JP5722318B2 - プロペラハブ - Google Patents

Description

本発明は、オープンロータ型のターボエンジンの可変ピッチの羽根を備えるプロペラハブに関する。

この形式のターボエンジンのファンは、典型的には、一方が上流に位置し、一方が下流に位置する２つの同軸な逆方向に回転する外プロペラを備えており、各々のプロペラが、ターボエンジンのタービンによって回転駆動し、このターボエンジンのナセルの外側へと実質的に半径方向に延びている。

各々のプロペラは、多角形リングを含むハブを備えており、多角形リングが、ターボエンジンの長手軸を中心にして分布した実質的に半径方向の円柱形の凹所を有しており、これらの凹所にプロペラの羽根が受け入れられる。さらにハブは、タービンのロータ部材と、多角形リングをロータ部材へと接続する固定フランジとを備えている。

羽根は、多角形リングの凹所において回転することが可能であり、羽根の角度ピッチを調整し、ターボエンジンの動作状態に応じて最適化されるような方法で、適切な手段によって羽根の軸を中心にして回転駆動する。

動作の際に、プロペラの羽根は、３００００ｄａＮにもなりうるきわめて大きな遠心力にさらされ、これらの力が多角形リングへと伝達される。多角形リングが破壊すると、羽根が脱落して、ターボエンジンのあちこちにきわめて重大な構造的損傷を引き起こす可能性がある。

本発明の目的は、特に、この問題に対する簡単、効果的、かつ経済的な解決策を提供することにある。

本発明の主題は、上述の形式のプロペラハブであって、多角形リングの不具合に対する安全性を提供するプロペラハブである。

この目的のため、ターボエンジン用の可変ピッチの羽根を備えるプロペラハブであって、前記羽根を受け入れるための実質的に半径方向の円柱形の凹所を自身の中心軸を中心にして分布させて備えている多角形リングと、ターボエンジンのタービンロータ部材と、前記リングをロータ部材へと接続するためにリングに取り付けられた固定フランジと、開口部にすき間を伴って挿入される複数のバックアップフックとを備えており、バックアップフックが、リングまたはロータ部材のいずれか一方へと接続され、開口部が、前記２者のうちの他方に接続されているプロペラハブが提案される。

多角形リングおよび／または固定フランジの破壊または半径方向の変形の場合に、前記バックアップフックが半径方向の応力を引き受け、リングの少なくとも保持を保証し、この不具合から生じうる損傷を限定する。

有利には、前記バックアップフックが、前記ロータ部材に取り付けることができる半径方向のプレートによって保持される。

第１の実施形態においては、半径方向のプレートの各々が、バックアップフックを形成する実質的に円形断面の少なくとも２本のピンを有する。

第２の実施形態においては、前記バックアップフックが、前記開口部とちょうど同じように非円形の断面を有する。

いずれの場合も、前記バックアップフックを、前記半径方向のプレートに取り付けることができ、または前記プレートと一緒に単一の部品として形成することができる。

どちらの場合も、バックアップフックが、多角形リングの半径方向の平面において、多角形リングの扇形領域について、対応する半径方向のプレートに対する平行移動だけでなく、回転も制限する。

有利には、前記固定フランジが、リングの片側へと取り付けられ、前記プレートが、リングの軸方向の移動を制限するような方法で、リングの軸方向の反対側に配置される。

有利には、前記ハブが、例えばプレートをロータ部材へと接続するリングの中心軸に平行に向いたボルトなど、リングの中心軸に平行な方向に前記フックを取り付けるための軸方向の手段をさらに備える。

さらに詳しくは、前記プレートが、前記プレートの支持部との半径方向の平面における確実な係合を可能にする起伏を備える。結果として、この確実な係合が、半径方向の平面におけるプレートの移動を阻止する一方で、プレートが、前記軸方向の取付け手段によってそれぞれの支持部へと保持される。この係合を、例えば、プレートの中央の切欠きに係合する支持部の中央の突起と、プレートの側縁にそれぞれ係合する支持部の２つの側方の突起とによって形成することができる。

