特許第5962887号(P5962887)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許5962887翼の連結部構造及びこれを用いたジェットエンジン
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5962887
(24)【登録日】2016年7月8日
(45)【発行日】2016年8月3日
(54)【発明の名称】翼の連結部構造及びこれを用いたジェットエンジン
(51)【国際特許分類】
   F02C 7/20 20060101AFI20160721BHJP
   F02C 7/00 20060101ALI20160721BHJP
   F01D 25/24 20060101ALI20160721BHJP
   F02K 3/06 20060101ALI20160721BHJP
   F04D 29/54 20060101ALI20160721BHJP
【FI】
   F02C7/20 Z
   F02C7/00 E
   F01D25/24 D
   F02K3/06
   F04D29/54 E
【請求項の数】3
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2012-21256(P2012-21256)
(22)【出願日】2012年2月2日
(65)【公開番号】特開2013-160101(P2013-160101A)
(43)【公開日】2013年8月19日
【審査請求日】2014年12月18日
(73)【特許権者】
【識別番号】000000099
【氏名又は名称】株式会社IHI
(74)【代理人】
【識別番号】100090022
【弁理士】
【氏名又は名称】長門 侃二
(74)【代理人】
【識別番号】100118267
【弁理士】
【氏名又は名称】越前 昌弘
(72)【発明者】
【氏名】八木 広幸
(72)【発明者】
【氏名】石榑 忠寛
(72)【発明者】
【氏名】稲田 貴臣
(72)【発明者】
【氏名】室岡 武
(72)【発明者】
【氏名】盛田 英夫
(72)【発明者】
【氏名】本田 達人
【審査官】 橋本 敏行
(56)【参考文献】
【文献】 国際公開第2008/121047(WO,A1)
【文献】 特開2000−204669(JP,A)
【文献】 特開2001−020392(JP,A)
【文献】 米国特許第04249859(US,A)
【文献】 欧州特許出願公開第01548233(EP,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F02C1/00−9/58
F23R3/00−7/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ジェットエンジンを構成する熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂と強化繊維との複合材料から成る翼の連結部構造であって、
前記翼連結部には、前記翼の端部に対して翼厚方向両側から接合する互いに分割された一対の分割片を有する金属から成る連結サポート体が配置され、
前記翼の端部における前記一対の分割片との接合面のうちの少なくともいずれか一方の接合面には、少なくとも1本の突条又は溝が形成され、
前記連結サポート体の一対の分割片における各端部接合面のうちの少なくともいずれか一方の端部接合面には、前記翼の端部に形成された前記突条又は溝と係合する溝又は突条が形成され、
前記翼の端部は、前記連結サポート体の一対の分割片に翼厚方向両側から付与される締結力により該連結サポート体の一対の分割片間に保持されている
ことを特徴とする翼の連結部構造。
【請求項2】
前記連結サポート体の一対の分割片と、該一対の分割片間に保持される前記翼の端部との間に接着剤が介在されている請求項1に記載の翼の連結部構造。
【請求項3】
ジェットエンジンを構成する翼の連結部構造として請求項1又は2に記載の翼の連結部構造が用いられている
ことを特徴とするジェットエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば、航空機用ジェットエンジンを構成する翼であるガイドベーンのエンジン本体側との連結部に用いられる翼の連結部構造及びこれを用いたジェットエンジンに関するものである。
【背景技術】
【0002】
