
さを増大することができることである。エアフォイル本
体のこわさは、一般に、本体の材料及び本体の横断面幾
何学的形状体の関数である。下記の式は、均一断面の本
体について、それらの関係を数学的に説明するために用
いられている。
【００１２】Ｓ＝ＥＩｆ（ｘ，Ｌ） ここに、“Ｓ”はこわさ（ｌｂｓ／ｉｎ）を表し、
“Ｅ”は材料の弾性係数（ｌｂｓ／ｉｎ2）を表し、
“Ｉ”は慣性の断面モーメント（ｉｎ4）を表し、
“ｘ”は本体内の位置の関数を表し、及び“Ｌ”は本体
の長さを表す。最も一般的なアルミニウム合金は、９．
９〜１０．３（×１０6） ｌｂｓ／ｉｎ2 の範囲の
“Ｅ”値を有する。他方、ＤＲＡは１４．０〜１７．０
（×１０6） ｌｂｓ／ｉｎ2 の範囲の“Ｅ”値を有す
る。したがって、ＤＲＡ材料から形成されたエアフォイ
ルは、同一の断面を有する普通のアルミニウム合金から
作られたエアフォイルよりも大きなこわさを有する。
“Ｅ”は材料の弾性係数（ｌｂｓ／ｉｎ2）を表し、
“Ｉ”は慣性の断面モーメント（ｉｎ4）を表し、
“ｘ”は本体内の位置の関数を表し、及び“Ｌ”は本体
の長さを表す。最も一般的なアルミニウム合金は、９．
９〜１０．３（×１０6） ｌｂｓ／ｉｎ2 の範囲の
“Ｅ”値を有する。他方、ＤＲＡは１４．０〜１７．０
（×１０6） ｌｂｓ／ｉｎ2 の範囲の“Ｅ”値を有す
る。したがって、ＤＲＡ材料から形成されたエアフォイ
ルは、同一の断面を有する普通のアルミニウム合金から
作られたエアフォイルよりも大きなこわさを有する。
【００１３】また、エアフォイルを形成するのに用いら
れるＰＭＣは、普通のアルミニウム合金の“Ｅ”値より
も大きい“Ｅ”値を有するが、しかし、配向性の関数と
して変化する機械的性質を有する。すなわち、一方向に
おいて、例えばＰＭＣ試供品は１４．０〜１５．０（×
１０6） ｌｂｓ／ｉｎ2 の“Ｅ”値を有し、この“Ｅ”
値は普通のアルミニウム合金の“Ｅ”値よりも著しく高
いものである。しかしながら、前記の一方向と交差する
方向において、ＰＭＣ試供品の“Ｅ”値は４又は５（×
１０6） ｌｂｓ／ｉｎ2 以下であり、これによりＰＭＣ
を適切に適用することが制限される。ＤＲＡの等方性の
機械的性質は、この問題を除去する。
れるＰＭＣは、普通のアルミニウム合金の“Ｅ”値より
も大きい“Ｅ”値を有するが、しかし、配向性の関数と
して変化する機械的性質を有する。すなわち、一方向に
おいて、例えばＰＭＣ試供品は１４．０〜１５．０（×
１０6） ｌｂｓ／ｉｎ2 の“Ｅ”値を有し、この“Ｅ”
値は普通のアルミニウム合金の“Ｅ”値よりも著しく高
いものである。しかしながら、前記の一方向と交差する
方向において、ＰＭＣ試供品の“Ｅ”値は４又は５（×
１０6） ｌｂｓ／ｉｎ2 以下であり、これによりＰＭＣ
を適切に適用することが制限される。ＤＲＡの等方性の
機械的性質は、この問題を除去する。
【００１４】本発明の他の利点は、本発明によれば、高
いこわさのエアフォイルを容易に製造することができる
ことである。すなわち、金属製のエアフォイルを形成す
るための好適な方法のひとつは、押出し成形である。中
空のエアフォイルの場合においては、押出しされる材料
はダイを通過する間に分離し、ダイの後方に再び一緒に
戻って溶着し合う。多くの普通のアルミニウム合金は、
このような方法による形成に適応するものであるが、こ
れらのアルミニウム合金は高スラストガスタービンで用
いるのに必要とされるこわさ又は疲れ強さを常に持つも
のではない。ＤＲＡも、押出し成形ダイの後方で再結合
できるが、しかし、普通のアルミニウム合金より押出し
成形するのが非常に困難なものである。そこで、本発明
は、ＤＲＡを複雑な幾何学的形状体に押出し成形できる
手段を提供し、これによりエアフォイルをＤＲＡから押
出し成形することができるようにする。
いこわさのエアフォイルを容易に製造することができる
