JPS6037284B2 - 前縁保護付き複合羽根 - Google Patents
前縁保護付き複合羽根Info
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- JPS6037284B2 JPS6037284B2 JP51084043A JP8404376A JPS6037284B2 JP S6037284 B2 JPS6037284 B2 JP S6037284B2 JP 51084043 A JP51084043 A JP 51084043A JP 8404376 A JP8404376 A JP 8404376A JP S6037284 B2 JPS6037284 B2 JP S6037284B2
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
- F01D5/282—Selecting composite materials, e.g. blades with reinforcing filaments
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
- F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
- F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
- F04D29/324—Blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/20—Rotors
- F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
- F05D2240/303—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the leading edge of a rotor blade
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
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- Composite Materials (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はガスタービンェンジン用の複合羽根に関し、特
に、複合羽根の前縁を異物による損傷から保護する手段
の改良に関する。
に、複合羽根の前縁を異物による損傷から保護する手段
の改良に関する。
ガスタービンェンジンの圧縮機の勤翼および静翼として
比較的重い均質金属羽根の代わりに比較的軽い複合材料
の羽根を用いようとする試みは多年にわたって続けられ
てきた。
比較的重い均質金属羽根の代わりに比較的軽い複合材料
の羽根を用いようとする試みは多年にわたって続けられ
てきた。
この方面における努力は主として、軽量母材に高強度の
細長い綾条を混入したものを使用することに向けられて
きた。初期の頃はガラス繊維の使用が試みられたが、最
近ではほう素、黒鉛等の合成織条の利用に開発の努力が
傾注している。これらの織条の極めて高い強度特性と高
い弾性率は、圧縮機の勤翼と静翼に所要剛性を与え得る
ものである。上述の織条の利用、特に、それらの単一方
向強度特性を多方向性応力場に適合させる試みは多くの
問題を伴ってきた。
細長い綾条を混入したものを使用することに向けられて
きた。初期の頃はガラス繊維の使用が試みられたが、最
近ではほう素、黒鉛等の合成織条の利用に開発の努力が
傾注している。これらの織条の極めて高い強度特性と高
い弾性率は、圧縮機の勤翼と静翼に所要剛性を与え得る
ものである。上述の織条の利用、特に、それらの単一方
向強度特性を多方向性応力場に適合させる試みは多くの
問題を伴ってきた。
これらの問題は既に大いに克服され、複合羽根すなわち
複合翼は、多くの面で、それらと相対する均質金属翼の
性能と同等またはそれによりすぐれた性能を有しそして
所望の大幅な重量軽減をもたらすということがわかって
いる。しかし、複合羽根はまだ実用に供されていない。
複合翼は、多くの面で、それらと相対する均質金属翼の
性能と同等またはそれによりすぐれた性能を有しそして
所望の大幅な重量軽減をもたらすということがわかって
いる。しかし、複合羽根はまだ実用に供されていない。
その大きな原因は、複合羽根が異物損傷（ＦＯＤ）と呼
だれる損傷を受けやすいということにある。航空機用ガ
スタービンェンジンの入口に入り込むおそれのある異物
は多種多様であり、かもめのような大きな鳥から、あら
れ、砂、雨滴等に及んでいる。異物による損傷は２種の
形態をとる。まず、小さな異物は羽根の材料を浸食して
圧縮機の性能を低下させるおそれがある、次に、大きな
異物による衝撃は羽根を破損させるかまたは羽根に穴を
あげる可能性がある。衝撃を受けた羽根のある部分は引
きはがされて、下流の羽根や他のエンジン部品に広範な
２次損傷を与えるおそれがある。異物損傷が最も顕著な
結果を呈するのは、高バイパス比ガスタービンェンジン
の低圧圧縮機またはファン内である。
だれる損傷を受けやすいということにある。航空機用ガ
スタービンェンジンの入口に入り込むおそれのある異物
は多種多様であり、かもめのような大きな鳥から、あら
れ、砂、雨滴等に及んでいる。異物による損傷は２種の
形態をとる。まず、小さな異物は羽根の材料を浸食して
圧縮機の性能を低下させるおそれがある、次に、大きな
異物による衝撃は羽根を破損させるかまたは羽根に穴を