上記したようなジェットエンジンには、通常、エンジン本体内に空気を導入する動翼と、この動翼により導入した空気の流れを整流する静翼であるガイドベーンが備えられている。
【0003】
このガイドベーンには、整流機能のみが要求される場合と、整流機能に加えてエンジン本体を構成するファンフレームとファンケースとを連結する構造体機能をも要求される場合がある。
【0004】
前者の整流機能のみが要求される場合には、通常、アルミ合金等の金属材料、又は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂と炭素繊維等の強化繊維との複合材料が構成材料として採用され、このガイドベーンの下流側に配置されるアルミ合金等の金属材料を構成材料とするストラットに構造体機能を持たせるようにしている。一方、整流機能に加えて構造体機能をも要求される場合には、アルミ合金等の金属材料が構成材料として採用される。
【0005】
上記したようなガイドベーン及びこのガイドベーンを有するジェットエンジンは、例えば、特許文献1〜3に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】米国特許第5320490号明細書
【特許文献2】特許2766423号公報
【特許文献3】特開平05-149148号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ここで、近年の航空機ジェットエンジンの燃費向上を目的とした高バイパス比化の要求に応じるべく、エンジン径を大きくする傾向にあり、これに伴って、航空機ジェットエンジンの軽量化を図ることが急務となっている。
【0008】
例えば、ガイドベーンに整流機能のみを持たせる場合には、構成材料として複合材料を用いる分だけガイドベーン自体の軽量化を実現することはできるものの、アルミ合金等の金属材料を構成材料とするストラットに構造体機能を負担させる分だけ、航空機ジェットエンジンの軽量化の妨げになる。
一方、ガイドベーンに整流機能に加えて構造体機能も持たせる場合には、ガイドベーンにアルミ合金等の金属材料を構成材料として用いる都合上、ストラットを用いる場合と同じく航空機ジェットエンジンの軽量化の妨げになるという問題があり、これを解決することが従来の課題となっている。
【0009】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、ジェットエンジンの軽量化に寄与しつつ、高い構造強度を得ることが可能である翼の連結部構造及びこれを用いたジェットエンジンを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記した目的を達成するべく、本発明の請求項1に係る発明は、ジェットエンジンを構成する熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂と強化繊維との複合材料から成る翼の連結部構造であって、前記翼連結部には、前記翼の端部に対して翼厚方向両側から接合する互いに分割された一対の分割片を有する金属から成る連結サポート体が配置され、前記翼の端部における前記一対の分割片との接合面のうちの少なくともいずれか一方の接合面には、少なくとも1本の突条又は溝が形成され、前記連結サポート体の一対の分割片における各端部接合面のうちの少なくともいずれか一方の端部接合面には、前記翼の端部に形成された前記突条又は溝と係合する溝又は突条が形成され、前記翼の端部は、前記連結サポート体の一対の分割片に翼厚方向両側から付与される締結力(例えば、ボルト及びナットで得られる締結力)により該連結サポート体の一対の分割片間に保持されている構成としたことを特徴としており、この構成の翼の連結部構造を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【0011】
また、本発明の請求項2に係る翼の連結部構造において、前記連結サポート体の一対の分割片と、該一対の分割片間に保持される前記翼の端部との間に接着剤が介在されている構成としている。
【0012】
一方、本発明の請求項3に係るジェットエンジンは、該ジェットエンジンを構成する翼の連結部構造として請求項1又は2に記載の翼の連結部構造が用いられている構成としている。
【0013】
