(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦方向に延びる波形の隔壁、及び
内部に波形の隔壁が配置されるサンドイッチ構造の管状のコア部材、
を備え、波形の隔壁及び該管状のコア部材がセラミック基複合（ＣＭＣ）材料からなり、波形の隔壁と該管状のコア部材とが仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリを画定している、複合構造。
【請求項２】
複合構造が、第１及び第２の表面板と、それら表面板の間に配置された複数の仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリとを更に備えている、請求項１に記載の複合構造。
【請求項３】
仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリが側断面に半分にされた隅部を有している、請求項１に記載の複合構造。
【請求項４】
波形の隔壁に近接して該管状のコア部材内部に配置されたバルク吸音装置を更に備える請求項１に記載の複合構造。
【請求項５】
複合構造の作製方法であって、
縦方向に延びる波形の隔壁を準備することと、
波形の隔壁を硬化させることと、
サンドイッチ構造の管状のコア部材を形成することと
硬化させた波形の隔壁を該管状のコア部材内部に配置して仕切られた管状のコア部材アセンブリを形成することと
を含む方法であって、波形の隔壁を準備することが波形の隔壁をセラミック基複合（ＣＭＣ）材料から形成することを含み、該管状のコア部材を形成することが該管状のコア部材をＣＭＣ材料から形成することを含み、該管状のコア部材内部に波形の隔壁を配置することが、仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリを形成する、方法。
【請求項６】
第１の表面板と第２の表面板との間に複数の仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリを配置することを更に含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
波形の隔壁を該管状のコア部材内部に配置することに先立って、バルク吸音装置を波形の隔壁の近位に配置することを更に含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
バルク吸音装置を配置することが、バルク吸音装置を剛性化して、剛性化したバルク吸音装置のブロックを波形の隔壁に結合することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
該管状のコア部材内部に波形の隔壁を結合することを更に含む請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般的には複合構造と、関連する作製方法とに関し、具体的には、種々の高温排気浄化構造を含む、セラミック基複合（ＣＭＣ：ceramic matrix composite）材料から製造される複合構造と、それに関連する作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のジェットエンジンの排気系統の多数の構成要素と、その他の高温排気浄化構造は、チタン合金から作製されている。チタン合金は多数の有利な材料特性を有するが、次世代のジェットエンジンの排気系統の温度は、チタン合金から作製される構成要素の耐用年数を不十分なものにしうるレベルに達することが予想される。これに関して、歴史的な趨勢として、ジェットエンジンは、世代が新しくなる度に、エンジン設計者が高い熱力学効率を向上させようとして、それ以前の世代より高温の排気ガスを排出するようになっている。しかしながら、次世代のジェットエンジンに予測される１０００°Ｆを超えるような排気系統の温度では、排気系統のノズル及び排気系統のセンターボディ、並びにその他の高温排気浄化構造のようなチタン合金から作製された排気系統の構成要素は、比較的早く酸化して、構成要素の耐用年数を短縮しうるため不利である。
【０００３】
排気系統のノズル及び排気系統のセンターボディといった従来の排気系統の多数の構成要素は、ハニカムコアサンドイッチの形態で構築されている。これに関して、これらの排気系統の構成要素は、ハニカムコアの両側に一つずつ配置される一対のチタン合金の表面板を含むことができ、このハニカムコアもチタン合金から形成することができる。エンジンから発生する雑音を低減するために、排気系統の構成要素の一部はヘルムホルツ共鳴器を含むことができる。ヘルムホルツ共鳴器を提供するために、排気ガスの高速流に隣接するチタン合金製表面板に、例えば穿孔によって、ミシン目又はその他の穴を画定することができる。チタン合金の表面板により画定されたミシン目又はその他の穴は、ハニカムコアの対応するセルに向かって開口する。ハニカムセルの形状を適切に調節することによって、エンジンから発生する雑音を有利に低減することができる。
