(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジン用ブレードであって、
凹状壁と、凸状壁と、これらの壁間のキャビティ膜とを含む、超塑性形成した積層体を含み、前記キャビティ膜を前記壁間に積層する前の前記キャビティ膜はスロットを有しており、
前記凹状壁、前記凸状壁及び前記キャビティ膜は、超塑性変形プロセスを加えるとき、壁間にキャビティを形成するためにそれらの縁部に亘って結合することによって互いに固定される、ブレードにおいて、
前記スロットは、根元破砕及び変形を生じるために、超塑性変形によって形成された後、ブレードの根元部分を画定する部分内を、ブレードの根元部分から半径方向に前記キャビティに向かって開放平面を亘って延びる、ブレード。
【請求項２】
請求項１に記載のブレードにおいて、
前記スロットは平らである、ブレード。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のブレードにおいて、
前記スロットは長さが異なる、ブレード。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載のブレードにおいて、
前記キャビティはシールされている、ブレード。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載のブレードにおいて、
前記スロットは、前記キャビティ内に開放通路係合で延びている、ブレード。
【請求項６】
請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載のブレードにおいて、
前記スロットは、前記キャビティ内に開放通路係合で延びていない、ブレード。
【請求項７】
タービンエンジン用ブレードの製造方法であって、
前記ブレードの凹状壁及び凸状壁として夫々形成されるべき二つの壁パネルを取り出す工程と、
超塑性変形によって前記壁間にキャビティを持つブレードを形成するように前記壁パネル間に膜パネルを配置する工程とを含む、方法において、
根元破砕及び変形を生じるために、前記膜パネルを前記壁間に積層する前に、前記膜パネルの所定の位置に、前記超塑性変形プロセスによって形成された後にブレードの根元部分を画定する部分内をブレードの根元部分から半径方向に前記キャビティに向かって開放平面を亘って延びる形体のスロットを形成する、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、
前記壁及び前記膜は、拡散接合プロセスによって、それらの周囲に亘って互いに固定されている、方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の方法において、
前記スロットは、前記ブレードの所定位置に形成されており、これによって、前記スロットにより、前記ブレードの根元部分の変形を容易にする、方法。
【請求項１０】
請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載のブレードを含むタービンエンジン、又は  請求項７乃至９のうちのいずれか一項に記載の方法によって製造したブレード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ機械用ブレードに関し、更に詳細には、本発明はターボファンガスタービンエンジン用ファンブレードに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボファンガスタービンエンジンはファンを備えており、このファンは、ファンロータと、このファンロータに固定された、周方向に間隔が隔てられた半径方向外方に延びる多数のファンブレードとを含む。ファンは、ファンダクトを形成するファンケーシングによって取り囲まれている。ファンケーシングは、更に、これらのファンブレードがファンロータから外れてしまうという異常事態が生じたとき、ファンブレードのうちの一つ又はそれ以上を収容するように形成されている。
【０００３】
例えば鳥等の大きな異物と衝突することによってファンブレードがファンロータから外れたとき、外れたファンブレードが主ファンケーシング収容領域にぶつかる。ファンブレードは、一般的には、座屈作用により徐々に破壊される。ファンブレードの強度は、その先端から根元に向かって増大し、先端と根元との間の任意の位置、即ち根元を含むファンブレードの残りの部分は、もはや、座屈しない。ファンブレードの残りの部分は質量が大きく、加速されており、ファンケーシングの後ファン収容領域に衝撃を加える。
【０００４】
ファンブレードの残りの部分を収容するファンケーシングの後ファン収容領域に追加の材料を提供する必要がある。この追加の材料は、厚さの増大の形態、リブやハニカムライナ等の設置であってもよく、材料の塑性変形によって衝撃エネルギを散逸する。しかしながら、これらの後ファン収容領域保護方法は、ターボファンガスタービンエンジンに重量を追加し、これは、理想的には、回避しなければならない。
【０００５】
