(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空エーロホイルにおいて、
前縁と、後縁と、前記前縁から前記後縁まで延びる凹状圧力表面壁と、前記前縁から前記後縁まで延びる凸状吸引表面壁とを有するエーロホイル部分であって、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁が、連続する材料からなることによって一体であるとともにキャビティを形成し、複数のウェブが前記凹状圧力表面壁と前記凸状吸引表面壁との間で前記キャビティに亘って延びている、エーロホイル部分を含み、
前記複数のウェブは、連続する材料からなることによって、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁と一体であり、
前記ウェブのうちの少なくとも一つのウェブが、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁に対して実質的に垂直方向に延び、
前記ウェブのうちの少なくとも一つのウェブが、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁に対して実質的に斜行方向に延び、
前記中空エーロホイルは、前記前縁と前記後縁との間の中間の位置、または、該中間の近傍の位置にある第１領域と、前記前縁及び前記後縁のうちの少なくとも一方と隣接している第２領域と、を有し、
前記第１の領域は、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁に対して実質的に垂直方向に延びる複数のウェブと、前記凹状圧力表面壁と前記凸状吸引表面壁との間を実質的に斜行方向に延びる複数のウェブと、を有し、
前記凹状圧力表面壁と前記凸状吸引表面壁との間を実質的に斜行方向に延びる前記ウェブの各々は、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁に対して実質的に垂直方向に延びる、隣接したウェブの対の夫々の間を延び、
前記第２の領域は、前記凹状圧力表面壁と前記凸状吸引表面壁との間を実質的に斜行方向に延びる複数のウェブを有し、前記第２の領域は、前記凹状圧力表面壁と前記凸状吸引表面壁との間を実質的に斜行方向に延びるウェブを有しているだけであり、前記凹状圧力表面壁と前記凸状吸引表面壁との間を実質的に斜行方向に延びる交互のウェブが、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁に対して反対向きの角度で配置されており、
前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁に対して実質的に垂直方向に延びる前記ウェブは、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁に対して７０°乃至９０°の角度で配置され、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁に対して実質的に斜行方向に延びる前記ウェブは、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁に対して４０°乃至５０°の角度で配置された
中空エーロホイル。
【請求項２】
請求項１に記載の中空エーロホイルにおいて、
前記中空エーロホイルは、前記第１領域と前記第２領域との間にある第３領域を有し、
前記第３領域は、
前記凹状圧力表面壁と前記凸状吸引表面壁との間を延びる複数のウェブであって、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁との角度が実質的に斜行から実質的に垂直に徐々に変化する複数のウェブ
と交互に配置された、前記凹状圧力表面壁と前記凸状吸引表面壁との間を実質的に斜行方向に延びる複数のウェブを有する
中空エーロホイル。
【請求項３】
請求項１に記載の中空エーロホイルにおいて、
前記第１領域において、前記実質的に斜行方向に延びる前記ウェブは、取り付け端を有し、前記実質的に垂直方向に延びる前記ウェブは、前記実質的に斜行方向に延びる前記ウェブの前記取り付け端に設けられた、中空エーロホイル。
【請求項４】
請求項１に記載の中空エーロホイルにおいて、