あげる可能性がある。衝撃を受けた羽根のある部分は引
きはがされて、下流の羽根や他のエンジン部品に広範な
２次損傷を与えるおそれがある。異物損傷が最も顕著な
結果を呈するのは、高バイパス比ガスタービンェンジン
の低圧圧縮機またはファン内である。
しかし、これらのエンジン横成部分は、８フィ−ト程度
の大きな翼端直径と約３フィート以上の大きな翼幅をも
つので、重量軽減の成果を最大にし得る部分である。複
合羽根が異物損傷を受けやすいことは２つの要因による
。
の大きな翼端直径と約３フィート以上の大きな翼幅をも
つので、重量軽減の成果を最大にし得る部分である。複
合羽根が異物損傷を受けやすいことは２つの要因による
。
第１に、使用される軽量母材は一般に高分子樹脂または
アルミニウムのような金属であって、比較的軟質である
。第２の高強度の織条は比較的硬質でもろい。これから
明らかなように、硬質表面被覆材を含む保護装置を上記
の複合羽根に設けることが必要である。
アルミニウムのような金属であって、比較的軟質である
。第２の高強度の織条は比較的硬質でもろい。これから
明らかなように、硬質表面被覆材を含む保護装置を上記
の複合羽根に設けることが必要である。
これは、そのような保護装置が、木製のプロペラ羽根や
、布とフェノール樹脂母材とから成る材料のような初期
の複合材料で形成されたプロペラ羽根に望ましいもので
あったという航空業界の過去の認識から一層明白となる
。このような装置は既に多くのものが提案されており、
それらの中には、プロペラの前緑部またはその全面に付
着された様々の組成の被覆材がある。複合羽根の前緑を
保護するための有望な装置が米国特許第３７６２８３５
号「圧縮機翼等の異物損傷保護手段および関連方法」に
開示されている。
、布とフェノール樹脂母材とから成る材料のような初期
の複合材料で形成されたプロペラ羽根に望ましいもので
あったという航空業界の過去の認識から一層明白となる
。このような装置は既に多くのものが提案されており、
それらの中には、プロペラの前緑部またはその全面に付
着された様々の組成の被覆材がある。複合羽根の前緑を
保護するための有望な装置が米国特許第３７６２８３５
号「圧縮機翼等の異物損傷保護手段および関連方法」に
開示されている。
この特許はカールソン（Ｃａｒｌｓｏｎ）等に付与され
且つ本発明の譲受人に譲渡されたもので、その明細書を
参照すれば、本発明を一層良く理解できるはずである。
この引例では、圧縮機の織条複合羽根の前縁に細線金網
の表面下層を巻付けてある。この金網表面下層はニッケ
ルで被覆されて、石や砂のような大小の異物による衝撃
損傷に対する保護に役立つ。金網表面下層が非伝導性接
着剤によって所定の位置に接着される場合、金網の網目
内の接着剤が銀で被覆され、そして前記のニッケルが金
網の結び目に原子的に接着されて金属帯片を形成する。
しかし、前緑ＦＯＤ保護手段がファンの羽根前縁に巻か
れた上記のような金属帯片からなる場合、この保護帯片
は中ぐらいの大きさの鳥による衝撃時に羽根の部分的離
層によって消去することがあり得るということがわかっ
た。
且つ本発明の譲受人に譲渡されたもので、その明細書を
参照すれば、本発明を一層良く理解できるはずである。
この引例では、圧縮機の織条複合羽根の前縁に細線金網
の表面下層を巻付けてある。この金網表面下層はニッケ
ルで被覆されて、石や砂のような大小の異物による衝撃
損傷に対する保護に役立つ。金網表面下層が非伝導性接
着剤によって所定の位置に接着される場合、金網の網目
内の接着剤が銀で被覆され、そして前記のニッケルが金
網の結び目に原子的に接着されて金属帯片を形成する。
しかし、前緑ＦＯＤ保護手段がファンの羽根前縁に巻か
れた上記のような金属帯片からなる場合、この保護帯片
は中ぐらいの大きさの鳥による衝撃時に羽根の部分的離
層によって消去することがあり得るということがわかっ
た。
この消失の結果、ＦＯＤ保護帯片がエンジン内を進むに
つれてエンジンの２次的な損傷が生ずる可能性がある。
その上、高速運転中のエンジンの不平衡が別の損傷をひ
き起こすおそれがある。回転中の積層複合ファン動翼が
上記のような衝撃を受けた際の状態を高速度撮影してそ
の映像を観察したところ、次のような現象が順に生ずる
ことがわかった。
つれてエンジンの２次的な損傷が生ずる可能性がある。
その上、高速運転中のエンジンの不平衡が別の損傷をひ
き起こすおそれがある。回転中の積層複合ファン動翼が
上記のような衝撃を受けた際の状態を高速度撮影してそ
の映像を観察したところ、次のような現象が順に生ずる
ことがわかった。
すなわち、ＦＯＤ保護帯片が衝撃位置で破損し、次に前
緑が翼弦に垂直な厳しい曲げを生じ、さらに、衝撃の完
了後、ＦＯＤ保護帯片下の最初の幾層かの織条における
離層によって、前縁ＦＯＤ保護帯片全体が消失する。最
外級条層は羽根の残部から前緑ＦＯＤ保護帯片を担持し
た状態で離れる。というのは、これらの織条層はそれら
だけでは（離層後の）前縁の支えとはなり得ず翼根近く
で破損するからである。すなわち、前緑ＦＯＤ保護帯片
全体が消失することになる。従って、本発明の主目的は
、羽根から離層すること無く強烈な衝撃荷重に耐え得る
改良された前縁異物保護装置を備えたガスタービンェン
ジン用織条複合羽根を提供することである。
緑が翼弦に垂直な厳しい曲げを生じ、さらに、衝撃の完
了後、ＦＯＤ保護帯片下の最初の幾層かの織条における
離層によって、前縁ＦＯＤ保護帯片全体が消失する。最
外級条層は羽根の残部から前緑ＦＯＤ保護帯片を担持し
た状態で離れる。というのは、これらの織条層はそれら
だけでは（離層後の）前縁の支えとはなり得ず翼根近く