上述の問題点に対してとられた一つの方法は、英国特許第２３９９８６６号（ロールスロイス社）に記載されている。根元に貫通穴を設けた。これらの穴は、衝撃が加わったときに有用な撓みを生じ、ファンケーシングの後方部分に作用する負荷を低減する。従って、上文中に説明したように、ファンブレードの残りの部分に抵抗するため、ケーシングに追加の強化を提供する必要が小さい。残念なことに、この方法は、ブレードの根元を通ってブレードの表面間のブレードキャビティまで延びる穴を形成するため、ブレードに貫入した機械を使用することを必要とする。本質的には、変形を生じることにより、穴の周囲で根元が破壊することによって、又は少なくとも上文中に説明したように撓むことによってケーシングに伝達されるエネルギを低減する。
【特許文献１】英国特許第２３９９８６６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ドリルによる穿孔等により穴を形成する機械加工プロセスに関する問題点は、比較的高価な部品である工具がこの段階で壊れてしまうことである。更に、ブレード内に形成されたキャビティ内に穴がどのように繋がるのかは設計及び制御が困難であるということは理解されよう。更に、一般的には、穴が根元を通してキャビティまで設けられているため、キャビティはもはやシールされていない。従って、一般的には、使用中に流体がキャビティに侵入しないようにするために別の作業が必要とされる。最後に、ブレードの表面間のキャビティが根元の比較的低い位置まで延びている場合には、即ち根元が比較的薄い場合には、穴の導入により、高い応力が加わるブレードのこの領域に特定の問題が生じるということは理解されよう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、タービンエンジン用ブレードであって、凹状壁と、凸状壁と、これらの壁間のキャビティ膜とを含む、超塑性形成した積層体を含み、壁及びキャビティ膜は、超塑性変形プロセスを加えるとき、壁間にキャビティを形成するためにそれらの縁部に亘って結合することによって互いに固定される、ブレードにおいて、膜は、超塑性変形によって形成された後、キャビティに向かって延びるスロットを含む、ブレードが提供される。
【０００８】
一般的には、スロットは平らである。有利には、スロットは、ブレードの根元ベースから半径方向にキャビティに向かって延びる。代表的には、スロットは長さが異なる。一般的には、スロットはブレード用の解放平面の下を延びる。代表的には、キャビティはシールされている。場合によっては、スロットは、キャビティ内に開放通路係合で延びている。別の態様では、スロットは、キャビティ内に開放通路係合で延びていない。
【０００９】
本発明によれば、タービンエンジン用ブレードの製造方法であって、ブレードの凹状壁及び凸状壁として夫々形成されるべき二つの壁パネルを取り出す工程と、超塑性変形によって壁間にキャビティを持つブレードを形成するように壁パネル間に膜パネルを配置する工程とを含む、方法において、膜パネルを壁間に積層する前に、膜の所定の位置に、超塑性変形プロセスによって形成された後にキャビティに向かって延びる形体のスロットを形成する、方法が提供される。
【００１０】
代表的には、壁及び膜は、拡散接合プロセスによって、それらの周囲に亘って互いに固定されている。
一般的には、スロットは、ブレードの所定位置に形成されており、これによって、スロットにより、ブレードの根元部分の変形を容易にする。
【００１１】
次に、本発明の実施例を、例として、添付図面を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
上述のように、タービンエンジンに関し、特に航空機で使用する場合、重量が重要なァクタである。ブレードに過度の衝撃が加わることによって、破損が生じる場合があり、及び従って、ケーシングは、破片が航空機の翼やキャビンに穴を開ける可能性をなくすように、ブレードの破片を再び受け入れるため、十分に頑丈でなければならない。タービンエンジン用のブレードには、特に重量の軽減を図るためにブレードにキャビティを形成した場合には、その根元に向かって丈夫さが大きくなる性質がある。従来、ブレードは鋳造又は他の方法で型成形されていたが、いわゆる超塑性成形（ＳＰＦ）によって、代表的には、ブレードの構成要素の壁の縁部に亘って拡散接合によってブレードを形成することもできる。超塑性成形プロセスは周知であり、一般的には、壁パネルの縁部に亘って拡散接合し、次いで金型で変形し、これらの壁パネル間にキャビティが設けられたブレードを形成する。代表的には、縁部は、前縁や後縁等を形成するため、高精度で仕上げてある。一般的には、壁パネル間に一枚の膜が設けられる。この膜は、キャビティを含んでいてもよいし、前縁及び後縁並びに根元形成部用の及び強化体用の追加の材料をブレードの周囲に提供するため、平らなシートであってもよい。
【００１３】
図１及び図２のうち、図１の概略図には、ブレードを形成するために本発明に従って関連される壁パネル及び膜パネルが示してあり、図２には、形成されたブレードの根元部分を通る概略断面図が示してある。ブレードは、その形成後、全体として、壁パネル１及び２が提供する凸状表面及び凹状表面を有するということは理解されよう。
【００１４】
本発明によれば、膜パネル３にはスロット４が設けられている。これらのスロット４は、最終的に形成されたブレードの根元を形成する部分を延びる。これらのスロット４は、英国特許第２３９９８６６に関して上文中に説明したように、ブレードが外れてタービンエンジンのケーシングに叩くように衝撃を加えた場合に、前記根元部分によって、ヒンジ−亀裂変形を生じるように作用する。