【０００４】
１０００°Ｆを超える温度のような、更に高い温度に耐えることができる排気系統の構成要素及びその他の高温排気浄化構造を提供しようと、高温貴金属合金からなる構成要素が提案された。しかしながら、インコネル７１８、レネ（Rene）４１、及びコロンビウム合金といったこのような高温貴金属合金は、チタン合金から作製された類似の構成要素に対して重く、望ましくない。エンジンを含む航空機の重量は、航空機の性能及び運用コストの両方に関して主要な懸案事項であるため、対応するチタン合金の構成要素より重い高温貴金属合金から形成された排気系統の構成要素及びその他の高温排気浄化構造を使用することが望ましい解決法であるかは未だ証明されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、構成要素の耐用年数を大きく短縮することなく、１０００°Ｆを超える排気ガス温度に耐えることのできる、ノズル及びセンターボディのような排気系統の構成要素と、その他の高温排気浄化構造とを提供することが望ましい。加えて、そのような高い排気ガス温度に耐えることができるが、対応するチタン合金製構成要素より重量が大きくないのでエンジンの重量を増加させない、ノズル及びセンターボディのような排気系統の構成要素と、その他の高温排気浄化構造とを提供することが有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
したがって、本発明の実施形態は、セラミック基複合（ＣＭＣ）材料を含みうる複合構造及び関連する排気浄化構造を提供することにより、複合構造の耐用年数を有意に短縮することなく、且つ対応するチタン合金製の構成要素と比較して排気浄化構造の重量を増大させることなく、次世代の航空機エンジンの排気ガスにより生成される可能性のある１０００°Ｆを超える温度に対する耐性を複合構造に付与することを可能にする。本発明の他の実施形態によれば、やはりＣＭＣ材料を含みうる複合構造の作製方法も提供され、それにより、例えばＣＭＣ材料から、１０００°Ｆを超える温度に耐えることができるエンジン排気系統の構成要素及びその他の高温排気浄化構造を作製することを可能にする。
【０００７】
一実施形態では、波形の隔壁を含む複合構造が提供され、この隔壁は、縦方向に延びており、且つＣＭＣ材料からなることができる。この複合構造は、やはりＣＭＣ材料から形成することができる、サンドイッチ構造の管状のコア部材も含み、該サンドイッチ構造の管状のコア部材の中には波形の隔壁が配置される。波形の隔壁及びサンドイッチ構造の管状のコア部材は、仕切られた管状コア部材アセンブリ、例えば仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリを画定する。結果として得られる仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリは、側断面に、半分にされた隅部を有する。一実施形態では、本複合構造は、第１及び第２の表面板と、それらの表面板の間に配置された複数の仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリとを含む。
【０００８】
一実施形態の複合構造は、波形の隔壁に近接して管状のコア部材の内部に配置されたバルク吸音装置も含んでいる。このバルク吸音装置は、波形の隔壁の屈曲部に分散配置することができる。バルク吸音装置はセラミック材料から形成することができる。
【０００９】
別の実施形態によれば、一の壁部材と、この壁部材の上に配置された複数の仕切られた管状コア部材アセンブリとを含む排気浄化構造が提供される。仕切られた管状コア部材アセンブリの各々は、壁部材に沿って縦方向に延びる。加えて、仕切られた管状コア部材アセンブリの各々は、別の仕切られた管状コア部材アセンブリの側方に隣接して配置される。更に、仕切られた管状コア部材アセンブリの各々は、ＣＭＣ材料から形成可能で、且つ縦方向に延びる波形の隔壁と、やはりＣＭＣ材料から形成可能で、且つ内部には波形の隔壁が配置される管状のコア部材とを含む。
【００１０】