本発明に関する詳細が、図面を参照して後述される。

オープンプロペラ型のターボエンジンを示している。 露出型のロータの羽根を保持するための従来技術の多角形リングを斜視図にて示している。 本発明の第１の実施形態によるプロペラハブの多角形リングの正面図を示している。 本発明の第２の実施形態によるプロペラハブの多角形リングの正面図を示している。 ターボエンジンのロータ部材に取り付けられた図３の多角形リングの詳細図を示している。 ターボエンジンのロータ部材に取り付けられた図４の多角形リングの詳細図を示している。 ターボエンジンのロータ部材に取り付けられた図３の多角形リングの一部分の長手断面図を示している。 ターボエンジンのロータ部材に取り付けられた図４の多角形リングの一部分の長手断面図を示している。

最初に図１を参照すると、オープンロータ型のターボエンジン１０が示されており、ターボエンジン１０が、上流から下流へと、ターボエンジンの内部のガスの流れの方向に、圧縮機１２と、環状の燃焼室１４と、高圧タービン１６と、逆方向に回転し、すなわちターボエンジンの長手軸Ａを中心にして２つの反対の方向に回転する２つの低圧タービン１８、２０とを備えている。

これら下流のタービン１８、２０の各々は、ターボエンジンのナセル２６の外側へと半径方向に延びている外プロペラ２２、２４と一緒に回転し、このナセル２６は、実質的に円筒形であって、圧縮機１２、燃焼室１４、ならびにタービン１６、１８、および２０の周囲を軸Ａに沿って延びている。

ターボエンジンを貫く空気の流れ２８が、圧縮され、次いで燃料と混合されて燃焼室１４において燃やされ、結果として燃焼ガスがタービンへと進入してプロペラ２２、２４を回転駆動し、ターボエンジンによって生み出される推力の大部分がもたらされる。タービンを出る燃焼ガスは、推力を増すためにホース３２を介して放出される（矢印３０）。

プロペラ２２、２４は、前後に同軸に配置され、ターボエンジンの軸Ａを中心にして一定の間隔で分布した複数の羽根を備えている。これらの羽根は、実質的に半径方向に延びており、可変ピッチ式であり、すなわちターボエンジンの動作状態に応じて自身の角度位置を最適にするような方式で、自身の軸を中心にして回転することが可能である。

上述の構造において、各々のプロペラは、軸Ａを中心にして延びる多角形リングによって形成されたロータ部材を備えており、そのような多角形リングが、プロペラの羽根を取り付けるための手段を係合させるための複数の実質的に円柱形の半径方向の凹所を備えている。この形式の多角形リング１３４が、図２に示されている。多角形リング１３４が、円柱形の壁１５６を有する実質的に半径方向の円柱形の凹所１３６と、リングを軽量化するためにリングに形成され、リングの中心軸Ｃを中心にして一定の間隔で分布した複数の開口１５８とを備えている。各々の開口１５８は、２つの隣り合う半径方向の凹所１３６の間に位置している。

この形式の多角形リング１３４は、ターボエンジンにとって重大な破壊点を構成する。多角形リング１３４が破壊され、またはリングとタービンとの間の連結が破壊された場合に、プロペラの羽根が脱落して遠心力によって飛ばされ、ターボエンジンのあちこちにきわめて相当な損傷を生じさせる可能性がある。したがって、この危険を取り除く方策を講じなければならない。

本発明の第１の実施形態によるプロペラハブの一部を形成する多角形リング２３４が、図３に示されている。リング１３４とちょうど同じように、このリング２３４も、羽根を受け入れるべくリングを巡って半径方向に分布した円柱形の凹所２３６を備えている。しかしながら、このリング２３４は、リングを巡って半径方向に分布した半径方向の突起２４０をさらに備えており、各々の突起２４０が、リングの中心軸Ｃに実質的に平行な２つの円柱形の開口部２４１を有している。これらの半径方向の突起２４０は、円柱形の凹所２３６と干渉することがないような方法で、円柱形の凹所２３６の間に挿入されている。