ことである。すなわち、金属製のエアフォイルを形成す
るための好適な方法のひとつは、押出し成形である。中
空のエアフォイルの場合においては、押出しされる材料
はダイを通過する間に分離し、ダイの後方に再び一緒に
戻って溶着し合う。多くの普通のアルミニウム合金は、
このような方法による形成に適応するものであるが、こ
れらのアルミニウム合金は高スラストガスタービンで用
いるのに必要とされるこわさ又は疲れ強さを常に持つも
のではない。ＤＲＡも、押出し成形ダイの後方で再結合
できるが、しかし、普通のアルミニウム合金より押出し
成形するのが非常に困難なものである。そこで、本発明
は、ＤＲＡを複雑な幾何学的形状体に押出し成形できる
手段を提供し、これによりエアフォイルをＤＲＡから押
出し成形することができるようにする。
【００１５】本発明により提供される更に他の利点は、
コストの節約である。すなわち、中空のＤＲＡ製エアフ
ォイルとほぼ同じこわさ及びほぼ同じ重さを持つＰＭＣ
製エアフォイルは、中空のＤＲＡ製エアフォイルよりも
かなり高価なものである。また、ＰＭＣ製エアフォイル
の平均ライフサイクルは中空のＤＲＡ製エアフォイルよ
りもかなり短いものであり、これにより一層頻繁なエア
フォイルの取替えが必要となり、コストの差がますます
大きくなってしまう。
コストの節約である。すなわち、中空のＤＲＡ製エアフ
ォイルとほぼ同じこわさ及びほぼ同じ重さを持つＰＭＣ
製エアフォイルは、中空のＤＲＡ製エアフォイルよりも
かなり高価なものである。また、ＰＭＣ製エアフォイル
の平均ライフサイクルは中空のＤＲＡ製エアフォイルよ
りもかなり短いものであり、これにより一層頻繁なエア
フォイルの取替えが必要となり、コストの差がますます
大きくなってしまう。
【００１６】本発明の以上述べた目的、特徴及び利点は
添付図面を参照して詳述する下記の本発明の最良の形態
の実施例についての説明から一層明らかになるであろ
う。
添付図面を参照して詳述する下記の本発明の最良の形態
の実施例についての説明から一層明らかになるであろ
う。
【００１７】
【発明を実施するための最良の形態】図１を参照する
に、ガスタービンエンジン１０はファンセクション１２
と、低圧圧縮機１４と、高圧圧縮機１６と、燃焼器１８
と、低圧タービン２０と、高圧タービン２２とを包含す
る。ファンセクション１２及び低圧圧縮機１４は、互い
に接続されて低圧タービン２０により駆動される。高圧
圧縮機１６は、高圧タービン２２により駆動される。フ
ァンセクション１２により吸入された空気は、“中心ガ
ス流れ”として低圧圧縮機１４に入るか、又は“バイパ
ス空気”としてエンジン中心外側の空気通路２３に入
る。この空気通路２３を出たバイパス空気は、エンジン
１０の外周まわりに設けられている複数のファン出口案
内ベーン（Fan Exit Guide Vane：以下“ＦＥＧＶ”と
略称する）２４に向って進み、これらのＦＥＧＶ２４に
衝突する。これらのＦＥＧＶ２４は、バイパス空気をエ
ンジン１０の外側に設けられているダクト（図示せず）
に案内する。
に、ガスタービンエンジン１０はファンセクション１２
と、低圧圧縮機１４と、高圧圧縮機１６と、燃焼器１８
と、低圧タービン２０と、高圧タービン２２とを包含す
る。ファンセクション１２及び低圧圧縮機１４は、互い
に接続されて低圧タービン２０により駆動される。高圧
圧縮機１６は、高圧タービン２２により駆動される。フ
ァンセクション１２により吸入された空気は、“中心ガ
ス流れ”として低圧圧縮機１４に入るか、又は“バイパ
ス空気”としてエンジン中心外側の空気通路２３に入
る。この空気通路２３を出たバイパス空気は、エンジン
１０の外周まわりに設けられている複数のファン出口案
内ベーン（Fan Exit Guide Vane：以下“ＦＥＧＶ”と
略称する）２４に向って進み、これらのＦＥＧＶ２４に
衝突する。これらのＦＥＧＶ２４は、バイパス空気をエ