一実施形態の壁部材は、壁部材に沿って縦方向に間隔を置いて位置する複数のセクションを画定する。この実施形態では、複数の仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリは、壁部材の各セクション上に配置される。仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリの各々は、壁部材の対応するセクションに沿って縦方向に延びることができる。加えて、仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリの各々は、壁部材の対応するセクションの内部において、別の仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリの側方に隣接して配置することができる。これに関して、仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリの各々の高さは、仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリを横並びに配置し易くするために、縦方向に変化させることができる。
【００１１】
上述のように、仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリの各々は、セラミック材料から形成可能なバルク吸音装置も含むことができる。このバルク吸音装置は、波形の隔壁に近接してＣＭＣ材料の管状のコア部材の内部に配置される。一実施形態では、バルク吸音装置は、波形の隔壁の屈曲部に分散配置される。この実施形態の排気浄化構造は、複数の仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリの両側にそれぞれ配置される第１及び第２の表面板も含むことができる。仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリの各々は、側断面に、半分にされた隅部を含むことができる。
【００１２】
本発明の別の実施形態により、複合構造の作製方法も提供される。この実施形態の方法は、ＣＭＣ材料から形成可能な、縦方向に延びる波形の隔壁を提供する。このような波形の隔壁は、硬化された後、やはりＣＭＣ材料から形成可能な管状のコア部材の内部に配置される。次いで、波形の隔壁は、管状のコア部材内部に結合されて、仕切られた管状コア部材アセンブリ、例えば仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリを形成することができる。
【００１３】
バルク吸音装置は、例えばバルク吸音装置を波形の隔壁の屈曲部に分散させることにより、波形の隔壁に近接させて配置することができる。このように、一実施形態の方法は、第１の表面板と第２の表面板との間に複数の仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリを配置することにより、例えば排気浄化構造を作製することを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
上述では一般的な用語で説明を行った。後述では添付図面に言及する。添付図面の縮尺は必ずしも正確ではない。
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態による、セラミック基複合（ＣＭＣ）材料から形成された波形の隔壁と、この波形の隔壁に対して配置された複数の硬化吸収ブロックとの斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態による複合構造の斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態による、複数の仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリを含む複合構造の斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による、内部外板上に配置された複数の仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリを有するエンジン排気系統のノズルを示す。
【図５】本発明の一実施形態による一組の完全なＣＭＣ管状コア部材アセンブリを含む図４の排気系統のノズルの斜視図であって、外側の外板を被せる前の状態を示す。
【図６】本発明の一実施形態による複数のセクションを含むセンターボディの斜視図であり、各セクション内に複数の仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリが横並びに配置されている。
【図７】本発明の一実施形態による複合構造の作製方法のフローチャートを示す。
【図８】航空機の製造及び整備の方法のフローチャートを示す。
【図９】航空機のブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
後述では、添付図面を参照して、本発明の実施形態について更に詳細に説明する。添付図面には幾つかの実施形態が示されているが、全ての実施形態が示されているわけではない。実際、これらの実施形態は、多数の異なる形態で実現することができ、本明細書に記載の実施形態に制限されることはない。むしろ、これらの実施形態は、本開示内容が適用される法律的要件を満たすことを目的に提供されている。全図面を通じて、同様の参照番号は同様の要素を指す。