図５を参照すると、本発明のこの第１の実施形態によるプロペラハブは、タービンロータ部材２４３へと接続されるように設計された半径方向のプレート２４２を備えており、各々のプレート２４２が、リング２３４の半径方向の突起２４０の２つの開口部２４１にすき間を伴って受け入れられる円形断面の２本のピン２４４を保持している。ピンが、バックアップフックを構成している。

図７に示されるとおり、リング２３４は、固定フランジ２４５によってロータ部材２４３へと取り付けられる。この固定フランジ２４５は、ボルト２４６によってロータ部材２４３へと取り付けられ、半径方向のプレート２４２に軸方向において対向する側で、ボルト２４７によってリング２３４へと取り付けられる。

半径方向のプレート２４２は、固定フランジ２４５を取り付ける同じボルト２４６によって、ロータ部材２４３へと取り付けられる。これらのボルト２４６は、実質的にリング２３４の中心軸Ｃの方向を向いている。さらに、ロータ部材２４３は、各々のプレート２４２について、プレート２４２の中央の切欠き２４９に係合する中央の突起２４８と、プレート２４２の側縁２５１にそれぞれ接触する２つの側方の突起２５０とを有している。結果として、ロータ部材２４３のこれらの突起が、リング２３４の中心軸に垂直な半径方向の平面において、プレート２４２との確実な係合を形成する。

通常の動作においては、ピン２４４がすき間を伴って開口部２４１に受け入れられるため、応力がプレート２４２を介して伝えられることがない。リング２３４からロータ部材２４３へのすべての応力は、固定フランジ２４５によって伝えられる。しかしながら、リング２３４および／または固定フランジ２４５の破壊または大きな半径方向の変形の場合には、ピン２４４が開口部２４１の壁に接触し、リング２３４の少なくとも一部分の半径方向の保持の応力の少なくとも一部を引き受ける。このようにして、ピン２４４が、リング２３６のバックアップフックを形成する。各々のプレート２４２が２本のピン２４４を有し、半径方向の平面においてロータ部材２４３に確実に係合しているため、プレート２４２は、応力だけでなく半径方向の平面における局所トルクも、前記ロータ部材２４３へと伝達することができる。このようにして、プレート２４２が、本発明によるプロペラハブの破壊に対してさらなる安全性を提供する。

図４、図６、および図８に示されているさらなる実施形態においては、多角形リング３３４のバックアップフックが、円形の断面を有するピンの組によって形成されるのではなく、半径方向のプレート３４２の側面の多角形リング３３４の中心軸Ｃの方向の突起３４４によって形成されている。側面の突起３４４は、プレート３４２とともに単一の部品を形成している。断面が矩形であるこれらの側面の突起３４４が、リング３３４の半径方向の突起３４０の細長い断面の開口部３４１にすき間を伴って受け入れられる。

図６に示されるように、第１の実施形態と同様の方式で、リング３３４は、固定フランジ３４５によってロータ部材３４３へと接続される。この固定フランジ３４５は、ボルト３４６によってロータ部材３４３へと取り付けられ、半径方向のプレート３４２に軸方向において対向する側で、ボルト３４７によってリング３３４へと取り付けられる。

半径方向のプレート３４２は、固定フランジ３４５を取り付ける同じボルト３４６によって、ロータ部材３４３へと取り付けられ、ボルト３４６は、実質的にリング３３４の中心軸Ｃの方向を向いている。さらに、ロータ部材３４３は、各々のプレート３４２について、プレート３４２の中央の切欠き３４９に係合する中央の突起３４８と、プレート３４２の側縁３５１にそれぞれ接触する２つの側方の突起３５０とを有している。結果として、ロータ部材３４３のこれらの突起が、リング３３４の中心軸に垂直な半径方向の平面において、プレート３４２との確実な係合を形成する。