前記第１領域において、前記実質的に垂直方向に延びる前記ウェブと、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁と、の間の接合部は、前記実質的に斜行方向に延びる前記ウェブと、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁と、の間の接合部と離れている
中空エーロホイル。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の中空エーロホイルにおいて、
前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁に対して実質的に斜行方向に延びる前記ウェブは、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁に対して４５°の角度で配置される、中空エーロホイル。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の中空エーロホイルにおいて、
前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁に対して実質的に垂直方向に延びる前記ウェブは、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁に対して８０°又は９０°の角度で配置される、中空エーロホイル。
【請求項７】
請求項２に記載の中空エーロホイルにおいて、
前記前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁に対して９０°乃至４５°の角度で延びるように構成された前記ウェブは、前記第３領域に配置されている、中空エーロホイル。
【請求項８】
請求項７に記載の中空エーロホイルにおいて、
前記第３領域は、前記第１領域と前記第２領域との間にあり、前記第１領域と前記第２領域との間に移行部を形成する、中空エーロホイル。
【請求項９】
請求項８に記載の中空エーロホイルにおいて、
前記ウェブのうちの幾つかと前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁との間の角度は、前記第２領域と隣接した４５°の角度から、前記第１領域と隣接した８０°又は９０°の角度まで徐々に変化する、中空エーロホイル。
【請求項１０】
請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載の中空エーロホイルにおいて、
前記中空エーロホイルは、中空ファンブレード、中空プロップファンブレード、中空ファン出口ガイドベーン、又は中空エンジン区分ステータベーンである、中空エーロホイル。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載の中空エーロホイルにおいて、
前記中空エーロホイルは、選択的レーザー溶融、選択的マイクロ波溶融、又は選択的電子ビーム溶融によって付着した金属を含む、中空エーロホイル。
【請求項１２】
中空エーロホイルの製造方法であって、
前記中空エーロホイルは、前縁と、後縁と、前記前縁から前記後縁まで延びる凹状圧力表面壁と、前記前縁から前記後縁まで延びる凸状吸引表面壁とを有するエーロホイル部分であって、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁が、連続する材料からなることによって一体であるとともにキャビティを形成し、複数のウェブが前記凹状圧力表面壁と前記凸状吸引表面壁との間で前記キャビティに亘って延びているエーロホイル部分を含み、
前記複数のウェブは、連続する材料からなることによって、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁と一体であり、
前記ウェブのうちの少なくとも一つのウェブが、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁に対して実質的に垂直方向に延び、
前記ウェブのうちの少なくとも一つのウェブが、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁に対して実質的に斜行方向に延び、
前記中空エーロホイルは、前記前縁と前記後縁との間の中間の位置、または、該中間の近傍の位置にある第１領域と、前記前縁及び前記後縁のうちの少なくとも一方と隣接している第２領域と、を有し、
前記第１の領域は、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁に対して実質的に垂直方向に延びる複数のウェブと、前記凹状圧力表面壁と前記凸状吸引表面壁との間を実質的に斜行方向に延びる複数のウェブと、を有し、