ここで、本発明に係る翼の連結部構造を適用し得る部位としては、ジェットエンジンにおける静翼であるガイドベーンの翼先端部とエンジン本体との連結部や、同じくガイドベーンの翼基端部とエンジン本体との連結部が挙げられるほか、ジェットエンジンにおける動翼のチップ(先端部)とチップシュラウドとの連結部や、同じく動翼のハブ(基端部)とシャフトとの連結部が挙げられる。なお、チップシュラウドは、動翼のチップに振動防止及び空力性能改善のために設けられるものであり、動翼とともに回転する。
【0014】
本発明に係る翼の連結部構造において、翼の端部における連結サポート体との接合面に形成する突条又は溝(連結サポート体の端部接合面に形成する溝又は突条)の本数は、一方の接合面のみに設ける場合と、一方の接合面及び他方の接合面の双方に設ける場合とのいずれの場合にもかかわらず、1本に限定されない。例えば、一方の接合面及び他方の接合面の双方に2本ずつ設けたり、一方の接合面に1本設けて他方の接合面には2本設けたりするようにしてもよい。
【0015】
また、本発明に係る翼の連結部構造において、翼の端部における連結サポート体との接合面に形成する突条又は溝(連結サポート体の端部接合面に形成する溝又は突条)としては、断面が台形形状を成すものや、半円形状を成すものや、三角形状を成すものや、矩形形状を成すものを採用することができるが、いずれのものにも限定されない。
【0016】
さらに、本発明に係る翼の連結部構造において、翼を構成する熱硬化性樹脂には、例えば、エポキシ樹脂,フェノール樹脂,ポリイミド樹脂を用いることができ、同じく翼を構成する熱可塑性樹脂には、例えば、ポリエーテルイミド,ポリエーテルエーテルケトン,ポリフェニレンスルファイドを用いることができる。そして、翼を構成する強化繊維には、例えば、炭素繊維,アラミド繊維,ガラス繊維を用いることができ、翼はこれらの材料からなる複合材料を、例えば、翼厚方向に積層したり、三次元的に織込んだりして形成される。一方、連結サポート体には、アルミ合金やチタン合金等の金属を採用し得る。
【0017】
本発明に係る翼の連結部構造では、まず、複合材料から成る翼の端部を金属から成る連結サポート体における一対の分割片の各対向壁間に位置させている。また、翼の端部における連結サポート体との接合面のうちの少なくともいずれか一方の接合面に形成した突条又は溝を連結サポート体における端部接合面のうちの少なくともいずれか一方の端部接合面に形成した溝又は突条に係合するようにしている。そのうえで、連結サポート体の一対の分割片に翼厚方向両側から、例えば、ボルト及びナットで得られる締結力を付与して、翼の端部を連結サポート体の一対の分割片間に保持するようにしている。
【0018】
したがって、本発明に係る翼の連結部構造では、ジェットエンジンの軽量化に貢献しながら、高い構造強度が得られることとなり、加えて、連結強度が機械的な連結強度になるので、接着剤のみを用いた連結強度と比較して、連結部における工程管理が容易になる。
【0019】
また、翼の端部を一対の分割片で翼厚方向両側から挟持する形になるので、翼の端部を、例えば、片方の分割片のみで支持する場合と比較して、翼の端部の曲りを回避し得ることとなり、その結果、強固な連結状態を維持し得ることとなる。
【0020】
さらに、翼の端部と連結サポート体とを組み立てるに際して、翼の端部側の突条又は溝が連結サポート体側の溝又は突条に係合することで、両者の互いの位置決めが成されることから、この組み立て作業の容易化が図られることとなる。
【0021】
さらにまた、本発明に係る翼の連結部構造において、連結サポート体の一対の分割片と、該一対の分割片間に保持される翼の端部との間に接着剤が介在するように成せば、より高い構造強度が得られることとなる。
【0022】
一方、本発明に係るジェットエンジンでは、本発明に係る翼の連結部構造を採用することで、軽量化及び高強度化がいずれも実現することとなる。
【発明の効果】
【0023】
本発明に係る翼の連結部構造では、上記した構成としているので、ジェットエンジンの軽量化に寄与しつつも、高い構造強度を得ることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
図1】本発明の一実施例による翼の連結部構造を採用したジェットエンジンの前側上部における部分断面説明図である。
図2図1の翼の連結部構造を詳細に示すジェットエンジンを前方から見た翼の連結部における断面説明図である。
図3図1の翼の連結部構造を詳細に示す翼の連結部の側面説明図である。
