(57)【要約】【課題】比較的複雑な軸方向輪郭を有するようにその幾何形状が一貫して製作されなければならないファンブレードシュラウド用のアブレイダブルパネルに対して、ターボファンエンジンのＳＦＣを改善すると共に、材料費及び人件費を削減すること。【解決手段】ニアネットシェイプパネル及びこれにより形成されるパネルを製作する方法。本方法は、未硬化の膨張可能発泡材料を含む複数のプライのスタックを備えるようにプリフォームを形成するステップを含む。プリフォームは、プライの数及び／又は体積が互いに異なる領域を有する。次いで、プリフォーム及びそのプライが制約された体積内で硬化され、アブレイダブルパネルを製作する。硬化ステップによって、膨張可能発泡材料を膨張させ、制約された体積は、プリフォームの領域内のプライの数及び体積によりパネル内のゾーンが異なる密度及び／又は厚みを有するようになるサイズにされる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニアネットシェイプのパネルを製作する方法であって、
未硬化の膨張可能発泡材料を含む複数のプライのスタックを備え、前記プライの数及び／又は体積が互いに異なる少なくとも第１及び第２の領域を有するように形成されたプリフォームを形成するステップと、
次いで、制約された体積内で前記プライを硬化して、前記プリフォームの第１及び第２の領域によって形成された第１及び第２のゾーンを有するニアネットシェイプパネルを製作するステップと、
を含み、前記硬化ステップによって前記膨張可能発泡材料を膨張させ、前記制約された体積は、前記プリフォームの第１及び第２の領域内の前記プライの数及び体積により前記ニアネットシェイプパネルの第１及び第２のゾーンが異なる密度及び／又は厚みを有するようになるサイズにされる、方法。
【請求項２】
前記ニアネットシェイプパネルの第１及び第２のゾーンが異なる密度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ニアネットシェイプパネルの第１及び第２のゾーンが、異なる密度及び厚みを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記プリフォームの第１の領域が、前記プリフォームの第２の領域よりも多くの数及び体積のプライを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ニアネットシェイプパネルの第１のゾーンが、前記第２のゾーンよりも高密度で薄肉である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記硬化ステップ中に、前記プリフォームの第１及び第２の領域が、少なくとも１つの異なる硬化条件に曝され、前記プリフォームの第１及び第２の領域内での前記膨張可能発泡材料の膨張が、前記プリフォーム内での異なる割合及び／又は程度の体積膨張を受けるようになる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記硬化ステップがモールド内で実施され、前記制約された体積が前記モールド内のモールドキャビティである、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記プリフォームの第１及び第２の領域が、前記モールドキャビティの第１及び第２の領域内に含まれ、前記モールドキャビティの第１及び第２の領域が、前記硬化ステップ中に異なる割合で加熱されて、前記プリフォームの第１及び第２の領域内の膨張可能発泡材料が異なる割合及び／又は程度の体積膨張を受けるようになる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記パネルが、アブレイダブルパネルである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記アブレイダブルパネルをターボファンエンジンのファンセクションにおけるシュラウド組立体として設置するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法によって製作されたパネル。
【請求項１２】
ターボファンエンジンのファンセクションにおいてアブレイダブルシールを形成するため共に組み付けられるように適合されたアブレイダブルパネルを製作する方法であって、
前記アブレイダブルパネルのうちの少なくとも第１のアブレイダブルパネルについて公称寸法を有する目標形状を識別するステップと、
未硬化の膨張可能発泡材料を含む複数のプライのスタックを備え、前記プライの数及び／又は体積が互いに異なる少なくとも第１及び第２の領域を有するように形成されたプリフォームを形成するステップと、