前記凹状圧力表面壁と前記凸状吸引表面壁との間を実質的に斜行方向に延びる前記ウェブの各々は、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁に対して実質的に垂直方向に延びる、隣接したウェブの対の夫々の間を延び、
前記第２の領域は、前記凹状圧力表面壁と前記凸状吸引表面壁との間を実質的に斜行方向に延びる複数のウェブを有し、前記第２の領域は、前記凹状圧力表面壁と前記凸状吸引表面壁との間を実質的に斜行方向に延びるウェブを有しているだけであり、前記凹状圧力表面壁と前記凸状吸引表面壁との間を実質的に斜行方向に延びる交互のウェブが、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁に対して反対向きの角度で配置されており、
前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁に対して実質的に垂直方向に延びる前記ウェブは、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁に対して７０°乃至９０°の角度で配置され、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁に対して実質的に斜行方向に延びる前記ウェブは、前記凹状圧力表面壁及び前記凸状吸引表面壁に対して４０°乃至５０°の角度で配置された、
中空エーロホイルの製造方法において、
（ａ）一層の金属粉体をプラットホームに付着する工程と、
（ｂ）放射ビームを所定のパターンで金属粉体層に差し向けて、前記放射ビームが前記金属粉体層に当たる場所の金属粉体を溶融し焼結し、一層の中空エーロホイルを形成する工程と、
前記工程（ａ）及び（ｂ）を繰り返し、前記中空エーロホイルを一層ずつ形成する工程とを含む、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、
レーザービームを前記金属粉体層に差し向ける工程を含む、方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法において、
マイクロ波ビームを前記金属粉体層に差し向ける工程を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載の方法において、
電子ビームを前記金属粉体層に差し向ける工程を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空エーロホイル及びその製造方法に関し、更に詳細には、中空ファンブレード及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ターボファンガスタービンエンジンのファンブレードは、中実の金属で形成されていた。二枚の金属シート及びハニカム構造を含み、ハニカム構造が金属シート間に配置され、金属シートを互いに鑞付けしてファンブレードの壁を形成した中空ファンブレードがあった。三枚の金属シートを含み、これらの金属シートを選択された位置で互いに拡散結合し、他の選択された位置で超弾性により膨張させてファンブレードを形成した中空ファンブレードもあった。
【０００３】
これらの中空ファンブレードは従来のファンブレードよりも軽量であり、拡散結合して超弾性により形成したファンブレードは、軽量であり且つ安価であり、使用寿命がハニカムファンブレードよりも長い。
【０００４】
拡散結合して超弾性により形成したファンブレードの問題点は、拡散結合が行われる選択された位置の長さが最小でなければならず、超弾性膨張が生じる選択された位置が、ファンブレードの壁間を延びるウェブ間に６０°よりも大きい角度を形成するということである。これにより、ウェブ間の壁の自由長さ、及び従って、ファンブレードの壁の厚さが決定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明は、新規な中空エーロホイル及びその新規な製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、本発明によれば、中空エーロホイルにおいて、前縁、後縁、前縁から後縁まで延びる凹状圧力表面壁、及び前縁から後縁まで延びる凸状吸引表面壁を持ち、凹状圧力表面壁及び凸状吸引表面壁は一体であり、キャビティを形成し、複数の一体のウェブが凹状圧力表面壁と凸状吸引表面壁との間でキャビティに亘って延びている、エーロホイル部分を含み、ウェブのうちの少なくとも一つのウェブが、凹状圧力表面壁及び凸状吸引表面壁に対して実質的に垂直方向に延び、ウェブのうちの少なくとも一つのウェブが、凹状圧力表面壁及び凸状吸引表面壁に対して斜行方向に延びる、中空エーロホイルが提供される。