【００１７】
後述のように、広い用途に利用可能な複合構造１０が提供される。耐用年数の有意な短縮を招くこと無く１０００°Ｆを上回るような比較的高い温度に対する耐性を有する故に、複合構造１０は高温での用途に特に有用である。加えて、本発明の幾つかの実施形態による複合構造１０は、貴金属合金から形成された従来の構造よりも優れた構造的及び音響的な性能を提供するように設計することができる。更に、本発明の幾つかの実施形態の複合構造１０は、耐損傷性の観点から、管状コア部材開口式コア構成といった他の幾つかのサンドイッチＣＭＣ構成より優れている。したがって、一実施形態の複合構造１０を利用して、航空機のエンジン、並びに後方フェアリングの断熱構造及びスラストリバーサーの内壁といったその他の高温排気浄化構造の、排気系統のノズル及び／又はセンターボディのような種々のエンジン排気系統の構成要素を形成することができる。
【実施例】
【００１８】
図１に示すように、本発明の一実施形態による複合構造１０は、セラミック基複合（ＣＭＣ）材料から形成可能な波形の隔壁１２を含む。当業者には既知であるように、ＣＭＣ材料は、セラミック基に結合されたほぼ連続する繊維から形成される強化セラミック材料である。この繊維は、テープ又は布の形態にすることができ、限定されないが、炭化ケイ素、アルミナ、アルミノケイ酸塩、アルミノホウケイ酸塩、炭素、窒化ケイ素、ホウ化ケイ素、ホウ化窒化ケイ素、及び同様の材料から形成される繊維を含むことができる。セラミック基は、限定されないが、アルミノケイ酸塩、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭素、及び同様の材料から形成される基質を含むことができる。一実施形態では、ＣＭＣ材料は、アルミノケイ酸塩基質、即ち、酸化物／酸化物ＣＭＣ中に含まれるアルミナ繊維からなる。別の実施形態では、ＣＭＣ材料は、炭化ケイ素基、即ちＳｉＣ／ＳｉＣ  ＣＭＣに含まれる炭化ケイ素繊維からなっていてよい。
【００１９】
上述のように、波形の隔壁１２は、波形により、長手方向又は縦方向１３に延びる相対的に波状のパターンを画定している。波形の隔壁１２は、端と端を繋ぐように配置された二つ以上の波形セクションから形成することができるが、一実施形態の波形の隔壁１２は、複合構造１０の一方の端部から他方の端部まで、縦方向１３に連続して延びる。波形の隔壁１２は真の波形状を画定することができるが、図示の実施形態の波形の隔壁１２は、複合構造１０の両側面近傍の概ね平面状のウェブを介して互いに接合された複数の直線状セグメントから構成されている。したがって、図示の実施形態の波形の隔壁１２は、先端が切られたＶ字形状を有するセクション又は屈曲部１２ａを複数個画定しており、これらのセクション又は屈曲部は、互い違いの方向に向き、且つ互いに接合されて縦方向１３に沿って延びている。例えば、限定しないがアルミニウム製又はスチール製のツールといったメス型ツール上への配置により、波形の隔壁１２を所望の波形形状に形成した後、この波形の隔壁１２を硬化させる。図７の例示的方法４０の工程４２及び４４を参照されたい。これに関して、特定の硬化プロセスは必要でないが、酸化物／酸化物ＣＭＣ構造は一般的に二段階式プロセスで硬化される。約３５０°Ｆの温度で行われる最初の硬化により、構造は十分に強化されるので成層ツールから除去することができる。処理の第２段階である焼結は、５００°〜２２００°Ｆのような更に高温で、構造を静置して、或いは部分的に支持して、行われる。
【００２０】
複合構造１０は、波形の隔壁１２の近傍に配置されたバルク吸音装置１４も含むことができる。図７の工程４６を参照されたい。全ての複合構造にバルク吸音装置１４が必要なわけではないが、バルク吸音装置１４は一般的に雑音を吸収するように設計されているため、消音目的で設計されている本発明の実施形態による複合構造は、通常図示及び後述するようなバルク吸音装置１４を含む。バルク吸音装置１４は、限定されないが繊維状セラミック材料を含む種々の材料から形成することができる。バルク吸音装置１４は、有利には、複合構造１０の構築中に使用される温度に耐えられる材料から形成される。加えて、バルク吸音装置１４は、例えば音響エネルギーを廃熱に変換することにより、音響エネルギーを効率的に放散させるように設計することができる。例えば、バルク吸音装置１４は、限定されないが、音響振動によって励起されると共振する片持梁及び／又は間隔を空けて支持された梁又は板のような構造を含むことができる。したがって、バルク吸音装置１４は、前述の共振構造を含むことができるフェルト、緩く織られた材料、及び／又は発泡剤から形成することができる。