図4】本発明の他の実施例による翼の連結部構造を詳細に示す図2に相当する断面説明図である。
図5】本発明のさらに他の実施例による翼の連結部構造を詳細に示す動翼のチップとチップシュラウドとの連結部における部分断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図1図3は本発明に係る翼の連結部構造の一実施例を示しており、この実施例では、ジェットエンジンを構成する静翼としてのガイドベーンの連結部を例に挙げて説明する。
【0026】
図1に示すように、ジェットエンジン1において、エンジン本体2におけるエンジン内筒3の軸心側に環状のコア流路4が形成され、エンジン本体2の外側部分であるファンケース5の内周面及びエンジン内筒3の外周面の間にバイパス流路6が形成されている。
【0027】
このジェットエンジン1の図中左側の前部には、ファンディスク7が軸受8を介して図示しないエンジン軸心周りに回転可能に設置されている。このファンディスク7は、ジェットエンジン1の図中右側の後部に配置される図示しない低圧タービンにおけるタービンロータに一体的に連結されている。
【0028】
また、このファンディスク7の外周面には、複数の動翼10が嵌合溝7aを介して周方向に等間隔で配置されており、動翼10と嵌合溝7aとの間における前後には、スペーサ11,11が配置されている。ファンディスク7の前部及び後部には、動翼10を支える環状のリテーナ12,13が周方向に一体的にそれぞれ設置され、前部のリテーナ12はノーズコーン14に一体的に連結され、後部のリテーナ13はファンディスク7の下流側に隣接する低圧圧縮機15におけるロータ16に同軸で且つ一体的に連結されている。
なお、複数の動翼10の各チップ間には、振動防止及び空力性能改善のためのチップシュラウドが連結されているが、このチップシュラウドは図1において図示していない。
【0029】
つまり、ジェットエンジン1の運転時には、複数の動翼10をファンディスク7とともに回転させることで、コア流路4及びバイパス流路6に空気を導入することができるようになっている。
【0030】
このジェットエンジン1は、バイパス流路6上に複数のガイドベーン(静翼)20を備えている。複数のガイドベーン20は、エンジン内筒3の周囲に配置されており、バイパス流路6を流れる旋回空気流を整流するようになっている。このガイドベーン20は、エポキシ樹脂,フェノール樹脂,ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂又はポリエーテルイミド,ポリエーテルエーテルケトン,ポリフェニレンスルファイド等の熱可塑性樹脂と、炭素繊維,アラミド繊維,ガラス繊維等の強化繊維との複合材料を構成材料として、例えば、翼厚方向に積層されたり、三次元的に織込まれたりして形成される。
【0031】
このガイドベーン20の軸心側の翼基端部(翼端部)21は、エンジン内筒3に配置されたファンフレーム31の取り付けフランジ31fに連結され、ガイドベーン20の軸心から離れた側の翼先端部(翼端部)22は、ファンケース5に配置された取り付けフランジ5fに連結されている。
【0032】
この場合、ガイドベーン20の翼基端部21と取り付けフランジ31fとの連結部、すなわち、翼連結部には、図2及び図3に示すように、ガイドベーン20の翼基端部21に対して翼厚方向(図2左右方向)両側から接合する互いに分割された一対の分割片34,34から成る連結サポート体33が配置されている。この連結サポート体33の分割片34,34は、いずれもアルミ合金やチタン合金等の金属から成り、取り付けフランジ31fにボルト38及びナット39により取り付けられている。
【0033】
この連結サポート体33の一対の分割片34,34には、互いに向き合う対向壁35がそれぞれ形成されており、ガイドベーン20の翼基端部21には、これらの対向壁35,35が翼厚方向両側から接合するようになっている。
【0034】
この実施例において、ガイドベーン20の翼基端部21における接合面21a,21aのうちの図2左側の接合面21aには、断面が台形形状を成す1本の突条21bが形成され、一方、連結サポート体33を構成する2個の分割片34,34のうちの同じく図2左側の分割片34には、すなわち、図2左側の分割片34における対向壁35の端部接合面35aには、ガイドベーン20の翼基端部21に形成された突条21bと互いに係合する溝35bが形成されている。