【０００７】
好ましくは、少なくとも二つのウェブが凹状圧力表面壁及び凸状吸引表面壁に対して実質的に垂直方向に延び、ウェブのうちの少なくとも一つのウェブが、凹状圧力表面壁と凸状吸引表面壁との間で、少なくとも二つのウェブの間を実質的に斜行方向に延びる。
【０００８】
好ましくは、複数のウェブが、凹状圧力表面壁及び凸状吸引表面壁に対して実質的に垂直方向に延び、複数のウェブが、凹状圧力表面壁と凸状吸引表面壁との間を実質的に斜行方向に延び、実質的に斜行方向に延びるウェブの各々が、壁に対して実質的に垂直方向に延びる隣接したウェブの対の夫々の間を延びる。
【０００９】
好ましくは、壁に対して実質的に斜行方向に延びるウェブは、壁に対して４０°乃至５０°の角度で配置される。
好ましくは、壁に対して実質的に斜行方向に延びるウェブは、壁に対して４５°の角度で配置される。
【００１０】
好ましくは、壁に対して実質的に垂直方向に延びるウェブは、壁に対して７０°乃至９０°の角度で配置される。壁に対して実質的に垂直方向に延びるウェブは、壁に対して７５°又は９０°の角度で配置される。
【００１１】
別の態様では、壁に対して実質的に垂直方向に延びるウェブは、壁に対して８０°又は９０°の角度で配置される。
好ましくは、壁に対して実質的に垂直方向に延びるウェブ及び壁に対して実質的に斜行方向に延びるウェブは、エーロホイルのエーロホイル部分の第１領域に配置されている。      
【００１２】
好ましくは、第１領域は、前縁と後縁との間の中間の位置にある。
好ましくは、壁に対して実質的に斜行方向に延びるウェブは、エーロホイルのエーロホイル部分の第２領域に配置されている。
【００１３】
好ましくは、第２領域は、前縁及び／又は後縁と隣接している。
好ましくは、ウェブのうちの少なくとも幾つかは、壁に対して９０°乃至４５°の角度で延びている
好ましくは、壁に対して９０°乃至４５°の角度で延びるように構成されたウェブは、第３領域に配置されている。
【００１４】
好ましくは、第３領域は、第１領域と第２領域との間にあり、第１領域と第２領域との間に移行部を形成する。
好ましくは、ウェブのうちの幾つかと壁との間の角度は、第２領域と隣接した４５°の角度から、第１領域と隣接した８０°又は９０°の角度まで徐々に変化する。
【００１５】
斜行方向に延びるウェブの幾つかは、斜行方向に延びる他のウェブと交差してもよい。斜行方向に延びるウェブの幾つかは、斜行方向に延びる他の二つ又は三つのウェブと交差し、箱構造を形成してもよい。実質的に垂直方向に延びるウェブの幾つかは、実質的に斜行方向に延びるウェブとの交差点から一方の壁まで延びる。
【００１６】
好ましくは、中空エーロホイルは中空ファンブレードである。
好ましくは、中空エーロホイルは、選択的レーザー溶融、選択的マイクロ波溶融、又は選択的電子ビーム溶融によって付着した金属を含む。
【００１７】
本発明は、更に、中空エーロホイルの製造方法であって、中空エーロホイルは、前縁、後縁、前縁から後縁まで延びる凹状圧力表面壁、及び前縁から後縁まで延びる凸状吸引表面壁を持ち、凹状圧力表面壁及び凸状吸引表面壁は一体であり、キャビティを形成し、複数の一体のウェブが凹状圧力表面壁と凸状吸引表面壁との間でキャビティに亘って延びているエーロホイル部分を含み、ウェブのうちの少なくとも一つのウェブが、凹状圧力表面壁及び凸状吸引表面壁に対して実質的に垂直方向に延び、ウェブのうちの少なくとも一つのウェブが、凹状圧力表面壁及び凸状吸引表面壁に対して実質的に斜行方向に延びる、中空エーロホイルの製造方法において、（ａ）一層の金属粉体をプラットホームに付着する工程と、（ｂ）放射線ビームを所定のパターンで金属粉体層に差し向けて金属粉体を溶融し焼結し、一層の中空エーロホイルを形成する工程と、工程（ａ）及び（ｂ）を繰り返し、中空エーロホイルを一層づつ形成する工程とを含む、方法を提供する。
【００１８】
好ましくは、本方法は、レーザービームを金属粉体層に差し向ける工程を含む。別の態様では、本方法は、マイクロ波ビームを金属粉体層に差し向ける工程を含む。別の態様では、本方法は、電子ビームを金属粉体層に差し向ける工程を含む。
【００１９】
本発明を、添付図面を参照して、例として更に詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