本発明の第１の実施形態と同様、リング３３４および／またはフランジ３４５の破壊または大きな半径方向の変形の場合に、プレート３４２がリング３３４の保持を保証する。この実施形態においては、半径方向の平面における局所トルクが、非円形断面の突起３４４および開口部３４１によって、リング３３４からプレート３４２へと伝えられる。

本発明を、特定の例示の実施形態を参照して説明したが、特許請求の範囲に定められる本発明の全体的な範囲から離れることなく、これらの例に対して種々の改良および変更を行うことができることが明らかである。例えば、多角形リングの２つの隣り合う半径方向の凹所の間に、２つ以上の半径方向のプレートを配置してもよい。それらの半径方向のプレートを、多角形リングの固定フランジへの取付け部と同じ側に配置し、それらの取付け部とプレートとを交互に配置することができる。バックアップ手段を、ロータ部材にではなく、リングに組み合わせることもでき、その場合には、バックアップ手段を受け入れる開口部を、リングにではなく、ロータ部材に組み合わせることができる。したがって、本明細書および図面は、本発明を限定するものとしてよりもむしろ、本発明を例示するものとして考えられなければならない。

Claims (10)

1. ターボエンジン用の可変ピッチの羽根を備えるプロペラハブにして、
   前記羽根を受け入れるための実質的に半径方向の円柱形の凹所（２３６、３３６）を、自身２３４の中心軸（Ｃ）を中心にして分布させて備えている多角形リング（２３４、３３４）と、
   ターボエンジンのタービンロータ部材（２４３、３４３）と、
   前記多角形リングを前記タービンロータ部材（２４３、３４３）へと接続するために多角形リングに取り付けられた固定フランジ（２４５、３４５）とを備えているハブであって、
   開口部（２４１、３４１）にすき間を伴って、多角形リングの軸方向に開口部の中に挿入される複数のバックアップフック（２４４、３４４）をさらに備えており、バックアップフック（２４４、３４４）が、多角形リング（２３４、３３４）またはタービンロータ部材（２４３、３４３）のいずれか一方へと接続され、開口部（２４１、３４１）が、前記２者のうちの他方に接続されていることを特徴とする、ハブ。
2. 前記バックアップフック（２４４、３４４）が、前記タービンロータ部材（２４３、３４３）に取り付けられた半径方向のプレート（２４２、３４２）によって保持されている、請求項１に記載のハブ。
3. 半径方向のプレート（２４２）の各々が、バックアップフックを形成する実質的に円形の断面を有している少なくとも２つのピン（２４４）を有している、請求項２に記載のハブ。
4. 前記バックアップフック（３４４）が、前記開口部（３４１）とちょうど同じように非円形の断面を有している、請求項２に記載のハブ。
5. 前記固定フランジ（２４５、３４５）が、多角形リング（２３４、３３４）の片側へと取り付けられ、前記半径方向のプレート（２４２、３４２）が、前記多角形リング（２３４、３３４）の軸方向の反対側に配置される、請求項２に記載のハブ。
6. 多角形リングの前記中心軸（Ｃ）に平行な方向に前記半径方向のプレート（２４２、３４２）を取り付けるための手段（２４６、３４６）をさらに備えている、請求項２に記載のハブ。
7. 前記半径方向のプレート（２４２、３４２）が、前記半径方向のプレート（２４２、３４２）の支持部との半径方向の平面における確実な係合を可能にする起伏を備えている、請求項６に記載のハブ。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のハブと、円柱形の凹所（２３６、３３６）に受け入れられた羽根とを備える、プロペラ（２２、２４）。
9. 請求項８に記載のプロペラ（２２、２４）を少なくとも１つ備えるターボエンジン（１０）。
10. 逆方向に回転する２つのプロペラ（２２、２４）を備えている、請求項９に記載のターボエンジン（１０）。

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