【0035】
そして、この実施例において、ガイドベーン20の翼基端部21は、連結サポート体33の一対の分割片34,34に翼厚方向両側から付与されるボルト36及びナット37による締結力によって一対の分割片34,34の各対向壁35,35間に保持されている。
【0036】
また、この実施例において、連結サポート体33の一対の分割片34,34における各対向壁35,35と、これらの対向壁35,35間に保持されるガイドベーン20の翼基端部21との間には、接着剤が介在されている。
【0037】
一方、ガイドベーン20の翼先端部22と取り付けフランジ5fとの連結部、すなわち、翼連結部にも、ガイドベーン20の翼先端部22に対して翼厚方向(図2左右方向)両側から接合する互いに分割された一対の分割片54,54から成る連結サポート体53が配置されている。この連結サポート体53の分割片54,54も、いずれもアルミ合金やチタン合金等の金属から成り、取り付けフランジ5fにボルト38及びナット39により取り付けられている。
【0038】
この連結サポート体53の一対の分割片54,54にも、互いに向き合う対向壁55がそれぞれ形成されており、ガイドベーン20の翼先端部22には、これらの対向壁55,55が翼厚方向両側から接合するようになっている。
【0039】
この翼連結部においても、ガイドベーン20の翼先端部22における接合面22a,22aのうちの図2左側の接合面22aには、断面が台形形状を成す1本の突条22bが形成され、一方、連結サポート体53を構成する2個の分割片54,54のうちの同じく図2左側の分割片54には、すなわち、図2左側の分割片54における対向壁55の端部接合面55aには、ガイドベーン20の翼先端部22に形成された突条22bと互いに係合する溝55bが形成されている。
【0040】
そして、ガイドベーン20の翼先端部22は、連結サポート体53の一対の分割片54,54に翼厚方向両側から付与されるボルト56及びナット57による締結力によって一対の分割片54,54の各対向壁55,55間に保持されている。
【0041】
また、この翼連結部においても、連結サポート体53の一対の分割片54,54における各対向壁55,55と、これらの対向壁55,55間に保持されるガイドベーン20の翼先端部22との間には、接着剤が介在されている。
【0042】
上記したように、この実施例に係る翼の連結部構造では、まず、複合材料から成るガイドベーン20の翼基端部21(翼先端部22)を金属から成る連結サポート体33(53)における一対の分割片34,34(54,54)の各対向壁35,35(55,55)間に位置させている。また、翼基端部21(翼先端部22)の図2左側の接合面21a(22a)に形成した突条21b(22b)を連結サポート体33(53)の図2左側の接合面35a(55a)に形成した溝35b(55b)に係合するようにしている。そのうえで、連結サポート体33(53)の一対の分割片34,34(54,54)に、翼厚方向両側からボルト36(56)及びナット37(57)で得られる締結力を付与して、翼基端部21(翼先端部22)を一対の分割片34,34(54,54)の各対向壁35,35(55,55)間に保持するようにしている。
【0043】
したがって、この実施例に係る翼の連結部構造では、ジェットエンジン1の軽量化に貢献しつつも、高い構造強度が得られることとなり、加えて、連結強度が機械的な連結強度になるので、接着剤のみを用いた連結強度と比較して、連結部における工程管理が容易になる。
【0044】
また、翼基端部21(翼先端部22)を一対の分割片34,34(54,54)の各対向壁35,35(55,55)間で翼厚方向両側から挟持することになるので、翼基端部21(翼先端部22)を、例えば、片方の壁で片持ち支持する場合と比べて、翼基端部21(翼先端部22)の曲りを回避し得ることとなり、その結果、強固な連結状態を維持し得ることとなる。
【0045】
さらに、翼基端部21(翼先端部22)と連結サポート体33(53)とを組み立てるにあたって、翼基端部21(翼先端部22)側の突条21b(22b)が連結サポート体33(53)側の溝35b(55b)に係合することで、両者の互いの位置決めが成されることから、この組み立て作業の容易化が図られることとなる。
【0046】