ターボファンガスタービンエンジン１０は、図１に示すように、軸線方向流れ方向で、入口１２、ファン区分１４、コンプレッサ区分１６、燃焼区分１８、タービン区分２０、及び排気区分２２を備えている。タービン区分２０は、コンプレッサ区分１６の一つ又はそれ以上のコンプレッサ（図示せず）を夫々のシャフト（図示せず）を介して駆動するように構成された多数のタービン（図示せず）と、ファン区分１４のファン２４をシャフト２６を介して駆動するタービン（図示せず）を含む。ファン２４は、ファンロータ２８を含み、このファンロータは、周方向に間隔が隔てられた全体に半径方向外方に伸びる複数のファンブレード３０を支持する。ファンケーシング３２がファン２４を取り囲んでいる。このファンケーシング３２は、ファンダクト３４を部分的に形成する。ファンケーシング３２は、コアエンジンケーシング３６から、周方向に間隔が隔てられた全体に半径方向外方に伸びる複数のファン出口ガイドベーン３８によって支持されている。
【００２１】
ファンブレード３０の１つを、図２、図３、及び図４に更に明瞭に示す。ファンブレード３０は、前縁４２と、後縁４４と、前縁４２から後縁４４まで伸びる凹状の圧力表面壁４６と、前縁４２から後縁４４まで伸びる凸状の吸引表面壁４８とを持つエーロホイル部分４０を含む。凹状の圧力表面壁４６及び凸状の吸引表面壁４８は一体であり、ファンブレード３０内にキャビティ５０を形成する。複数のウェブ５２が凹状の圧力表面壁４６と凸状の吸引表面壁４８との間でキャビティ５０に亘って延びている。これらのウェブ５２は、凹状の圧力表面壁４６及び凸状の吸引表面壁４８と一体である。少なくとも一つのウェブ５２Ａが、凹状の圧力表面壁４６に対して実質的に垂直方向に延びており、凸状の吸引表面壁４８に対しても実質的に垂直方向に延びており、少なくとも一つのウェブ５２Ｂが、凹状の圧力表面壁４６に対して実質的に斜行方向に延びており且つ凸状の吸引表面壁４８に対して実質的に斜行方向に延びている。ファンブレード３０は、中空であってもよい根元４７を有し、ファンブレード３０は、更に、一体のプラットホーム４９を有し、このプラットホームは、平面外に曲がる上での剛性を提供するため、中空であってもよいしリブを備えていてもよい。
【００２２】
ウェブ５２は、切欠き根元ピーク応力(notch root peak stress)を制御するため、圧力表面壁４６、吸引表面壁４８、又は他の隣接したウェブ５２との接合部の隅肉半径が制御されている。ウェブは、座屈強度、剛性、又は強さを制御するため、局所的に厚みが増してあってもよいし、賦形されていてもよいし、又は半径方向で波形をなしていてもよい。
【００２３】
図３及び図４に更に明瞭に示すように、凹状の圧力表面壁４６に対して実質的に垂直方向に延びており且つ凸状の吸引表面壁４８に対しても実質的に垂直方向に延びている二つのウェブ５２Ａ間に、少なくとも一つのウェブ５２Ｂが設けられているということに着目されたい。これらのウェブ５２Ｂは、凹状の圧力表面壁４６と凸状の吸引表面壁４８との間が少なくとも二つのウェブ５２Ａ間を実質的に斜行方向に伸びる。
【００２４】
複数のウェブ５２Ａが、凹状の圧力表面壁４６に対して実質的に垂直方向に延び且つ凸状の吸引表面壁４８に対しても実質的に垂直方向に延び、複数のウェブ５２Ｂが、凹状の圧力表面壁４６と凸状の吸引表面壁４８との間を実質的に垂直方向に延びる対をなした隣接したウェブ５２Ａの夫々の間を実質的に斜行方向に延びるのが好ましい。
【００２５】
実質的に斜行方向に延びるウェブ５２Ｂは、壁４６及び４８に対し、４０°乃至５０°、好ましくは４５°の角度で配置されている。実質的に垂直方向に延びるウェブ５２Ａは、壁４６及び４８に対し、７０°乃至９０°、更に好ましくは７５°乃至８０°、この例では、８０°の角度で配置されている。
【００２６】
ファンブレード３０のエーロホイル部分４０の第１領域Ａには、壁４６及び４８に対して実質的に垂直方向に延びるウェブ５２Ａ及び壁４６及び４８に対して実質的に斜行方向に延びるウェブ５２Ｂが配置されている。ファンブレード３０のエーロホイル部分４０の第２領域Ｂには、壁４６及び４８に対して実質的に斜行方向に延びるウェブ５２Ｂしか設けられておらず、これらのウェブは、例えば、壁４６及び４８に対して±４５°の角度をなす。
【００２７】