ンジン１０の外側に設けられているダクト（図示せず）
に案内する。
【００１８】次に図１及び図２を参照するに、ＦＥＧＶ
２４はファンのインナケース２６とアウタケース２８と
の間に延びている。インナケース２６は低圧圧縮機１４
とＦＥＧＶ２４との間の半径方向位置に設けられ、また
アウタケース２８はＦＥＧＶ２４の外側の半径方向位置
に設けられている。各ＦＥＧＶ２４は、エアフォイル３
０と、このエアフォイル３０をインナケース２６とアウ
タケース２８との間に固定する手段３２とを包含する。
例えば、図２に示されるように、この固定手段３２は第
１のブラケット３４と第２のブラケット３６とを包含す
る。しかし、選択的に、他の構造の固定手段３２を用い
ることができるものである。
２４はファンのインナケース２６とアウタケース２８と
の間に延びている。インナケース２６は低圧圧縮機１４
とＦＥＧＶ２４との間の半径方向位置に設けられ、また
アウタケース２８はＦＥＧＶ２４の外側の半径方向位置
に設けられている。各ＦＥＧＶ２４は、エアフォイル３
０と、このエアフォイル３０をインナケース２６とアウ
タケース２８との間に固定する手段３２とを包含する。
例えば、図２に示されるように、この固定手段３２は第
１のブラケット３４と第２のブラケット３６とを包含す
る。しかし、選択的に、他の構造の固定手段３２を用い
ることができるものである。
【００１９】次に図２〜図４を参照するに、エアフォイ
ル３０は第１の端４０から第２の端４２にまで延びる単
一ピースの横断面幾何学的形状体を包含する（図２）。
この横断面幾何学的形状体は、第１の壁４４と、第２の
壁４６と、前縁４８と、後縁５０と、単一又は複数の空
洞５２、５４、５８とを包含する。第２の壁４６は第１
の壁４４に対向して設けられ、また後縁５０は前縁４８
に対向して設けられている。空洞５２、５４、５８は、
第１の端４４、第２の端４６、前縁４８及び後縁５０の
間に設けられている。図２は、単一の空洞５２を示す。
図３は第１の空洞５２と第２の空洞５４とを示し、これ
らの空洞は第１の壁４４と第２の壁４６との間に延びる
単一のリブ５６により分離されている。図４は第１の空
洞５２と、第２の空洞５４と、第３の空洞５８とを示
し、これらの空洞は第１の壁４４と第２の壁４６との間
に延びる２つのリブ５６により分離され、空洞５２、５
８の各々は１つのリブ５６により空洞５４から分離され
ていると共に、空洞５４は２つのリブ５６により２つの
空洞５２、５８から分離されている。すべての空洞５
２、５４、５８は、内部丸み部６０を包含している。
ル３０は第１の端４０から第２の端４２にまで延びる単
一ピースの横断面幾何学的形状体を包含する（図２）。
この横断面幾何学的形状体は、第１の壁４４と、第２の
壁４６と、前縁４８と、後縁５０と、単一又は複数の空
洞５２、５４、５８とを包含する。第２の壁４６は第１
の壁４４に対向して設けられ、また後縁５０は前縁４８
に対向して設けられている。空洞５２、５４、５８は、
第１の端４４、第２の端４６、前縁４８及び後縁５０の
間に設けられている。図２は、単一の空洞５２を示す。
図３は第１の空洞５２と第２の空洞５４とを示し、これ
らの空洞は第１の壁４４と第２の壁４６との間に延びる
単一のリブ５６により分離されている。図４は第１の空
洞５２と、第２の空洞５４と、第３の空洞５８とを示
し、これらの空洞は第１の壁４４と第２の壁４６との間
に延びる２つのリブ５６により分離され、空洞５２、５
８の各々は１つのリブ５６により空洞５４から分離され
ていると共に、空洞５４は２つのリブ５６により２つの
空洞５２、５８から分離されている。すべての空洞５
２、５４、５８は、内部丸み部６０を包含している。
【００２０】以上述べたエアフォイル３０は、ＤＲＡか
ら押出し成形される。好適には、ＤＲＡはアルミニウム
協会により規定されている基本２０００、６０００、又