で破損するからである。すなわち、前緑ＦＯＤ保護帯片
全体が消失することになる。従って、本発明の主目的は
、羽根から離層すること無く強烈な衝撃荷重に耐え得る
改良された前縁異物保護装置を備えたガスタービンェン
ジン用織条複合羽根を提供することである。
本発明の他の目的は、離層による前縁異物保護装置の消
失を最少にするように複合繊条層を方向づける新規な方
法を提供することである。
失を最少にするように複合繊条層を方向づける新規な方
法を提供することである。
本発明の他の目的は、衝撃による損傷を局所化し、こう
して前緑保護装置全体の消失を防ぐことである。
して前緑保護装置全体の消失を防ぐことである。
これらの目的および他の目的と利点は以下の例示的な説
明から明らかとなろう。
明から明らかとなろう。
約言すれば、上記の諸目的は、高強度と高弾性率を有す
る細長い織条を軽量母材に混入して形成した複合主構造
体を含む羽根において達成される。本発明によれば、少
なくとも一層の細線金網を複合主構造体内に羽根の中立
曲げ軸線にそって埋込みそして主構造体に接着する。前
記金網層の一部分は中立曲げ軸線を越えて延在しそして
部分的に羽根の前緑部に巻かれて、複合主構造体の外周
面に公知の仕方で接着される。この金網に金属をやはり
公知の方法で被覆することによって、複合主構造体内に
しっかりと埋設された改良前緑保護装置を構成する。前
記の中立曲げ軸線にそった埋込みは、複合主構造体の外
層部の離層後でも前記保護装置を前のまま保持する効果
がある。−実施例では、複数の細線金網層が羽根の中立
曲げ軸線にそって埋込まれ、それらのうちの少なくとも
一層が中立曲げ軸線を越えて延在して前記の硬質金属被
覆村内に埋設されている。
る細長い織条を軽量母材に混入して形成した複合主構造
体を含む羽根において達成される。本発明によれば、少
なくとも一層の細線金網を複合主構造体内に羽根の中立
曲げ軸線にそって埋込みそして主構造体に接着する。前
記金網層の一部分は中立曲げ軸線を越えて延在しそして
部分的に羽根の前緑部に巻かれて、複合主構造体の外周
面に公知の仕方で接着される。この金網に金属をやはり
公知の方法で被覆することによって、複合主構造体内に
しっかりと埋設された改良前緑保護装置を構成する。前
記の中立曲げ軸線にそった埋込みは、複合主構造体の外
層部の離層後でも前記保護装置を前のまま保持する効果
がある。−実施例では、複数の細線金網層が羽根の中立
曲げ軸線にそって埋込まれ、それらのうちの少なくとも
一層が中立曲げ軸線を越えて延在して前記の硬質金属被
覆村内に埋設されている。
他の実施例では、金属製アンカーが羽根の複合主構造体
内に実質的に中立曲げ軸線にそって設置され、前記金網
はこのアンカーに固定されている。本発明の一目的によ
れば、羽根の中立曲げ軸線に近接する複合織条層が、衝
撃によって生ずる厳しい曲げ状態の下でひずみを最少に
しながら遠心荷重（半径方向荷重）を支えるために、実
質的に半径方向に向けられる。
内に実質的に中立曲げ軸線にそって設置され、前記金網
はこのアンカーに固定されている。本発明の一目的によ
れば、羽根の中立曲げ軸線に近接する複合織条層が、衝
撃によって生ずる厳しい曲げ状態の下でひずみを最少に
しながら遠心荷重（半径方向荷重）を支えるために、実
質的に半径方向に向けられる。
また、主構造体の外面にあり且つ前記金属被覆材の下側
にある織条層が、それらを半径方向に向けた場合に生ず
るような厳しい曲げ状態とならすに羽根を剛性を与える
ように、半径方向以外の方向に向けられる。さらに他の
実施例では、厳しい曲げ状態において損傷を局所的にひ
き起こし、また、これによって離層をさらに少なくする
ためには、前縁の金属被覆材に翼弦方向の切込みをつけ
る。
にある織条層が、それらを半径方向に向けた場合に生ず
るような厳しい曲げ状態とならすに羽根を剛性を与える
ように、半径方向以外の方向に向けられる。さらに他の
実施例では、厳しい曲げ状態において損傷を局所的にひ
き起こし、また、これによって離層をさらに少なくする
ためには、前縁の金属被覆材に翼弦方向の切込みをつけ
る。
次に本発明の実施例を添付の図面によって詳述する。
全図を通じて、同符号は同要素を表わす。第１図には、
本発明によって構成した複合回転羽根すなわち複合勤翼
１２を示す。例示のため、勤翼１２は軸流ガスタービン
エンジンの圧縮機またはファンに用いるものとして図示
されている。当業者に明らかなように、本発明は異物の
衝撃と曲げ変形を受けやすい多種の構造体の改良に適用
し得るものであり、動翼１２はこのような適用の一例に
過ぎない。図示のように、動翼１２は、半径方向に変化
する反りと食違いを有する翼形部１４と、動翼を回転デ
ィスクに普通の仕方で装着するためのダブテール形根元
１６と、両部分間に設けた流路形成用翼台１７とから成
る。この動翼の主部分または主構造体は、高い強度と高
い弾性率をもつ細長い級条を軽量の母材に混入して構成
されたものである。
本発明によって構成した複合回転羽根すなわち複合勤翼
１２を示す。例示のため、勤翼１２は軸流ガスタービン
エンジンの圧縮機またはファンに用いるものとして図示
されている。当業者に明らかなように、本発明は異物の
衝撃と曲げ変形を受けやすい多種の構造体の改良に適用
し得るものであり、動翼１２はこのような適用の一例に
過ぎない。図示のように、動翼１２は、半径方向に変化
する反りと食違いを有する翼形部１４と、動翼を回転デ
ィスクに普通の仕方で装着するためのダブテール形根元
１６と、両部分間に設けた流路形成用翼台１７とから成
る。この動翼の主部分または主構造体は、高い強度と高
い弾性率をもつ細長い級条を軽量の母材に混入して構成