バルク吸音装置１４は、適切に吸音するために複合構造を使用する間は非剛性でありうる。しかしながら、一部の製造工程では、図７の工程４６に示すように、バルク吸音装置１４に、例えば当業者に既知の可塑材を含む有機物のような一過性のマトリックス材料を注入することにより、バルク吸音装置１４を一時的に剛性化することが有利でありうる。図示の実施形態では、例えば、剛性化したバルク吸音装置１４は、複数の剛性化されたブロックを含むことができ、これらのブロックが、波形の隔壁１２に分散配置されるバルク吸音装置１４を形成する。例えば、図１に示すように、バルク吸音装置１４を形成する剛性化させたブロックは、波形の隔壁１２の各波形の内部にぴったりと嵌合する大きさ及び形状を有することができる。バルク吸音装置１４を形成する剛性化ブロックを波形の隔壁１２に結合させることにより、図１及び図７の工程４６に示すようなサブアセンブリを形成することができる。その後、焼結ステップの間に、一過性材料は、構造の開口部を通って又は多孔質のＣＭＣシェルを通って昇華又は漏出する。一般には、剛性化させた吸収材は雑音を有効に低減できないため、複合構造１０が使用に供されて以降は、バルク吸音装置１４は非剛性でなければならない。
【００２１】
波形の隔壁１２に加えて、図２及び図７の工程４８に示すように、サンドイッチ構造の管状のコア部材１６も形成される。本発明の実施形態によれば、一又は複数のサンドイッチ構造の管状のコア部材１６は、酸化物／酸化物又はＳｉＣ／ＳｉＣのようなＣＭＣ材料から形成することができ、したがってここでは例としてＣＭＣ管状のコア部材１６と呼ぶが、限定するものではない。各ＣＭＣ管状のコア部材１６は、マンドレル上に形成することができ、限定しないが例えばアルミニウム製のマンドレル上に形成することができる。次いで、ＣＭＣ管状のコア部材１６は、例えば上述の二段階式の工程により真空バギング及び硬化される。その後、マンドレルはＣＭＣ管状のコア部材１６から取り外され、図７の工程５０により行われるように、波形の隔壁１２がＣＭＣ管状のコア部材１６内に挿入されて管状のコア部材内に結合される。一実施形態では、波形の隔壁１２は硬化すると個々のＣＭＣ管状のコア部材１６より幅が広くなり、これによって波形の隔壁１２は硬化後に縦方向に延びるストリップに食い込み、各ストリップが対応するＣＭＣ管状のコア部材１６に挿入されて結合されうる。
【００２２】
図２に示すような波形の隔壁１２及び管状のコア部材１６の組み合わせを、仕切られた管状コア部材アセンブリ１５と呼ぶ。一実施形態によりＣＭＣ材料から波形隔壁１２及び管状のコア部材１６を構成した結果、仕切られた管状コア部材アセンブリ１５は、ここで例えば仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリ１５と呼ばれるが、限定されるものではない。ＣＭＣ管状のコア部材１６は、側断面において複数の異なる形状を有するように形成することができる。例えば、ＣＭＣ管状のコア部材１６は、側断面において台形形状を有するように形成することができる。別の構成では、ＣＭＣ管状のコア部材１６は、図２に示すように、側断面においてもっと長方形に近い形状を有するように形成することができる。例えば、図２に示すように、仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリ１５は、半分にされた隅部１５ａを有することができる。
【００２３】
本発明の実施形態の複合構造１０は、有利には、構造的、音響的、及び耐損傷性の問題に同時に対処するものであり、且つ構造自体の耐用年数を有意に短縮させることなく、ジェットエンジンの排気系統に特有の環境など、高温の環境において使用することが可能である。これに関して、縦方向１３に延びる波形の隔壁１２と、剛性化させた形態のバルク吸音装置１４との組み合わせによって、縦方向１３と、複合構造１０全体の横方向との両方において、雑音の伝播が低減される。その細長い形状により、本発明の実施形態の複合構造１０は、縦方向１３に実質的な強度及び剛性を有する。更に、波形の隔壁１２と、それを取り囲むＣＭＣ管状のコア部材１６のプライとをＣＭＣ材料から形成することにより、複合構造１０は、縦軸１３にほぼ垂直な横方向にも実質的な強度と剛性とを有する。加えて、波形の隔壁１２は耐損傷性を向上させることができる。例えば、波形の隔壁１２は、複合構造１０の側面の一つを貫通する物体が複合構造１０を通過する間に大きなエネルギーを失う見込みを保証するか又は少なくとも増大させることができる。これに関して、複合構造１０の耐損傷性は、波形の隔壁１２の屈曲部１２ａの間隔を縮めて及び／又は波形の隔壁１２の厚みを増大させて耐損傷性を上昇させることにより、或いは屈曲部１２ａの間隔を広げて及び／又は波形の隔壁１２の厚みを低減して耐損傷性を低下させることにより、調整可能である。したがって、複合構造１０により、有利な、構造的、音響的、及び耐損傷性の特徴が提供される。