は７０００系のアルミニウム合金マトリックスから成
る。最も好適な実施例によれば、ＤＲＡは６０００系ア
ルミニウム合金マトリックスから成る。ＤＲＡの補強材
は、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ4Ｃ、ＢｅＯ、ＴｉＢ2、Ｓｉ
3Ｎ4、ＡｌＮ、ＭｇＯ、ＺｒＯ2 の材料中のいずれかひ
とつとされる。好適な群の補強材は、粒子状のＳｉＣ、
Ａｌ2Ｏ3、Ｂ4Ｃから成る。最も好適な補強材は、粒径
が５〜１０ミクロンの粒子状のＳｉＣである。ＤＲＡ中
の補強材の容量パーセントは、使用される系のアルミニ
ウム合金マトリックス及び補強材に依存する。すなわ
ち、補強材がＳｉＣの場合においては、その容量パーセ
ントの好適の範囲は、６０００系アルミニウム合金マト
リックスのＤＲＡ中のＳｉＣ粒子が少なくとも１０容量
パーセントでかつ３０容量パーセント以下である。この
好適な範囲内で、更に好適には、６０００系アルミニウ
ム合金マトリックスのＤＲＡ中のＳｉＣを少なくとも１
５容量パーセントでかつ２０容量パーセント以下に維持
することにより、一層改良された押出し成形結果が得ら
れた。最良の押出し成形結果は、６０００系アルミニウ
ム合金マトリックスのＤＲＡ中のＳｉＣが１７．５容量
パーセントであるものを用いることにより得られた。
ら押出し成形される。好適には、ＤＲＡはアルミニウム
協会により規定されている基本２０００、６０００、又
は７０００系のアルミニウム合金マトリックスから成
る。最も好適な実施例によれば、ＤＲＡは６０００系ア
ルミニウム合金マトリックスから成る。ＤＲＡの補強材
は、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ4Ｃ、ＢｅＯ、ＴｉＢ2、Ｓｉ
3Ｎ4、ＡｌＮ、ＭｇＯ、ＺｒＯ2 の材料中のいずれかひ
とつとされる。好適な群の補強材は、粒子状のＳｉＣ、
Ａｌ2Ｏ3、Ｂ4Ｃから成る。最も好適な補強材は、粒径
が５〜１０ミクロンの粒子状のＳｉＣである。ＤＲＡ中
の補強材の容量パーセントは、使用される系のアルミニ
ウム合金マトリックス及び補強材に依存する。すなわ
ち、補強材がＳｉＣの場合においては、その容量パーセ
ントの好適の範囲は、６０００系アルミニウム合金マト
リックスのＤＲＡ中のＳｉＣ粒子が少なくとも１０容量
パーセントでかつ３０容量パーセント以下である。この
好適な範囲内で、更に好適には、６０００系アルミニウ
ム合金マトリックスのＤＲＡ中のＳｉＣを少なくとも１
５容量パーセントでかつ２０容量パーセント以下に維持
することにより、一層改良された押出し成形結果が得ら
れた。最良の押出し成形結果は、６０００系アルミニウ
ム合金マトリックスのＤＲＡ中のＳｉＣが１７．５容量
パーセントであるものを用いることにより得られた。
【００２１】好適な実施例の押出し成形によれば、補強
材として１７．５容量パーセントのＳｉＣを含有する６
０００系アルミニウム合金マトリックスのＤＲＡが、ア
ペンデージにより支持されている一対のマンドレルを有
するポートホールダイを用いて、２つの空洞５２、５４
を有するエアフォイル３０（図３参照）に押出し成形さ
れる。すなわち、上記ダイは、炭化チタン強化鋼、例え
ばアメリカ合衆国 ニューヨーク ウエスト ニアックの
アロー テクノロジー インターナショナル インコーポ
レーテッド（Alloy Technology International Incorpo
rated）により製造されている“ＳＫ グレード フェロ
チック（ＳＫ grade Ferrotic）”から作られている。
そして、一対のマンドレルがダイの中間部に設けられて
おり、ＤＲＡがこれらのマンドレルのまわりに流れてア
ペンデージで分離するように押し込まれる。アペンデー
ジにより分離された押出し金属は、マンドレルの後方に
戻って一緒に結合し、金属・金属結合体となる。このプ