次いで、制約された体積内で前記プライを硬化して、前記第１のアブレイダブルパネルを製作するステップと、
を含み、前記第１のアブレイダブルパネルが、前記目標形状にほぼ幾何学的に同様であるが前記目標形状の公称寸法からサイズが異なっている形状を有し、前記第１のアブレイダブルパネルが、前記プリフォームの第１及び第２の領域によって形成された第１及び第２のゾーンを有し、前記硬化ステップにより前記膨張可能発泡材料を膨張させ、前記制約された体積は、前記プリフォームの第１及び第２の領域内の前記プライの数及び体積により前記第１のアブレイダブルパネルの第１及び第２のゾーンが異なる密度及び／又は厚みを有するようになるサイズにされる、方法。
【請求項１３】
前記プリフォームの第１の領域が、前記プリフォームの第２の領域よりも大きな数及び体積を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のアブレイダブルパネルの第１のゾーンが、前記第２のゾーンよりも高密度で薄肉であり、前記方法が更に、前記第１のゾーンが前記アブレイダブルシールの上流側部分を定めるように、前記ターボファンエンジンのファンセクションにおいて前記第１のアブレイダブルパネルを設置するステップを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記硬化ステップ中に、前記プリフォームの第１及び第２の領域が、温度変化率、硬化温度での硬化時間、及び中間温度での保留時間からなる群から選択された少なくとも１つの異なる硬化条件に曝され、前記プリフォームの第１及び第２の領域内での前記膨張可能発泡材料の膨張が、前記プリフォーム内での異なる割合及び／又は程度の体積膨張を受けるようになる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記硬化ステップがモールド内で実施され、前記制約された体積が前記モールド内のモールドキャビティである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記プリフォームの第１及び第２の領域が、前記モールドキャビティの第１及び第２の領域内に含まれ、前記モールドキャビティの第１及び第２の領域が、前記硬化ステップ中に異なる割合で加熱されて、前記プリフォームの第１及び第２の領域内の膨張可能発泡材料が異なる割合及び／又は程度の体積膨張を受けるようになる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１２に記載の方法によって製作されたアブレイダブルパネル。
【請求項１９】
異なる密度及び厚みを有する第１及び第２のゾーンを含む、ターボファンエンジンのファンセクションにおいてアブレイダブルシールの一部を形成するよう適合されたニアネットシェイプのアブレイダブルパネル。
【請求項２０】
前記ニアネットシェイプのアブレイダブルパネルの第１のゾーンが、前記第２のゾーンよりも高密度で薄肉であり、前記ニアネットシェイプのアブレイダブルパネルが、前記第１のゾーンが前記アブレイダブルシールの上流側部分を定めるように、前記ターボファンエンジンのファンセクションに設置される、請求項１９に記載のニアネットシェイプのアブレイダブルパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に、プリフォームから構成要素を製作するのに好適な材料及び方法に関する。より詳細には、本発明は、プリフォームが圧縮、成形、及び硬化処理を受けて、パネル、例えば、ガスタービンエンジンのファンセクションにおけるアブレイダブルシールとして使用するのに好適なアブレイダブルパネルを製作する材料及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは一般に、エンジンの圧縮機セクション内で空気を加圧し、次いで、加圧空気をエンジンの燃焼器セクションに送給し、ここで燃料が空気に添加されて結果として得られた空気／燃料混合気が点火される原理に基づいて作動する。その後、結果として得られる燃焼ガスは、エンジンのタービンセクションに送給され、ここで燃焼プロセスによって発生したエネルギーの一部がタービンロータによって抽出されて、エンジンの圧縮機セクションを駆動する。
【０００３】