一般的には、第１領域Ａは、ファンブレード３０の前縁４２と後縁４４との間の中央近くの位置にあり、この領域でキャビティ５０の高さが最大であり、第２領域Ｂは、ファンブレード３０の前縁４２及び／又は後縁４４と隣接している。前縁４２の第２領域Ｂでは、前縁４２までの距離が減少するに従ってウェブのピッチが減少するが、角度は一定に保持され、後縁４４の第２領域Ｂでは、後縁４４までの距離が減少するに従ってピッチの減少は最小であるが、角度が小さくなる。
【００２８】
ウェブ５２Ｃのうちの幾つかは、壁４２及び４６に対して９０°乃至４５°の角度で延びるように構成されている。ウェブ５２Ｃは、壁４６及び４８に対して９０°乃至４５°の角度で延びるように構成されており、壁４６及び４８に対して４５°の角度で実質的に斜行方向に延びるように構成されたウェブ５２Ｂは、第３領域Ｃに配置されている。第３領域Ｃは、第１領域Ａと第２領域Ｂとの間にあり、第１領域Ａと第２領域Ｂとの間に移行部を形成する。
【００２９】
ウェブ５２Ｃのうちの幾つかと壁４６及び４８との間の角度は、第２領域Ｂと隣接した約４５°から、第１領域Ａと隣接した約９０°まで徐々に変化する。
更に一般的には、第１領域Ａには、７０°乃至９０°の角度で配置されたウェブ５２Ａ及び４０°乃至５０°の角度で配置されたウェブ５２Ｂが設けられており、第２領域Ｂには、±４０°乃至±５０°の角度で配置されたウェブ５２Ｂが設けられており、第３領域Ｃには、４０°乃至５０°の角度で配置されたウェブ５２Ｂ及び４０°乃至９０°の角度で配置されたウェブ５２Ｃが設けられている。
【００３０】
好ましくは、前縁４２と隣接したウェブ５２Ｂは、４５°の角度で配置され、ウェブ間隔が前縁４２に向かって徐々に減少し、コアの強度を向上する。好ましくは、後縁４４と隣接したウェブ５２Ｂの角度は４５°よりも小さく、コアの密度の上昇を後縁４４に向かって小さくする。
【００３１】
ウェブ５２のこの構成により、ファンブレード３０のエーロホイル部分４０にコアを形成する。これは、圧縮ウェブ５２Ａが重要な、即ち凹状の圧力壁４６及び凸状の吸引壁４８に対してほぼ垂直な鳥衝撃前縁カップ（bird impact leading edge cupping）から所定の横方向一方向剪断容量（transverse one way shear capability）を持ち、引張ウェブ５２Ｂが斜行トラスセルブレースを形成する。
【００３２】
引張ウェブ５２Ｂの角度が小さければ小さい程、所与の剪断荷重に対する全厚引っ張り荷重（through thickness pull in load）が減少する。コアが繊細であればある程、コアは、ウェブ５２毎の剪断荷重が減少し、圧縮ウェブ５２Ａの角度変化による寄与の減少を相殺する。圧縮ウェブ５２Ａの長さが短ければ短い程、圧縮ウェブ５２Ａが座屈に対して補剛され、側方剪断荷重が低ければ低い程、座屈荷重が減少する。これらの効果を組み合わせることにより、座屈限度に合わせて薄く軽量のコアを提供できる。エーロホイル部分４０のチップ領域において、コアは、この領域でも波形をなしており、これにより、ファンブレード３０が薄い場合でも座屈強度を改善する。これは、半径方向で連続したウェブ５２の半径方向引張応力がチップに向かって減少するためである。一部品製造方法により、壁４６及び４８継手へのウェブ５２の取り付け幅を小さくできる。
【００３３】
後縁４４では、領域Ｂのコアのウェブ５２の角度を小さくすることによりコアの密度を小さくできる。後縁４４の重量を最小にするため、隅肉半径もまた減少できる。これにより、後縁４４のところで、壁４６及び４８の厚さの減少と関連して後縁の長さを減少できる。
【００３４】
コアのウェブは、交互のウェブ５２Ａ及び５２Ｂが領域Ａ及び領域Ｃで壁４６及び４８に対して夫々８０°及び４５°で配置された構成から、交互のウェブ５２Ｂが領域Ｂで壁４６及び４８に対して対称をなして±４５°で配置された構成まで変化する。領域Ｂでウェブ５２Ｂが対称に配置されていることにより、大きな荷重が加わる前縁４２に対するコアの構造的剛性を維持する。
【００３５】
ウェブ５２は、セルの長さが弦方向で一定であるように構成されている。別の態様では、ウェブは、斜行角度が一定であり、圧縮ウェブ５２Ａの弦長さが一定であるように構成されていてもよいが、これが変化すると、キャビティ５０の高さに関する圧縮ウェブ５２Ａの角度の変化率が変化する。これは、キャビティ５０の高さが減少するまで、領域Ａに良好な座屈形態を維持し、次いで領域壁に比較的良好な剪断形態を提供することを目的とする。
【００３６】
領域Ａの圧縮ウェブ５２Ａは、引張斜行ウェブ５２Ｂの取り付け端に設けられており、圧縮ウェブ５２Ａの自由座屈長さ、取り付け幅、及び支持されていない壁４６及び４８の長さを最小にし、壁４６及び４８の近くでの突出ウェブ５２の交差を最小の局所的対に維持する。ピーク応力を制御し、ウェブ５２の端部を補剛するため、隅肉半径が大きい。