さらにまた、この実施例に係る翼の連結部構造では、連結サポート体33(53)の一対の分割片34,34(54,54)の各対向壁35,35(55,55)と、これらの対向壁35,35(55,55)間に保持されるガイドベーン20の翼基端部21(翼先端部22)との間に、接着剤を介在させているので、より高い構造強度が得られることとなる。
【0047】
そして、この実施例に係るジェットエンジンでは、上記した翼の連結部構造を採用しているので、軽量化及び高強度化がいずれも実現することとなる。
【0048】
図4は本発明に係る翼の連結部構造の他の実施例を示しており、この実施例が先の実施例による翼の連結部構造と相違するところは、ガイドベーン20Aの翼基端部21A(翼先端部22A)における接合面21a,21a(22a,22a)の双方に、突条21b(22b)をそれぞれ形成し、一方、連結サポート体33A(53A)の一対の分割片34,34(54,54)における各接合面35a,35a(55a,55a)の双方に、ガイドベーン20Aの翼基端部21A(翼先端部22A)に形成した突条21b(22b)と互いに係合する溝35b(55b)をそれぞれ形成した点にあり、他の構成は先の実施例による翼の連結部構造と同じである。
【0049】
したがって、この実施例に係る翼の連結部構造では、ジェットエンジン1の軽量化に貢献しつつも、より高い構造強度が得られることとなる。
【0050】
上記した実施例では、本発明に係る翼の連結部構造をジェットエンジンの静翼としてのガイドベーンの翼連結部に採用した場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図5に示すように、ジェットエンジンにおける動翼60のチップ(先端部)62と、このチップ62に振動防止及び空力性能改善のために設けられて動翼60とともに回転するチップシュラウド85との連結部に採用することも可能である。
【0051】
すなわち、この実施例では、動翼60の先端部62における接合面62a,62aのうちの図5左側の接合面62aに突条62bを形成し、一方、連結サポート体73の一対の分割片74,74における各接合面75a,75aのうちの図5左側の接合面75aに動翼60の先端部62に形成した突条62bと互いに係合する溝75bを形成している。
【0052】
このように、上記実施例に係る翼の連結部構造においても、ジェットエンジンの軽量化に貢献しつつも、より高い構造強度が得られることとなる。
【0053】
上記した各実施例では、ガイドベーン20,20Aの翼基端部21,21A(翼先端部22,22A),動翼60の先端部62側に突条21b,22b,62bを形成し、連結サポート体33,33A,53,53A,73側に溝35b,55b,75bを形成した構成としているが、これに限定されるものではなく、ガイドベーン20,20Aの翼基端部21,21A(翼先端部22,22A),動翼60の先端部62側に溝を形成し、連結サポート体33,33A,53,53A,73側に突条を形成する構成としてもよい。
【0054】
また、ガイドベーン20,20Aの翼基端部21,21A(翼先端部22,22A),動翼60の先端部62側の突条21b,22b,62b又は溝(連結サポート体33,33A,53,53A,73側の溝35b,55b,75b又は突条)の本数は、一方の接合面のみに設ける場合と、一方の接合面及び他方の接合面の双方に設ける場合とのいずれの場合にもかかわらず、1本に限定されない。例えば、一方の接合面及び他方の接合面の双方に2本ずつ設けたり、一方の接合面に1本設けて他方の接合面には2本設けたりするようにしてもよい。
【0055】
さらに、突条21b,22b,62b又は溝35b,55b,75bとしては、断面が台形形状を成すものや、半円形状を成すものや、三角形状を成すものや、矩形形状を成すものを採用することができるが、いずれのものにも限定されない。
【0056】
本発明に係る翼の連結部構造及びジェットエンジンの構成は、上記した実施例に限定されるものではない。
【符号の説明】
【0057】
1 ジェットエンジン
20,20A ガイドベーン(静翼)
21,21A 翼基端部(翼端部)
21a,22a,62a 接合面
21b,22b,62b 突条
22,22A 翼先端部(翼端部)
33,33A,53,53A,73 連結サポート体
34,54,74 一対の分割片
35a,55a,75a 端部接合面
35b,55b,75b 溝
36 ボルト
37 ナット
60 動翼
62 先端部(翼端部)
図1
図2
図3
図4
図5