【００１５】
製造プロセスに関し、壁１、２は、その間に膜パネル３を挟むように配置される。代表的には、パネル１、２、３の周縁を拡散接合プロセスで互いに固定した後、外方への膨張及び超塑性成形によって、パネル１、２間の中央部分にキャビティを形成する。代表的には、膜は、上述のように、ブレードを強化するため、キャビティに亘って延びるいわゆるラインコアを提供する。上述のように、スロット４は、本発明では、前記形成されたキャビティに向かって延びるが、実際には、キャビティ内に開放通路係合で延びていなくてもよい。これらのスロットの目的は、ブレード収容ケーシングが必要とされる丈夫さを低減するため、衝撃の作用により根元を破砕し変形させることである。目的が達成された場合には、スロットは、形成されたキャビティ内に開放係合で延びている必要はない。
【００１６】
図２は、本発明によるブレードの根元部分の概略断面図である。図１と比較して、５個のスロット２４が設けられており、スロットの数が図１に示すように３個ではないということに着目されたい。しかし、上述のように、スロットの数及び形体は、収容ケーシングの衝撃の問題を低減するための根元破砕及び変形を生じる目的で決まる。その結果、この目的を達成するため、スロットの数を変えてもよく、これらのスロットの位置を変えてもよい。図示のように、ブレード２０は、上文中に例示したように、膜パネル２３を間に挟んだ壁パネル２１、２２で形成された積層体を含む。図２の断面に示す根元部分では、本質的に中実の複合材料を形成するため、これらのパネル２１、２２、２３は、全て、互いに拡散接合されるということは理解されよう。この効果を例示するため、破線２５を使用した。しかしながら、実際には、このような境界は、視覚的に確認するのが困難である。
【００１７】
わかるように、スロット２４は、ブレード２０の根元部分の長さに沿って、全体に半径方向に延びるバンドをなして、壁パネル２１が形成する外圧力面と、壁パネル２２が形成する内吸引面２７との間を延びる。
【００１８】
図示のスロット２４は、各スロットの角度位置２８が必ずしも規則的でなく、根元空間での破砕並びに衝撃による変形を所望の通りに伝播するため、衝撃負荷の作用で破砕及び変形を発生するのに使用されるということは理解されよう。
【００１９】
各スロット２４の高さ即ち幅２９は、一般的には、壁パネル２１、２２間に挟まれて互いに拡散接合された膜２３の幅で決まるということは理解されよう。この高さ即ち幅２９は、衝撃の作用による根元区分の破砕に関する作動上の必要条件で決まる。
【００２０】
上述のように、スロットは、壁パネル２１、２２間で、全体として、半径方向に延びるバンドをなして延びる。このような場合には、上述のように、目的は、衝撃の作用により根元区分を破砕し変形することであり、従って、スロットの角度範囲１１は、必ずしも、根元部分内の全てのスロット２４について同じでない。同様に、スロット２４間の角度分離は、収容ケーシングとの衝撃の作用で破砕及び変形を発生するため、必要に応じて規則的であってもよいし不規則であってもよい。
【００２１】
中実の根元部分にドリルで穿孔した又は他の方法で穴を切り込んだ従来の構成と比較した場合、本発明により、応力が集中し易いスロットの数を根元部分で少なくでき、これにより、スロットの形成で工具が破損する可能性を小さくするということは理解されよう。本質的には、スロットを形成するために完成したプレートを機械加工する必要がない。従って、材料屑の無駄も大幅に減少する。
【００２２】
上述のように、ブレード２０を形成するための超塑性成形及び拡散接合プロセスにより、キャビティを形成できる。本質的に閉鎖キャビティであるキャビティを形成でき、従って、キャビティはシールされたままであり、ブレードの寿命中に流体が進入しないようにする。更に、キャビティがシールされたままであることにより、代表的な品質制御プロセスによってブレードの適合性を確認するため、従来の物理的タップ試験を使用できる。
【００２３】
上述のように、一般的には、超塑性成形及び拡散接合によるブレード製造プロセスにより、強化体を形成するため、形成壁間の膜の形態のライナコアウェブを使用する。本発明に従って形成したスロットは、これらのウェブにぶつからず、必要であれば、ブレードキャビティへの明確な入口を形成する。しかしながら、変形例では、スロットは、根元部分が収容ケーシングに加える衝撃負荷の作用による破砕及び変形に対する所望の傾向が達成される場合には、キャビティの手前で止まっていてもよい。
【００２４】
スロットは、本質的には、打ち抜き又は他の方法で、膜に、組み立て前に形成される。そのため、根元部分でのスロットの大きさ、形状、及び位置の範囲を非常に大きくできる。これは、従来の方法で使用されているように、穴の機械加工により行うことができるということは理解されよう。
【００２５】
図３は、本発明によるブレード３１の概略平面図である。この図では、キャビティを線３０で示し、スロットを線３４で示す。わかるように、キャビティ３０はブレード３１内の中央に位置決めされており、上文中に説明したように、壁パネル間で、超塑性成形及び拡散接合によって、及びブレード３１の周囲に亘って、拡散接合によって形成される。本質的には、キャビティ３０は、作動的機能性のためにブレードの凹状の壁面及び凸状の壁面を形成するため、横方向に、及び比例して膨張する。ブレードのエッジ１４、１５は、一般的には、前縁及び後縁として形成される。