されたものである。
主として非金属製の材料を含む一実施例では、黒鉛織条
層をェポキシ樹脂に混入することによって主構造体を構
成してもよい。しかし、本発明によれば、主構造体の構
成にあたり、有機樹脂のような任意の結合材に任意の繊
維を混入し得る。さらに、主構造体はアルミニウム母材
に混入したほう素繊条を含む任意の金属組成物で構成し
得る。このような主構造体は前記米国特許第３７６２８
３５号に開示されている。第１図と第２図に示すように
、異物損傷保護装置１８が、織条混成主構造体の保護の
ために勤翼１２の前縁に付加されている。保護装置１８
は動翼の先端からハブ部まで延在し、翼台１７の手前で
終っている。勤翼に翼台を設けてない場合、保護装置は
翼端からダブテール形根元１６のすぐ手前まで延在する
。換言すれば、保護装置は、原動流体に混入した異物に
よる衝撃を受けやすいように原動流体流路内に延在する
翼形部の部分を被覆するものである。第４図は先行技術
による羽根の前縁保護装置を示す。
層をェポキシ樹脂に混入することによって主構造体を構
成してもよい。しかし、本発明によれば、主構造体の構
成にあたり、有機樹脂のような任意の結合材に任意の繊
維を混入し得る。さらに、主構造体はアルミニウム母材
に混入したほう素繊条を含む任意の金属組成物で構成し
得る。このような主構造体は前記米国特許第３７６２８
３５号に開示されている。第１図と第２図に示すように
、異物損傷保護装置１８が、織条混成主構造体の保護の
ために勤翼１２の前縁に付加されている。保護装置１８
は動翼の先端からハブ部まで延在し、翼台１７の手前で
終っている。勤翼に翼台を設けてない場合、保護装置は
翼端からダブテール形根元１６のすぐ手前まで延在する
。換言すれば、保護装置は、原動流体に混入した異物に
よる衝撃を受けやすいように原動流体流路内に延在する
翼形部の部分を被覆するものである。第４図は先行技術
による羽根の前縁保護装置を示す。
この場合、織条混成主構造体２２の前縁に金属被覆材２
０が巻付けられそして任意の周知の方法でその前緑に接
着されている。前述のように、第４図に例示したような
前縁保護装置は異物による衝撃によってその保護装置全
体が羽根から離脱してしまう程の損傷を受ける場合があ
ることが既に実証されている。今、第４図の羽根が、例
えばベクトル２６で表した経路をたどって到来した異物
の衝撃を受けたと考える。
０が巻付けられそして任意の周知の方法でその前緑に接
着されている。前述のように、第４図に例示したような
前縁保護装置は異物による衝撃によってその保護装置全
体が羽根から離脱してしまう程の損傷を受ける場合があ
ることが既に実証されている。今、第４図の羽根が、例
えばベクトル２６で表した経路をたどって到来した異物
の衝撃を受けたと考える。
この衝撃によって、羽根はその中立曲げ藤線２８を中心
として周方向に曲がる。（本明細書において、中立曲げ
融線は、曲げ変形時に繊維の応力がゼロであるような羽
根の一面を形成する点の軌跡と定義される。）厳しい曲
げによって、比較的延性の高い金属被覆材２０が降伏し
、そして圧力面３０近くのもろい黒鉛繊維が張力を受け
て破れ、こうして雛層を起こしやすい状態ができあがる
。逆曲げの時、すなわち、元のまつすぐな状態に戻る時
、降伏時の金属被覆材２０は圧縮されて元の長さに戻る
かまたは他の安定位置までたわまなければならない。吸
引面２４に巻付けられた（そして剛性を高めるためのフ
ランジとして役立つ）金属被覆材２０の有効長さが少な
いので、そしてまた、圧力面３０の部分的な離層が生じ
ているので、金属被覆材は圧力面上に支持されていない
状態となる。逆曲げ時に吸引面２４においてまたはその
近くで座屈と別の鱗層が生ずる結果、金属被覆材は羽根
の前緑から完全に離れる。さらに、遠心荷重によって、
羽根の付根に残存した少量の繊維が破れ、これで金属被
覆の離脱は完了する。第２図の改良前縁保護装置１８で
は、複数層の細線金網３８が主構造体３２の母材内に中
立曲げ軸線３４にそって部分的に埋込まれている。
として周方向に曲がる。（本明細書において、中立曲げ
融線は、曲げ変形時に繊維の応力がゼロであるような羽
根の一面を形成する点の軌跡と定義される。）厳しい曲
げによって、比較的延性の高い金属被覆材２０が降伏し
、そして圧力面３０近くのもろい黒鉛繊維が張力を受け
て破れ、こうして雛層を起こしやすい状態ができあがる
。逆曲げの時、すなわち、元のまつすぐな状態に戻る時
、降伏時の金属被覆材２０は圧縮されて元の長さに戻る
かまたは他の安定位置までたわまなければならない。吸
引面２４に巻付けられた（そして剛性を高めるためのフ
ランジとして役立つ）金属被覆材２０の有効長さが少な
いので、そしてまた、圧力面３０の部分的な離層が生じ
ているので、金属被覆材は圧力面上に支持されていない
状態となる。逆曲げ時に吸引面２４においてまたはその
近くで座屈と別の鱗層が生ずる結果、金属被覆材は羽根
の前緑から完全に離れる。さらに、遠心荷重によって、
羽根の付根に残存した少量の繊維が破れ、これで金属被
覆の離脱は完了する。第２図の改良前縁保護装置１８で
は、複数層の細線金網３８が主構造体３２の母材内に中
立曲げ軸線３４にそって部分的に埋込まれている。
前縁が比較的まつすぐな（反りの無い）多くの最新の羽
根では、繊維層の「擬似等方性」組織を仮定すれば、中
立曲げ軸線は羽根平均線とほぼ合致する。繊維層の組織
が直交異方性である場合、中立曲げ軸線は羽根平均線か
らずれるかもしれないが、しかし公知の方法によって決
定し得る。金網を主構造体に埋込む目的は、その隣接織
条層から離れないような前縁保護金属被覆材用のアンカ