【００２４】
図３−６に関連して後述するような排気系統の用途では、空力学的性能及び修理可能性の両面から、衝撃による損傷を、単一の表面板１８と、その下方に位置する複合構造１０から形成されるコアとに制限することが有利である。一方の表面板１８だけが貫通しているのであれば、構造１０は依然として二つの排気流を分離することができる。また、一方の表面板１８への損傷は、両方の表面板１８を貫通する損傷よりも、現場で修理することが容易である。一方の表面板１８ａのみが貫通されている場合、裏側の表面板１８ｂを使用して様々に強化されたスラリー混合物を収容し、次いで強化スラリー混合物を所定の位置で十分に硬化させることにより、当該部品を使用に復帰させることができる。損傷が両方の表面板１８を貫通している場合、この部品には再加工が必要でありうる。このために、耐損傷性の観点から、微細なセル状コアは、もっと大きな開口を有するコア構造より優れている。同様に、厚い壁部を有するコアは、壁部の薄いコアよりも、貫入物を浅い箇所で停止させる可能性が高い。耐損傷性の需要は、飛行構造の重量を最小化する需要とバランスさせる。本発明の実施形態の波形の隔壁１２は、耐損傷性と重量とを調整して、所定の用途のために最適なコアを設計することを可能にする。
【００２５】
更に、複合構造１０は、製造可能であるような設計を有している。これに関して、ＣＭＣ材料から形成された波形の隔壁１２は、適切な形状を有することができる。波形の隔壁１２は、例えば、限定されないが、内部に機械加工された屈曲形状を有するスチールのブロックといった、従来の高分子基質複合成層に使用される種類のツールのような成層ツール上で硬化させることができる。手動で屈曲部１２ａをＣＭＣプリプレグで覆うためには時間を要するため、製造補助を使用することにより、ツール上に配置する前にＣＭＣプリプレグの事前設定を行うことができる。一実施形態では、製造補助は一対のコーム、即ち、隔壁の波形に所望の間隔で、長い基部に取り付けられた平行なペグとすることができる。このコームは、次いで、それらの相対運動の範囲を案内及び制御する枠に取り付けられる。使用時には、長いストリップ状のプリプレグ材料をコームの間に配置し、コームのペグが他のコームのペグの間を通過するようにコームを動かすことにより、成層ツールがスムースに覆われるようにプリプレグの繊維を正確な形状に形成する。次いで、波形の隔壁１２を上述のように硬化させることができる。ここで、剛性化させた形態又は非硬化形態の波形の隔壁１２の個々の波形の間にバルク消音装置１４を挿入することができる。一実施形態では、その後、波形の隔壁１２及びバルク吸音装置１４を、上述のようにして事前に形成及び硬化してあったＣＭＣ管状のコア部材１６に挿入して管状のコア部材内部に結合させて、仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリ１５を形成することができる。別の構成では、管状のコア部材１６は、一過性のツーリング材料で少なくとも部分的に満たされた事前に硬化させた波形の隔壁１２の周囲に所定の位置で巻き付けることができ、結果として得られる複合構造１０に提供される音波減衰の必要性に応じて、バルク吸音装置を含んでも、含まなくともよい。ここでは特定の構成方法について記載したが、本発明の複合構造１０は様々な方法で製造することができる。
【００２６】
複合構造１０が形成及び硬化された後では、一又は複数の事前硬化された複合構造１０は、通常は、一対の表面板１８の間に配置されて、図３−６及び図７の工程５２に示して後述するような、結果として得られる構造アセンブリ１９を形成する。必要に応じて、やはり一般的にＣＭＣ材料から形成される、図３に示すような隅肉又はヌードル１７を、仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリ１５同士の間のノード又はコーナーに配置又は挿入することができる。表面板１８は、種々の異なる材料から構成することができるが、一実施形態では、波形の隔壁１２及びＣＭＣ管状のコア部材１６を形成するものと同じＣＭＣ材料など、ＣＭＣ材料から構成することもできる。次いで、構造アセンブリ１９は、オートクレーブ内において１００ｐｓｉ以下の圧力及び４００°Ｆ以下の温度で真空バギング及び硬化される。次いで、構造アセンブリ１９をオートクレーブ及び真空バッグから取り出し、その後圧力無しで、温度を上げ、５００°〜２２００°Ｆに亘りうる段階式プロファイルを用いて焼結する。複合構造１０は、図２に示すような長方形、又は台形に形成することができる。当業者には明らかであるように、複合構造１０は、複合構造１０が用いられる用途に応じて他の形状を有することができる。