ロセスは、時々“溶接”と称されている。そして、マン
ドレルにより作られた空所が残り、エアフォイルの空洞
となる。このような炭化チタン強化鋼製のダイは、押出
し成形するエアフォイルに申し分のない仕上げを与える
ものである。押出し成形されたＤＲＡのストリップは、
その後、適用の必要に応じて人の手で所定の長さに切断
されて仕上げられる。
材として１７．５容量パーセントのＳｉＣを含有する６
０００系アルミニウム合金マトリックスのＤＲＡが、ア
ペンデージにより支持されている一対のマンドレルを有
するポートホールダイを用いて、２つの空洞５２、５４
を有するエアフォイル３０（図３参照）に押出し成形さ
れる。すなわち、上記ダイは、炭化チタン強化鋼、例え
ばアメリカ合衆国 ニューヨーク ウエスト ニアックの
アロー テクノロジー インターナショナル インコーポ
レーテッド（Alloy Technology International Incorpo
rated）により製造されている“ＳＫ グレード フェロ
チック（ＳＫ grade Ferrotic）”から作られている。
そして、一対のマンドレルがダイの中間部に設けられて
おり、ＤＲＡがこれらのマンドレルのまわりに流れてア
ペンデージで分離するように押し込まれる。アペンデー
ジにより分離された押出し金属は、マンドレルの後方に
戻って一緒に結合し、金属・金属結合体となる。このプ
ロセスは、時々“溶接”と称されている。そして、マン
ドレルにより作られた空所が残り、エアフォイルの空洞
となる。このような炭化チタン強化鋼製のダイは、押出
し成形するエアフォイルに申し分のない仕上げを与える
ものである。押出し成形されたＤＲＡのストリップは、
その後、適用の必要に応じて人の手で所定の長さに切断
されて仕上げられる。
【００２２】本発明の顕著な利点は、所要のこわさを有
するエアフォイルを、最小の径の外部丸み部６２及び内
部丸み部６０を有する形状体に安価に形成することがで
きることにある。すなわち、前縁４８及び後縁５０に沿
う最小の径の外部丸み部６２は、空気力学の観点から利
益があるものである。また、最小の径の内部丸み部６０
は、より小さな内部丸み部がエアフォイル３０の中空部
をより大きくしてより軽いエアフォイルを提供すること
から、利益があるものである。
するエアフォイルを、最小の径の外部丸み部６２及び内
部丸み部６０を有する形状体に安価に形成することがで
きることにある。すなわち、前縁４８及び後縁５０に沿
う最小の径の外部丸み部６２は、空気力学の観点から利
益があるものである。また、最小の径の内部丸み部６０
は、より小さな内部丸み部がエアフォイル３０の中空部
をより大きくしてより軽いエアフォイルを提供すること
から、利益があるものである。
【００２３】以上本発明をその実施例に関して図示し詳
述してきたけれども、本発明の精神及び範囲を逸脱する
ことなく、その形態及び詳部においてさまざまな変更が
できることは当業者にとって理解されるであろう。例え
ば、上述した本発明を実施するための最良の形態は、本
発明のエアフォイルをＦＥＧＶに用いた例について詳述
している。しかし、本発明のエアフォイルは選択的に他
のベーン又はブレードの適用にも用いることができるも
のである。
述してきたけれども、本発明の精神及び範囲を逸脱する
ことなく、その形態及び詳部においてさまざまな変更が
できることは当業者にとって理解されるであろう。例え
ば、上述した本発明を実施するための最良の形態は、本
発明のエアフォイルをＦＥＧＶに用いた例について詳述
している。しかし、本発明のエアフォイルは選択的に他
のベーン又はブレードの適用にも用いることができるも
のである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が実施されるガスタービンエンジンの概
略断面図である。
略断面図である。
【図２】本発明のエアフォイルで構成されるファン出口