ー（係留手段）をもたらすことである。なぜなら、定義
によって、隣接織条層の曲げ応力はゼロだからである。
数層の金網３８は層間の動きを防ぐため３６で示すよう
に仮付け溶接またはろう付けによって合着されており、
金網層の数は所要アンカーの寸法と強度に依存する。前
記金網層の一層３８ｂの自由端が前綾部に巻付けられ前
記米国特許によって示されたような公知の方法によって
羽根吸引面４４に接着される。
根では、繊維層の「擬似等方性」組織を仮定すれば、中
立曲げ軸線は羽根平均線とほぼ合致する。繊維層の組織
が直交異方性である場合、中立曲げ軸線は羽根平均線か
らずれるかもしれないが、しかし公知の方法によって決
定し得る。金網を主構造体に埋込む目的は、その隣接織
条層から離れないような前縁保護金属被覆材用のアンカ
ー（係留手段）をもたらすことである。なぜなら、定義
によって、隣接織条層の曲げ応力はゼロだからである。
数層の金網３８は層間の動きを防ぐため３６で示すよう
に仮付け溶接またはろう付けによって合着されており、
金網層の数は所要アンカーの寸法と強度に依存する。前
記金網層の一層３８ｂの自由端が前綾部に巻付けられ前
記米国特許によって示されたような公知の方法によって
羽根吸引面４４に接着される。
，また、第２の金網層３８ａが圧力面４０‘こ巻き返さ
れ、やはり公知の方法によってその面に接着される。次
に、硬質金属被覆材４６が金網の原子的に接着されるが
、これもまた前記米国特許が開示した方法によって行わ
れる。追加的な係留が必要な場合、金網層の残りの自由
端３８ｃの一つ以上を被覆材接着工程中に金属被覆材４
６内に埋込み得る。即ち、本発明の主目的に従い、前縁
保護装置を織条複合羽根に係留する改良方法が提供され
たことになる。中立曲げ軸線に埋込んだこのような改良
前縁保護装置は、表面近くの織条層の離層後でもそのま
ま羽根から離れることなく保たれる。第３図は保護装置
を羽根に固定する代替実施例を示す。
れ、やはり公知の方法によってその面に接着される。次
に、硬質金属被覆材４６が金網の原子的に接着されるが
、これもまた前記米国特許が開示した方法によって行わ
れる。追加的な係留が必要な場合、金網層の残りの自由
端３８ｃの一つ以上を被覆材接着工程中に金属被覆材４
６内に埋込み得る。即ち、本発明の主目的に従い、前縁
保護装置を織条複合羽根に係留する改良方法が提供され
たことになる。中立曲げ軸線に埋込んだこのような改良
前縁保護装置は、表面近くの織条層の離層後でもそのま
ま羽根から離れることなく保たれる。第３図は保護装置
を羽根に固定する代替実施例を示す。
この場合、金属アンカー５０を主構造体３２内に中立曲
げ軸線にそって埋込み、このアンカー５０１こ金網層５
２を５４で示すように仮付け溶接、ろう付け等によって
結合する。この実施例は、他のすべての点において第２
図の実施例と同機であり、金属被覆材４６は金網に公知
の方法で接着される。主構造体の製造中織条層を特定の
方向に向けることによって別の利益を得ることができる
。
げ軸線にそって埋込み、このアンカー５０１こ金網層５
２を５４で示すように仮付け溶接、ろう付け等によって
結合する。この実施例は、他のすべての点において第２
図の実施例と同機であり、金属被覆材４６は金網に公知
の方法で接着される。主構造体の製造中織条層を特定の
方向に向けることによって別の利益を得ることができる
。
例えば、主構造体の外面にあり且つ金属被覆材のすぐ下
にある織条を半径方向以外の方向に向けることによって
、繊維の引張り破損を無くし、そして厳しい曲げによる
離層の傾向を防ぎ得る。羽根表面近くのこれらの「バイ
アス」層は、それらが半径方向に向けられた場合に生ず
るような厳しい曲げ状態になることなしに羽根の前縁に
剛性を与える。しかし、この織条配置は半径方向荷重支
持館力をある程度犠牲にすることになる。これを補うた
め半径方向の織条を次のような位置、すなわち、それら
が遠心力荷重を支えることはできるがしかし厳しい衝撃
曲げ状態の下で比較的少ししかひずまない中立曲げ軸線
の位置またはその近辺に配置する。主構造体の製造前お
よびその間に各層の織条をモップの先のようにほぐすこ
とによって主構造体のせん断強度を高めることができる
。
にある織条を半径方向以外の方向に向けることによって
、繊維の引張り破損を無くし、そして厳しい曲げによる
離層の傾向を防ぎ得る。羽根表面近くのこれらの「バイ
アス」層は、それらが半径方向に向けられた場合に生ず
るような厳しい曲げ状態になることなしに羽根の前縁に
剛性を与える。しかし、この織条配置は半径方向荷重支
持館力をある程度犠牲にすることになる。これを補うた
め半径方向の織条を次のような位置、すなわち、それら
が遠心力荷重を支えることはできるがしかし厳しい衝撃
曲げ状態の下で比較的少ししかひずまない中立曲げ軸線
の位置またはその近辺に配置する。主構造体の製造前お
よびその間に各層の織条をモップの先のようにほぐすこ
とによって主構造体のせん断強度を高めることができる
。
この場合、各織条層の直交異方性は減り、その結果各層
の応力特性と剛性も低下することになろう。しかし、繊
維の混ぜ合わせはせん断特性を高める。剛性がわずかに
減る結果として、比較的大きなたわみが可能となり、こ
うして衝撃持続時間が長くなり、その結果最大衝撃荷重
が減少する。さらに、個々の織条を部分的にでたらめに
方向づけることによって、衝撃と曲げの発生中すべての
級条が同時に応力によって破損することは無くなるであ
ろう。また、織条層間に、切りきざんだ複合織条を充満
させた樹脂スラリを加えることによって別の利益を得る
ことができる。この場合、隣り合う織条層がでたらめに