【００３７】
更に、ウェブの形状及び／又は厚さを変化させることによって構成を更に改良できる。添付図面には、一定の厚さが示してある。
実質的に垂直方向に延びるウェブ５２Ａ及び実質的に斜行方向に延びるウェブ５２Ｂを含む別の構成を図５に示す。この構成は、図４に示す構成と同様である。図５では、ウェブ５２Ａは、壁４６及び４８に対して９０°の角度で配置されており、ウェブ５２Ｂは、壁４６及び４８に対して４５°の角度で配置されている。ウェブ５２Ａ及び５２Ｂは図４に示すウェブよりも薄く、圧縮ウェブ５２Ａは図４に示すウェブよりも立っており、ウェブ５２Ａと壁４６及び４８との間の接合部は、ウェブ５２Ｂと壁４６及び４８との間の接合部とは別である。これにより、座屈に対し、壁４６及び４８にピーク応力の利点を提供する。投影ウェブ荷重交差は、壁中立軸線（wall neutral axis） に近い。
【００３８】
実質的に垂直方向に延びるウェブ５２Ｅ及び実質的に斜行方向に延びるウェブ５２Ｆ及び５２Ｇの別の構成を図６に示す。実質的に斜行方向に延びるウェブ５２Ｆのうちの幾つかは、実質的に斜行方向に延びる他方のウェブ５２Ｇと、交差部６０、６２、及び６４のところで交差する。斜行方向に延びるウェブ５２Ｆのうちの幾つかは、実質的に斜行方向に延びる二つ又は三つの他方のウェブ５２Ｇと交差し、箱構造を形成する。ウェブ５２Ｆ及び５２Ｇは、壁４６及び４８に対し、４０°乃至５０°の角度で、好ましくは４５°の角度で配置されている。実質的に垂直方向に延びるウェブ５２Ｅは、斜行方向に延びるウェブ５２Ｆ及び５４Ｇの交差点６０又は６４から、壁４６及び４８の夫々まで延びている。実質的に垂直方向に延びるウェブ５２Ｅは、７０°乃至９０°の角度で配置されており、この例では７０°の角度で配置されている。一つ、二つ、又はそれ以上のウェブ５２Ｅが、各交差部６０又は６４から、壁４６及び４８の夫々まで延びている。ウェブ５２Ｆ及び５２Ｇは、約９０°の所定角度で交差する。
【００３９】
この構成は、優れた等級のコアを提供し、壁４６及び４８に対して優れた支持を提供し、これにより、壁４６及び４８を薄く且つ軽量にできる。ウェブのエレメントは、短く、薄く、所定の長さについての座屈長さを相殺する。ウェブは、壁４６及び４８に対し、最適以上に立っている。全体として、断面が制御されたフォーム型コアの効果が得られるが、半径方向に配向された半径方向荷重支持ウェブを備えている。
【００４０】
本発明を中空ファンブレードを参照して説明したが、本発明は、中空プロップファンブレード、中空プロペラブレード、中空ファン出口ガイドベーン、中空エンジン区分ステータベーン、又は他の中空エーロホイルにも等しく適用できる。プロップファンブレード又はプロペラブレードの減少したチップ速度及び切り立ったエーロホイル区分は、半径方向で波形をなしたコアが根元まで下方に延びていてもよいということを意味する。繊細なコアが繊細な圧力表面壁及び吸引表面壁を支持する。耐蝕保護を提供するため、外部ポリウレタンコーティングが設けられていてもよく、ヒステリシス振動減衰機能を提供してもよい。
【００４１】
本発明の主要な利点は、重量の軽減、費用の低減、金属、好ましくはチタニウム合金の更に経済的な使用、製造プロセスの簡略化、製造上の融通性の向上である。
この他、エーロホイルの中空性を向上でき、比較的小型のエーロホイルを中空にでき、即ち、中空に形成されるエーロホイルの大きさが小さくなるという利点が得られる。ウェブにより良好に支持されるため、凹状の圧力表面の厚さ及び凸状の吸引壁の厚さを小さくでき、壁とコア／ウェブとの厚さの比は現在の製造プロセスでは制限される。
【００４２】
中空ファンブレード又は中空エーロホイル３０は、図７に示す装置を使用した選択的レーザー溶融によって製造される。装置１００は、引き込み式プラットホーム１０４を持つ密封チャンバ１０２を備えている。アルゴンや窒素等の不活性ガスを配管１０８を通してチャンバ１０２に供給し、ガスをチャンバ１０２から配管１１０を介して取り出すため、ポンプ１０６が設けられている。チャンバ１０２のウィンドウ１１４を通してレーザービームを差し向けるため、レーザー１１２、例えば赤外線レーザーが設けられている。制御装置１２０は、中空エーロホイル３０の形状のＣＡＤ定義を持ち、レーザー１１２を制御装置１２０の制御下で移動する。中空ファンブレード３０又は中空エーロホイルは、金属や合金、粉体でできた層１１６を密封チャンバ１０２内の引き込み式プラットホーム１０４上に置くことによって製造される。