ガイドベーンの一例を示す分解図である。
ガイドベーンの一例を示す分解図である。
【図３】図２に示されているガイドベーンと同様である
が、しかし２つの空洞を有するガイドベーンの横断面図
である。
が、しかし２つの空洞を有するガイドベーンの横断面図
である。
【図４】図２に示されているガイドベーンと同様である
が、しかし３つの空洞を有するガイドベーンの横断面図
である。
が、しかし３つの空洞を有するガイドベーンの横断面図
である。
１０ ガスタービンエンジン １２ ファンセクション １４ 低圧圧縮機 １６ 高圧圧縮機 １８ 燃焼器 ２０ 低圧タービン ２２ 高圧タービン ２３ 空気通路 ２４ ファン出口ガイドベーン（ＦＥＧＶ） ２６ インナケース ２８ アウタケース ３０ エアフォイル ３２ 固定手段 ３４ 第１のブラケット ３６ 第２のブラケット ４０ 第１の端 ４２ 第２の端 ４４ 第１の壁 ４６ 第２の壁 ４８ 前縁 ５０ 後縁 ５２ 第１の空洞 ５４ 第２の空洞 ５６ リブ ５８ 第３の空洞 ６０ 内部丸み部 ６２ 外部丸み部
フロントページの続き (72)発明者 ビンセント・シー・ナードーン アメリカ合衆国コネチカット州06074 サ ウスウインザー市ノートン レーン 187 (72)発明者 ジョン・エー・ビソスキーズ アメリカ合衆国コネチカット州06066 バ ーノン市サウス ストリート 125 アパ ートメント 264 (72)発明者 スチュアート・エー・アンダーソン アメリカ合衆国コネチカット州06074− 3227 サウスウインザー市パイン ツリー レーン 210
Claims (28)
- 【請求項１】第１の壁と、この第１の壁に対向して設け
た第２の壁と、前縁と、この前縁に対向して設けた後縁
と、これら第１の壁、第２の壁、前縁及び後縁間に設け
た第１の空洞とを包含する横断面幾何学的形状体を包含
すると共に第１の端及び第２の端を包含するエアフォイ
ルにおいて、前記横断面幾何学的形状体が前記第１の端
と前記第２の端との間に延びるようにして不連続強化ア
ルミニウムから押出し成形されてなるエアフォイル。 - 【請求項２】請求項１記載のエアフォイルにおいて、前
記不連続強化アルミニウムが補強材として炭化ケイ素粒
子を含有してなるエアフォイル。 - 【請求項３】請求項２記載のエアフォイルにおいて、前
記不連続強化アルミニウムが補強材として少なくとも１
０容量パーセントでかつ３０容量パーセント以下の炭化
ケイ素を含有してなるエアフォイル。 - 【請求項４】請求項３記載のエアフォイルにおいて、前
記不連続強化アルミニウムが６０００系アルミニウム合
金マトリックスからなるエアフォイル。 - 【請求項５】請求項４記載のエアフォイルにおいて、前
記不連続強化アルミニウムが補強材として１５〜２０容
量パーセントの炭化ケイ素を含有してなるエアフォイ
ル。 - 【請求項６】請求項５記載のエアフォイルにおいて、前
記不連続強化アルミニウムが補強材として１７．５容量
パーセントの炭化ケイ素を含有してなるエアフォイル。 - 【請求項７】請求項６記載のエアフォイルにおいて、前
記横断面幾何学的形状体が更に第２の空洞と、前記第１
の壁と前記第２の壁との間に延びて前記第１の空洞と前
記第２の空洞とを分離するリブとを包含してなるエアフ
ォイル。 - 【請求項８】請求項７記載のエアフォイルにおいて、フ
ァン出口ガイドベーンであるエアフォイル。 - 【請求項９】請求項３記載のエアフォイルにおいて、前
記不連続強化アルミニウムが補強材として１５〜２０容
量パーセントの炭化ケイ素を含有してなるエアフォイ
ル。 - 【請求項１０】請求項９記載のエアフォイルにおいて、
前記不連続強化アルミニウムが補強材として１７．５容
量パーセントの炭化ケイ素を含有してなるエアフォイ
ル。 - 【請求項１１】請求項１記載のエアフォイルにおいて、
前記横断面幾何学的形状体が更に第２の空洞と、前記第