方向づけた切断繊維片で機械的に連結され、そしてせん
断特性がさらに高まる。本発明の他の目的によれば、異
物衝撃による損傷を局所化し、かくて前縁保護装置全体
の消失を防ぐための手段が設けられる。第５図は改良保
護装置を備えた第１図の羽根の前緑の一部分の拡大斜視
図である。前述のように、保護用金属被覆材４６の全体
が消失する原因の一つは、降伏状態において、圧縮作用
が金属被覆材をその元の位置に押し返そうとする時の金
属被覆材の座屈である。この問題の一解決策は、第５図
に示すように金属被覆材に絃方向の切込みをつけること
によって局所的な座屈を誘起することである。第６図〜
第８図に示すように、切込み（またはのこ歯切欠き）５
６は、金属被覆材４６を部分的（第６図）または全体的
（第７図）に貫通して延在するか、あるし、は（第８図
に示すように）金属被覆材と金網３８の両方を貫通して
延在し得る。この切込みの目的は、厳しい曲げ作用の下
で保護装置の局所的なゆがみをひき起こし、そして降伏
した前緑を局所的に座屈させるのに必要な荷重を減らし
、こうして離層の傾向を減らすことである。次に、前緑
保護装置１８が複数の小板５８に分かれるように切込み
をつけられた第９図の場合を考える。
の応力特性と剛性も低下することになろう。しかし、繊
維の混ぜ合わせはせん断特性を高める。剛性がわずかに
減る結果として、比較的大きなたわみが可能となり、こ
うして衝撃持続時間が長くなり、その結果最大衝撃荷重
が減少する。さらに、個々の織条を部分的にでたらめに
方向づけることによって、衝撃と曲げの発生中すべての
級条が同時に応力によって破損することは無くなるであ
ろう。また、織条層間に、切りきざんだ複合織条を充満
させた樹脂スラリを加えることによって別の利益を得る
ことができる。この場合、隣り合う織条層がでたらめに
方向づけた切断繊維片で機械的に連結され、そしてせん
断特性がさらに高まる。本発明の他の目的によれば、異
物衝撃による損傷を局所化し、かくて前縁保護装置全体
の消失を防ぐための手段が設けられる。第５図は改良保
護装置を備えた第１図の羽根の前緑の一部分の拡大斜視
図である。前述のように、保護用金属被覆材４６の全体
が消失する原因の一つは、降伏状態において、圧縮作用
が金属被覆材をその元の位置に押し返そうとする時の金
属被覆材の座屈である。この問題の一解決策は、第５図
に示すように金属被覆材に絃方向の切込みをつけること
によって局所的な座屈を誘起することである。第６図〜
第８図に示すように、切込み（またはのこ歯切欠き）５
６は、金属被覆材４６を部分的（第６図）または全体的
（第７図）に貫通して延在するか、あるし、は（第８図
に示すように）金属被覆材と金網３８の両方を貫通して
延在し得る。この切込みの目的は、厳しい曲げ作用の下
で保護装置の局所的なゆがみをひき起こし、そして降伏
した前緑を局所的に座屈させるのに必要な荷重を減らし
、こうして離層の傾向を減らすことである。次に、前緑
保護装置１８が複数の小板５８に分かれるように切込み
をつけられた第９図の場合を考える。
また、仮想線で示した曲げモーメントＭによって表わさ
れる曲げ荷重の下で、小板５８′が主構造体３２から離
層しておりそして離層の範囲が切込み５６によって制限
されていると仮定する。この場合、モーメントＭ′によ
って表わされる逆曲げ荷重の下で小板５８′は隣接４・
板５８に羽根表面の直交する力を作用させる。この力は
前緑保護装置の離層の傾向をさらに減らす。このように
、前緑の切込みは前緑保護装置全体の消失を防止するに
役立つ。当業者に明らかなように、以上のの実施例に対
して本発明の広範な概念を逸脱することなく多様な改変
を施し得る。
れる曲げ荷重の下で、小板５８′が主構造体３２から離
層しておりそして離層の範囲が切込み５６によって制限
されていると仮定する。この場合、モーメントＭ′によ
って表わされる逆曲げ荷重の下で小板５８′は隣接４・
板５８に羽根表面の直交する力を作用させる。この力は
前緑保護装置の離層の傾向をさらに減らす。このように
、前緑の切込みは前緑保護装置全体の消失を防止するに
役立つ。当業者に明らかなように、以上のの実施例に対
して本発明の広範な概念を逸脱することなく多様な改変
を施し得る。
例えば、前述の実施例は圧縮機の動翼に関するものであ
ったが、本発明は、ヘリコプタの羽根も含めて、異物の
衝撃と曲げ荷重を受けやすい任意の静止または回転構造
体に同等に適用できるものである。
ったが、本発明は、ヘリコプタの羽根も含めて、異物の
衝撃と曲げ荷重を受けやすい任意の静止または回転構造
体に同等に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図はガスタービンェンジン圧縮機の本発明による羽
根の斜視図、第２図は第１図の羽根の前緑保護装置を詳
細に示す拡大部分断面図、第３図は前緑保護装置の別の
態様を示す、第２図に類似の部分断面図、第４図は先行
技術による前緑保護装置を示す、第２図に類似の断面図
、第５図は第１図の羽根の前緑の一部分の拡大斜視図、
第６図は第５図の線６−６にそう部分断面図で、羽根前
緑保護装置の翼弦方向の切込みを示す、第７図は第６図
に類似の部分断面図で、前緑切込みの別の態様を示す、
第８図は第６図に類似の部分断面図で、前縁切込みのさ
らに別の態様を示す、第９図は羽根前緑離層防止用の一
機構を示す略図である。 １８・・・・・・前緑保護装置、３２・・・・・・主構
造体、３４…・・・中立曲げ軸線、３８・・・・・・金
網、４６・・・・・・金属被覆材、５０・・・・・・ア
ンカー、６２…・・・金網、５６・・・・・・切込み。 モ草亘・モ三目２ 干三目３ ｂ重４ モ三亘己 雫 干亭亘７ モ三宮日 玉重−日