更に、仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリ１５は、互いに対して隣接するように包装するか、又は表面板１８の間に間隔を空けて配置することができる。したがって、実施形態により、縦方向に延びるＣＭＣ管状のコア部材１６を波形の隔壁１２の追加によって増強した構造アセンブリ１９が提供される。結果として得られる構造アセンブリ１９は、管状の仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリ１５からなるシヤーを有する集合であり、アセンブリは典型的にはほぼ平行に延びている。管状のコア部材１６の断面形状は、表面板１８間の空間を収容するために、その長さに亘って変化させることができる。管状のコア部材１６は、典型的には、主要な負荷を支持するコア部材である。仕切られたＣＭＣ管状コア部材アセンブリ１５の基本的な利点は、サンドイッチ構造の表面板１８への結合のために大きな表面積を提供することである。ハニカムなどの競合するコアの選択肢は、縁を結合しなければならず、これをＣＭＣ材料で行うことは困難である。上述のように、波形の隔壁１２は、少なくとも三つの機能を果たすことができ、すなわち、管状のコア部材１６の長さに沿って音響波の伝達を遮断でき、管状のコア部材１６を側方に硬化させることができ、且つサンドイッチ構造の厚みが貫通されることに抵抗することにより、耐損傷性を向上させることができる。更に、製造可能性のために、波形の隔壁１２は、ＣＭＣ材料からなる単一の波形ストリップから形成することができる。
【００２７】
本発明の実施形態の複合構造１０は種々の用途に利用できるが、一実施形態の複合構造１０は、図４−６に示すように、エンジンの排気系統の構成要素、又はその他の高温排気浄化構造２０の一部を形成する。したがって、本発明の実施形態は、図８に示すような航空機の製造及び整備方法１００と、図９に示すような航空機１０２との観点から説明することができる。生産の前段階の間に、例示的方法１００は、航空機１０２の仕様及び設計１０４と、材料調達１０６とを含むことができる。生産段階では、航空機１０２の構成要素及びサブアセンブリの製造１０８と、システムインテグレーション１１０とが行われる。その後、航空機１０２は、認可及び納品１１２を経て就航１１４される。顧客により運航される間、航空機１０２は定期的なメンテナンス及び整備１１６を受ける（改修、再構成、改装なども含む）。
【００２８】
方法１００の各工程は、システムインテグレーター、第三者、及び／又はオペレーター（例えば顧客）により実行されうる。本明細書の目的のために、システムインテグレーターは、限定されないが、任意の数の航空機製造者及び主要なシステム下請業者を含みうる。第三者は、限定されないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含みうる。オペレーターは、航空会社、リース会社、軍事団体、行政機関などでありうる。
【００２９】
図９に示すように、例示的方法１００により製造された航空機１０２は、複数の系統１２０及び内装１２２を有する機体１１８を含むことができる。高レベルの系統１２０の実施例は、一又は複数の推進系統１２４、電気系統１２６、油圧系統１２８、及び環境系統１３０を含む。任意の数のその他の系統が含まれてよい。やはり図９に示すように、推進系統１２４は、図４−６の排気浄化構造２０を含むことができ、この排気浄化構造２０は図１−３の複合構造１０を含んでいる。航空宇宙産業における一実施例を示したが、本発明の原理は自動車産業などの他の産業にも適用可能である。
【００３０】
ここに具体的に示した装置及び方法は、製造及び整備方法１００の一又は複数の任意の段階で利用することができる。例えば、製造工程１０８に相当する構成要素又はサブアセンブリは、航空機１０２が運航されている間に製造される構成要素又はサブアセンブリと同様の方法で作製又は製造することができる。また、例えば、航空機１０２のアセンブリを実質的に効率化することにより、又は航空機１０２のコストを削減することにより、装置の実施形態、方法の実施形態、或いはそれらの組み合わせのうちの一又は複数を製造段階１０８及び１１０の間に利用することができる。同様に、装置の実施形態、方法の実施形態、或いはそれらの組み合わせのうちの一又は複数を航空機１０２が運航される間に利用して、例えば、限定されないが、メンテナンス及び整備１１６を行うことができる。
【００３１】