１の壁と前記第２の壁との間に延びて前記第１の空洞と
前記第２の空洞とを分離するリブとを包含してなるエア
フォイル。 - 【請求項１２】請求項１１記載のエアフォイルにおい
て、前記不連続強化アルミニウムが補強材として炭化ケ
イ素粒子を含有してなるエアフォイル。 - 【請求項１３】請求項１２記載のエアフォイルにおい
て、前記不連続強化アルミニウムが補強材として少なく
とも１０容量パーセントでかつ３０容量パーセント以下
の炭化ケイ素を含有してなるエアフォイル。 - 【請求項１４】請求項１３記載のエアフォイルにおい
て、前記不連続強化アルミニウムが６０００系アルミニ
ウム合金マトリックスからなるエアフォイル。 - 【請求項１５】請求項１４記載のエアフォイルにおい
て、前記不連続強化アルミニウムが補強材として少なく
とも１５容量パーセントでかつ２０容量パーセントの炭
化ケイ素を含有してなるエアフォイル。 - 【請求項１６】請求項１５記載のエアフォイルにおい
て、前記不連続強化アルミニウムが補強材として１７．
５容量パーセントの炭化ケイ素を含有してなるエアフォ
イル。 - 【請求項１７】請求項１６記載のエアフォイルにおい
て、ファン出口ガイドベーンであるエアフォイル。 - 【請求項１８】不連続強化アルミニウムから押出し成形
され、各々が第１の端、第２の端、空洞、前縁及び後縁
を有している複数のガイドベーンと、これらガイドベー
ンの第１の端を受け入れる手段を有するアウタケース
と、このアウタケースの半径方向内側にアウタケースと
実質的に同心にして設けられ、前記ガイドベーンの第２
の端を受け入れる手段を有するインナケースとを包含す
るファン出口ガイドベーンアセンブリであって、前記ガ
イドベーンが前記インナケースと前記アウタケースとの
間に延びていると共にこれらインナケースとアウタケー
スとの間に円周方向に分配されてなるファン出口ガイド
ベーンアセンブリ。 - 【請求項１９】請求項１８記載のファン出口ガイドベー
ンアセンブリにおいて、前記不連続強化アルミニウムが
補強材として炭化ケイ素粒子を含有してなるファン出口
ガイドベーンアセンブリ。 - 【請求項２０】請求項１９記載のファン出口ガイドベー
ンアセンブリにおいて、前記不連続強化アルミニウムが
補強材として少なくとも１０容量パーセントでかつ３０
容量パーセント以下の炭化ケイ素を含有してなるファン
出口ガイドベーンアセンブリ。 - 【請求項２１】請求項２０記載のファン出口ガイドベー
ンアセンブリにおいて、前記不連続強化アルミニウムが
６０００系アルミニウム合金マトリックスからなるファ
ン出口ガイドベーンアセンブリ。 - 【請求項２２】請求項２１記載のファン出口ガイドベー
ンアセンブリにおいて、前記不連続強化アルミニウムが
補強材として少なくとも１５容量パーセントでかつ２０
容量パーセントの炭化ケイ素を含有してなるファン出口
ガイドベーンアセンブリ。 - 【請求項２３】請求項２２記載のファン出口ガイドベー
ンアセンブリにおいて、前記不連続強化アルミニウムが
補強材として１７．５容量パーセントの炭化ケイ素を含
有してなるファン出口ガイドベーンアセンブリ。 - 【請求項２４】補強材として少なくとも１０容量パーセ
ントでかつ３０容量パーセント以下の炭化ケイ素を含有
する不連続強化アルミニウムのビレットを用意し、この
ビレットをダイから押出して第１の壁と、この第１の壁
に対向して設けた第２の壁と、前縁と、この前縁に対向
して設けた後縁と、これら第１の壁、第２の壁、前縁及
び後縁間に設けた第１の空洞とを包含するエアフォイル
形状の幾何学的形状体を成形し、このエアフォイル形状
の幾何学的形状体が前記ダイを出て縦方向に延びるよう
にしてなるエアフォイルの製造方法。 - 【請求項２５】請求項２４記載のエアフォイルの製造方
法において、前記不連続強化アルミニウムが６０００系
アルミニウム合金マトリックスからなるエアフォイルの