レーザービームは、金属粉体１１６の層に当たった場所で粉体金属を溶融し、融着し、又は焼結する。レーザーを垂直なＸ方向及びＹ方向に適当な距離だけ空間的に移動することによって、又はレーザービームを可動ミラー１１８で屈折することによって、レーザービームを金属粉体１１６の層に亘って所定パターンで走査し、中空エーロホイル３０の第１層を形成する。次いで、金属又は合金の第２の薄い層を第１層上に置き、プラットホーム１０４をチャンバ１０２から外方に１増分だけ引っ込め、レーザービームを金属粉体層に亘って別の所定のパターンで走査し、中空エーロホイル３０の第２層を形成する。金属粉体層を置き、プラットホーム１０４を引き込め、金属粉体層に亘って所定のパターンでレーザービームを走査するプロセスを十分な回数繰り返し、中空エーロホイル３０を下から上まで、又は端部から端部まで一層づつ形成する。各層についてのレーザービームの所定の走査パターンは、中空エーロホイル３０のＣＡＤモデルによって決定される。かくして、中空エーロホイル３０の層は、端部／根元が中実に形成され、根元自体は中空であってもよく、その場合、次々と形成される層は、中空エーロホイル３０の凹状の圧力壁４６、凸状吸引壁４８、及びウェブ５２を形成し、最終的には、これらの層が中空エーロホイル３０の中実の端部／チップを形成する。かくして、中空エーロホイル３０は、金属粉体の溶融及び融着又は焼結によって層を積み重ねることによって形成される。
【００４３】
融着されていない、又は未焼結の粉体金属を中空エーロホイル３０から除去する必要がある。これは、中空エーロホイル３０を逆様にして金属粉体を注ぎ出すことによって行ってもよい。これは、振動、エアブラスト、等で補助してもよい。チップギャラリーで終端する全てのキャビティには最終取り出し穴が設けられ、これにより全ての粉体を除去する。根元４７及びプラットホーム４９もまた、存在する場合には、この製造プロセスで形成される。
【００４４】
好ましくは、金属粉体は鋼合金であり、例えば、ステンレス鋼、又はチタニウム合金、例えばＴｉ６４である。Ｔｉ６４は、例えばアルミニウムを６重量％、バナジウムを４重量％含有し、残りがチタニウム及び微量合金成分及び不純物であるチタニウム合金である。
【００４５】
好ましくは、例えば幾つかの異なる合金を使用し、例えば硬質の合金を中空エーロホイルの前縁の中央で使用してもよく、軟質の合金を前縁の側部で使用して自己鋭利化前縁（self sharpening leading edge）を形成してもよい。
【００４６】
本発明を、金属粉体の選択的レーザー溶融及び融着／焼結を行うためのレーザービームの使用を参照して説明したが、他の種類の放射ビーム、例えばマイクロ波を使用して選択的マイクロ波溶融を行うこともできるし、電子ビームを使用して選択的電子ビーム溶融を行うこともできる。
【００４７】
溶接トーチから溶融金属を付着することによる賦形金属付着を使用して中空エーロホイルを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、本発明による中空ブレードを持つターボファンガスタービンエンジンの図である。
【図２】図２は、本発明による中空ブレードの拡大図である。
【図３】図３は、Ｘ−Ｘ線に沿った中空ブレードの拡大断面図である。
【図４】図４は、図３の一部を更に拡大した図である。
【図５】図５は、図３の一部の変形例を更に拡大した図である。
【図６】図６は、Ｘ−Ｘ線に沿った中空ブレード変形例の拡大断面図である。
【図７】図７は、本発明による中空ファンブレードを製造するための装置の図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  ターボファンガスタービンエンジン
１２  入口
１４  ファン区分
１６  コンプレッサ区分
１８  燃焼区分
２０  タービン区分
２２  排気区分
２４  ファン
２６  シャフト
２８  ファンロータ
３０  ファンブレード
３２  ファンケーシング
３４  ファンダクト
３６  コアエンジンケーシング
３８  ファン出口ガイドベーン
４０  エーロホイル部分
４２  前縁
４４  後縁
４６  圧力表面壁
４７  根元
４８  吸引表面壁
４９  プラットホーム
５０  キャビティ
５２  ウェブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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