上述の航空機の製造及び整備方法の観点から、一実施形態の複合構造１０は、排気系統のノズルのような排気浄化構造２０の一部を形成することができる。図４及び５に示すように、排気浄化構造２０は、内部表面板１８ａ（図３）のような、前縁２２ａから反対側の後縁２２ｂまで延びる壁部材２２を有するエンジン構成要素とすることができる。この場合、各複合構造１０も、排気浄化構造２０の前縁２２ａ近傍の前縁１０ａから、排気浄化構造２０の後縁２２ｂ近傍の後縁１０ｂまで延びるように、排気浄化構造２０を覆うように複数の複合構造１０を並べて配置することができる。図４及び５に示す実施形態の排気浄化構造２０の作製に使用される複合構造１０は、直方体ではなく、図１に示すもののように、テーパーの付いた形状を有している。即ち、前縁２２ａから後縁２２ｂまでに亘る縦方向１３において、複合構造１０の高さは、はじめは最大の高さ２１まで増大し、その後徐々に減少して後縁２２ｂの高さに到る。複合構造１０は、他の用途では、必要に応じて他の形状を有することができる。複合構造１０は、並べて配置されて排気浄化構造２０の全周囲に亘って延びる。複合構造１０が壁部材２２の上に配置された後、別の表面板１８ｂ（図３）、例えば外板を複合構造１０の上に配置することができる。内側の表面板１８ａ及び外側の表面板１８ｂも、酸化物／酸化物ＣＭＣ又はＳｉＣ／ＳｉＣ  ＣＭＣといったＣＭＣ材料から形成することができ、図４に関連して上述したように、外側の表面板１８ｂが上に配置された後、内側の表面板１８ａ及び外側の表面板１８ｂは硬化される。
【００３２】
エンジンから発生する雑音を低減するために、複合構造１０の壁部材２２及びＣＭＣ管状のコア部材１６を貫通する一又は複数の穴のようなミシン目を形成することができる。このようにすることで、排気浄化構造２０を通過する排気ガスの高速流のような気流は、複合構造１０の内部、即ち波形の隔壁１２及びバルク吸音装置１４と連通し、この内部構造が、排気浄化構造２０を通過する気流に関連する雑音を放散させるように機能する。
【００３３】
別の実施例では、複合構造１０は、センターボディ３０の構築に利用できる。図６に示すように、エンジンの排気系統のセンターボディ３０は、円錐台形状を有することができる。このような形状を有することにより、センターボディ３０の上に配置される複合構造１０には、それら複合構造１０を互いに密着して配置するために、前縁１０ａから後縁１０ｂに向かってテーパーを付けることが好ましい（図４）。テーパーを低減又は排除して製造工程を簡略化するために、互いに密着はしなくとも複合構造１０を確実に互いに近接して配置することにより、複合構造１０の音響特性及び耐損傷性を利用すると共に、センターボディ３０を複数のセクション３２又はベイに分割することができる。各セクション３２は、センターボディ３０の周囲に延びて、それぞれセンターボディ３０の異なる縦方向の部分を画定する。
【００３４】
各セクション３２の内部には、センターボディ３０の内側の表面板１８ａ（図３）のような壁部材３４の上に、各複合構造１０が対応するセクション３２の前縁３２ａ近傍の前縁１０ａから対応するセクション３２の後縁３２ｂ近傍の後縁１０ｂまで延びるように、複数の複合構造１０を並べて配置することができる。センターボディ３０をセクション３２に分割したことにより、複合構造１０がセンターボディ３０の長さの全部又は大部分に亘って延びる必要がないので、縦方向の複合構造１０のテーパーを低減又は排除することができる。これにより、複合構造１０は、比較的真っ直ぐに作製しながら、密着させることはできなくても依然として互いに近接して配置することができるので、十分な構造特性、音響特性、及び耐損傷性を提供することができる。図５の排気浄化構造２０のように、複合構造１０を覆うように外側表面板１８ｂ（図３）を配置して、センターボディ３０の作製を完了することができる。図５の排気浄化構造２０のように、内側の表面板１８ａ及び外側の表面板１８ｂも、酸化物／酸化物ＣＭＣ又はＳｉＣ／ＳｉＣ  ＣＭＣのようなＣＭＣ材料から形成される。
【００３５】
当業者であれば、本明細書に記載された実施形態に関連して、上述の説明及び添付図面に示された教示の利点を有する、多数の修正例及び他の実施形態を想起するであろう。したがって、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されず、且つそのような修正例及び他の実施形態は特許請求の範囲に含まれる。例えば、特定の作製技術が記載されていても、複合構造１０は他の方法で形成することができ、例えば、管状のコア部材の半分を形成して個別のツーリングで部分的に硬化した後で波形の隔壁１２を挿入する作製方法で形成することができる。本明細書において使用されている特定の用語は、一般的な意味で且つ説明を目的として使用されているにすぎず、限定を目的としていない。
【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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【図８】
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【図９】
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