根の斜視図、第２図は第１図の羽根の前緑保護装置を詳
細に示す拡大部分断面図、第３図は前緑保護装置の別の
態様を示す、第２図に類似の部分断面図、第４図は先行
技術による前緑保護装置を示す、第２図に類似の断面図
、第５図は第１図の羽根の前緑の一部分の拡大斜視図、
第６図は第５図の線６−６にそう部分断面図で、羽根前
緑保護装置の翼弦方向の切込みを示す、第７図は第６図
に類似の部分断面図で、前緑切込みの別の態様を示す、
第８図は第６図に類似の部分断面図で、前縁切込みのさ
らに別の態様を示す、第９図は羽根前緑離層防止用の一
機構を示す略図である。 １８・・・・・・前緑保護装置、３２・・・・・・主構
造体、３４…・・・中立曲げ軸線、３８・・・・・・金
網、４６・・・・・・金属被覆材、５０・・・・・・ア
ンカー、６２…・・・金網、５６・・・・・・切込み。 モ草亘・モ三目２ 干三目３ ｂ重４ モ三亘己 雫 干亭亘７ モ三宮日 玉重−日
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 高強度と高弾性率をもつ細い繊条を混入して構成さ
れた軽量母材を有する主構造体と、 該主構造体を部分
的に取囲む前縁保護装置とを含み、該前縁保護装置の一
部分を前記主構造体の内部にその中立曲げ軸線にそつて
埋込み、前記主構造体の内部では該中立曲げ軸線に近接
する前記繊条が実質的に半径方向に向けられているター
ボ機械用の羽根。 ２ 前記前縁保護装置が、金網の目を満たす接着剤によ
つて前記主構造体に接着された少なくとも一層の密に編
まれた細線金網と、前記金網に接着された硬質金属被覆
材とから成り、 前記金網の少なくとも一部分を前記構
造体内に実質的にその中立曲げ軸線にそつて埋込んだ特
許請求の範囲第１項の羽根。 ３ 複数の金網層が部分的に前記主構造体内に実質的に
前記中立曲げ軸線にそつて埋込まれ、前記一層の金網が
前記中立曲げ軸線を越えて延在しそして前記主構造体の
外周面に接着されている特許請求の範囲第２項の羽根。 ４ 少なくとも一層の他の金網が前記中立曲げ軸線を越
えて延在しそして前記硬質金属被覆材内に埋設されてい
る特許請求の範囲第３項の羽根。５ 前記金網層が前記
中立曲げ軸線において金属的に接着され合つている特許
請求の範囲第３項の羽根。 ６ 金属製アンカーが前記主構造体内に実質的に前記中
立曲げ軸線にそつて設けられ、そして前記一層の金網が
前記アンカーに固定されている特許請求の範囲第２項の
羽根。 ７ 前記金属被覆材の下の繊条が半径方向以外の方向に
向けられている特許請求の範囲第２項の羽根。 ８ 前記繊条の少なくとも一部分が前記母材との積層の
前にほぐされる特許請求の範囲第１項の羽根。 ９ 前記母材が繊条を充満した樹脂スラリからなる特許
請求の範囲第１項の羽根。 １０ 前記金属被覆材が厳しい曲げ状態の下で局所的な
損傷をひき起こすように翼弦方向に切込みをつけられて
いる特許請求の範囲第２項の羽根。 １１ 前記切込みが前記金属被覆材を貫通して延在する
特許請求の範囲第１０項の羽根。 １２ 前記切込みが前記金網層をも貫通して延在する特
許請求の範囲第１１項の羽根。 １３ 前記主構造体がアルミニウム母材にほう素繊条を
混入して成る、特許請求の範囲第１項の羽根。 １４ 前記主構造体が有機エポキシ母材に黒鉛繊条を混
入して成る、特許請求の範囲第１項の羽根。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US596905 | 1975-07-17 | ||
| US05/596,905 US4006999A (en) | 1975-07-17 | 1975-07-17 | Leading edge protection for composite blades |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5221512A JPS5221512A (en) | 1977-02-18 |
| JPS6037284B2 true JPS6037284B2 (ja) | 1985-08-26 |
Family
ID=24389211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51084043A Expired JPS6037284B2 (ja) | 1975-07-17 | 1976-07-16 | 前縁保護付き複合羽根 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4006999A (ja) |
| JP (1) | JPS6037284B2 (ja) |
| CA (1) | CA1040539A (ja) |
| DE (1) | DE2631856C2 (ja) |
| FR (1) | FR2318312A1 (ja) |
| GB (1) | GB1556181A (ja) |
| IT (1) | IT1062505B (ja) |
Families Citing this family (79)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2558709C3 (de) * | 1975-12-24 | 1982-02-11 | Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München | Elastomere Dämpfungseinrichtung |