製造方法。 - 【請求項２６】請求項２５記載のエアフォイルの製造方
法において、前記不連続強化アルミニウムが補強材とし
て少なくとも１５容量パーセントでかつ２０容量パーセ
ントの炭化ケイ素を含有してなるエアフォイルの製造方
法。 - 【請求項２７】請求項２６記載のエアフォイルの製造方
法において、前記不連続強化アルミニウムが補強材とし
て１７．５容量パーセントの炭化ケイ素を含有してなる
エアフォイルの製造方法。 - 【請求項２８】請求項２７記載のエアフォイルの製造方
法において、エアフォイルが炭化チタン強化鋼製のポー
トホールダイを通して押出し成形されるエアフォイルの
製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/670,302 | 1996-06-27 | ||
| US08/670,302 US5873699A (en) | 1996-06-27 | 1996-06-27 | Discontinuously reinforced aluminum gas turbine guide vane |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1068305A true JPH1068305A (ja) | 1998-03-10 |
| JPH1068305A5 JPH1068305A5 (ja) | 2005-04-07 |
| JP4051105B2 JP4051105B2 (ja) | 2008-02-20 |
Family
ID=24689863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18024697A Expired - Fee Related JP4051105B2 (ja) | 1996-06-27 | 1997-06-23 | エアフォイル |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5873699A (ja) |
| EP (1) | EP0816637B1 (ja) |
| JP (1) | JP4051105B2 (ja) |
| KR (1) | KR100467732B1 (ja) |
| DE (1) | DE69729026T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006300057A (ja) * | 2005-04-15 | 2006-11-02 | Snecma | ブレードの前縁を保護するための部品 |
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|---|---|---|---|---|
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| US6508627B2 (en) | 2001-05-30 | 2003-01-21 | Lau Industries, Inc. | Airfoil blade and method for its manufacture |
| EP1338793A3 (en) * | 2002-02-22 | 2010-09-01 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Serrated wind turbine blade trailing edge |
| US7481573B2 (en) * | 2005-06-30 | 2009-01-27 | Spx Corporation | Mixing impeller with pre-shaped tip elements |
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