【００２６】
図示のように、スロット３４がブレードの内部でキャビティ３０に向かって延びている。図３に示す実施例では、これらのスロット３４は、キャビティ３０との開放通路係合部３５まで延びているが、スロットは、予備成形した膜に形成されていてもよいということは理解されよう。これらのスロットが、根元部の破砕及び衝撃の作用による変形を助長する場合、キャビティ内に延びていない。
【００２７】
図３に示すように、一般的には、ブレードのキャビティ３０は、製造上の先行必要条件として、使用中に流体が浸入しないようにシールされている。
一般的には、ブレードの根元部分３６は、根元をブレード３１用の取り付けディスクと係合する手段を提供するため、賦形又は他の方法で形成されている。かくして、根元部分３６は、ブレード３１用のロータディスクマウントとこのように係合するため、Ｚ型形体又は樅の木形体を採用してもよい。こうした場合には、わかるように、使用されるブレード３１用の収容ライン即ち解放平面の下にスロット３４ａが延びている。いずれにせよ、収容ケーシングによる衝撃の作用により、根元を破砕し、破壊し、及び変形する。
【００２８】
ブレードを形成するために超塑性成形及び拡散接合を続いて行う上で、膜でスロットを使用することによって、遥かに広い範囲のスロット構造及び分布を使用できる。このような場合には、ドリルによる穿孔や切断機械によるその他の加工プロセスに限定されず、使用されるブレードの特定の必要条件に合わせて調整できるスロット及びブレードを設計できる。このような調整は、条件を比較することによって行うことができる。ブレードが容易に破砕する場合には、局所的塑性歪が減少するが、エネルギの伝達が現在と変わらない。しかし、塑性変形する材料の割合が多くなるように設計を変更した場合には、ケーシングに伝達されるエネルギが減少するけれども、局所的塑性歪は、相対的に不変である。
【００２９】
図４は、ファンケーシング４２による破損後の根元破片４１の衝撃態様を示す。かくして、破片は、全体にわかるように、凸状面４３及び凹状面４４を含む。このような方法により、ケーシング４２との前縁及び後縁の衝撃反応４５が発生する。破片４１にスロット４６を設けることによって、これらのスロットにより、曲げ４７及びヒンジング(hinging) ６が容易になり、その結果、破片４１が撓み、そして変形し、エネルギを散逸するということは理解されよう。この曲げ４７により、破片４１はケーシング４２に向かって撓み、破片４１とケーシング４２との間の衝撃面を増大し、衝撃接触面を増大する。更に、上文中に説明したように、スロット４６を中心として亀裂を生じることにより、破片を更に破砕することができる。いずれにせよ、曲げ４７により、破片４１の中央部分を矢印４８の方向に移動し、ケーシング４２との衝撃領域を増大する。
【００３０】
負荷支承面積の減少による公称応力の増大、及びスロットによる応力集中、及びコンプライアンスの増大により、塑性変形が増大し、亀裂散逸エネルギが増大する。最終的には、上述のように、スロット４６を中心とした塑性ヒンジ変形により、根元破片４１は平らになり、又は少なくとも比較的平らになり、ケーシング４２との衝撃接触面積を増大する。
【００３１】
当業者には、本発明の変形例は理解されよう。かくして、上述の実施例に例示したように、スロットは、全体として、膜に対して拡散接合した壁バンド間に挟まれた膜内の切欠きを含む。しかしながら、変形例では、これらのスロットは、機械的特性が大幅に異なる挿入体エレメントを含んでいてもよい。これによって、根元を本質的に堅固にするが、これらの挿入体材料は応力に対する反応が異なり、エネルギを損失するための破砕及び変形を生じ、従って、丈夫で重量のある収容ケーシングに対する必要性が減少する。更に、ケーシングとの衝撃負荷の作用による所望の破砕及び変形を助長するようにスロットを賦形し且つ分配することに加え、エネルギを散逸し及び／又は部分の根元破片に亀裂を生じる塑性変形を助長するように、スロットの縁部が特定の形状をなしていてもよいということもまた理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、超塑性成形及び拡散接合プロセスによってブレードを形成するために使用したパネルの概略図である。
【図２】図２は、本発明によるブレード根元部分の概略断面図である。
【図３】図３は、本発明に従って形成したブレードの概略正面図である。
【図４】図４は、タービンエンジン内のファンケーシングと衝突したブレード根元部分を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１、２  壁パネル
３  膜パネル
４  スロット
１４  スロット
２０  ブレード
２１、２２  壁パネル
２３  膜パネル
２４  スロット
２７  内吸引面
【図１】
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【図２】
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【図３】
0005406528.tif 000004
【図４】
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