| DE2609006B2 (de) * | 1976-03-04 | 1979-10-31 | Helios Apparatebau Kg, Mueller & Co, 7220 Schwenningen | Aus faserverstärktem Kunststoff gegossener, hohler Ventilatorflügel |
| US4111600A (en) * | 1976-12-09 | 1978-09-05 | United Technologies Corporation | Breakaway fan blade |
| US4111606A (en) * | 1976-12-27 | 1978-09-05 | United Technologies Corporation | Composite rotor blade |
| JPS5583507U (ja) * | 1978-12-05 | 1980-06-09 | ||
| JPS5588004U (ja) * | 1978-12-15 | 1980-06-18 | ||
| US4453890A (en) * | 1981-06-18 | 1984-06-12 | General Electric Company | Blading system for a gas turbine engine |
| US4693435A (en) * | 1984-09-10 | 1987-09-15 | United Technologies Corporation | High speed aircraft control surface |
| DE3815906A1 (de) * | 1988-05-10 | 1989-11-23 | Mtu Muenchen Gmbh | Luftschraubenblatt aus faserverstaerktem kunststoff |
| US5123814A (en) * | 1990-07-27 | 1992-06-23 | The Marley Cooling Tower Company | Industrial cooling tower fan blade having abrasion resistant leading edge |
| US5375978A (en) * | 1992-05-01 | 1994-12-27 | General Electric Company | Foreign object damage resistant composite blade and manufacture |
| US5449273A (en) * | 1994-03-21 | 1995-09-12 | United Technologies Corporation | Composite airfoil leading edge protection |
| US5486096A (en) * | 1994-06-30 | 1996-01-23 | United Technologies Corporation | Erosion resistant surface protection |
| FR2745589B1 (fr) * | 1996-02-29 | 1998-04-30 | Snecma | Piece hybride a haut rapport resistance-masse et procede de realisation |
| US5876651A (en) * | 1996-05-29 | 1999-03-02 | United Technologies Corporation | Method for forming a composite structure |
| DE19627860C1 (de) * | 1996-07-11 | 1998-01-08 | Mtu Muenchen Gmbh | Schaufel für Strömungsmaschine mit metallischer Deckschicht |
| DE19751129C1 (de) * | 1997-11-19 | 1999-06-17 | Mtu Muenchen Gmbh | FAN-Rotorschaufel für ein Triebwerk |
| KR20010029021A (ko) | 1999-09-28 | 2001-04-06 | 김세광 | 흡음 및 충격 완충용 접착시트와 이를 이용한 소우 블레이드 및 그 제조방법 |
| US6325593B1 (en) | 2000-02-18 | 2001-12-04 | General Electric Company | Ceramic turbine airfoils with cooled trailing edge blocks |
| US6843928B2 (en) | 2001-10-12 | 2005-01-18 | General Electric Company | Method for removing metal cladding from airfoil substrate |
| ITMI20022057A1 (it) * | 2002-09-27 | 2004-03-28 | Nuovo Pignone Spa | Metodo per trattare organi soggetti ad erosione da liquidi e lega antierosione di rivestimento. |
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