ターボファンエンジンは、エンジンの前部において、流入空気を加圧するファンを有する。加圧空気の一部は、圧縮機セクションを通じて燃焼セクションに送給され、残りの部分は、圧縮機及び燃焼セクションをバイパスして、バイパスダクトを介してエンジン後部に送給され、ここでバイパス空気は、ファン出口ノズルを通って流出して追加の推力を生成する。民間航空会社によって使用されるものを含む、亜音速で作動する大型航空機で広く使用されているタイプの高バイパスターボファンエンジンにおいては、ファンは比較的大型であり、加圧空気の大部分がバイパスダクトを通って流れ、エンジンによって発生す推力のほとんどを生成する。従って、ファンの作動は、高バイパスターボファンエンジンの推力及び燃料消費率（ＳＦＣ）に大きな影響を与える。ＳＦＣの低減は、航空会社の運航コストを低減する目的で航空会社にとって重要である。
【０００４】
ほとんどのターボファンエンジンにおいて、ファンは、シュラウドを備えたファンケースにより収容される。シュラウドは、ファンを囲んでファンブレードの先端の直近にあり、その結果、シュラウドは、エンジンに流入する空気のほとんどがファンによって加圧されるように、ファンを通って流入する空気を送る役割を果たす。しかしながら、流入空気の僅かな部分は、ファンブレードの先端とシュラウドとの間にある半径方向ギャップを通ってファンブレードをバイパスすることができる。航空機ターボファンエンジン及び特に高バイパスターボファンエンジンにおいて、ＳＦＣは、このギャップを通ってファンブレードをバイパスする空気の量を制限することによって大きな影響を与えることができる。
【０００５】
航空機ターボファンエンジンの正常運転中、ファンブレードの先端は、シュラウドと摩擦を生じる可能性が高い。ファンブレードの先端とシュラウドとの間の摩擦接触は、シュラウドとファンブレード先端との間の半径方向ギャップを増大させる傾向があり、これによりエンジン効率が低下する。摩擦の発生によるブレード先端への損傷を軽減するために、ファンブレード先端に隣接するシュラウドの一部は、ブレード先端によって摩擦を生じたときに犠牲的に摩耗することができるアブレイダブル材料で覆われることが多い。アブレイダブル材料は、弓状パネル又はセクタの形態で提供されることが多く、これらパネル又はセクタは、シュラウドに取り付けられて、ファンブレードを囲む連続したアブレイダブルシールを形成する。ターボファンエンジンのファンセクションで使用するのに一般的なアブレイダブル材料は、アブレイダブル材料の形成処理の間に実質的に一定の断面厚み（「半径方向厚み」）を有するように膨張する膨張可能材料を含有する。米国特許第５，３８８，９５９号に記載されるように、公知のアブレイダブル材料は、エポキシ樹脂、マイクロバルーン、及び強化材料（例えば、チョップドグラスファイバー繊維）を含有する低密度シンタクチック発泡材料を含む。
【０００６】
ファンセクション、シュラウド、及びアブレイダブルパネルは、ファンブレード先端と、アブレイダブルパネルによって形成されるアブレイダブルシールの表面との間の初期半径方向ギャップを最小にする公差を達成するように製造される。場合によっては、これらの公差は、ブレード先端とアブレイダブル材料との間のどのような大きな摩擦も避けることを目的としている。例えば、最小半径方向ギャップは、ファンブレードの長さ、ファンディスクの半径方向位置、又はファンケース直径のばらつきを低減することによって達成することができる。更に、アブレイダブルパネルの内側表面は通常、特にアブレイダブル材料が硬化中に膨張する上述のタイプである場合には、シュラウド組立体に必要とされる直径方向寸法を得るように機械加工しなければならない。
【０００７】
寸法公差に加えて、小さい半径方向ギャップに伴う望ましい空気力学的効率を維持するために、多くの場合、ファンブレード先端の輪郭に密接に一致する表面輪郭を生成することによって望ましい流路の幾何形状を得るようアブレイダブルパネルが形成される。一例として、各アブレイダブルパネルは、シュラウド内に組み付けられたときに、ファンブレードを直接に囲むパネルの半径方向内向きの表面によって定められる直径が、エンジンの後ろ方向に向かって減少するような軸方向輪郭を有するように形成することができる。しかしながら、アブレイダブル材料が最初に実質的に一定の断面厚みを有するように、上述のタイプの膨張可能発泡材料から形成された場合には、研削又は他の好適な機械加工作業を実施して、アブレイダブルパネルの表面上に望ましい表面輪郭を生成しなければならない。本質的に、この作業は、廃材を発生させ、原材料費が増大し、更に人件費が上昇する。従来の膨張可能発泡材料の別の欠点は、膨張プロセスが通常はアブレイダブル材料全体にわたりほぼ一定の密度をもたらし、このことは、ターボファンエンジンのファンセクションにおいて使用されるアブレイダブルパネルにとっては必ずしも望ましいことではない場合がある。
【０００８】
上記の観点から、ファンブレードシュラウド用のアブレイダブルパネルの改善された性能は、常に、ターボファンエンジンのＳＦＣを改善すると共に、材料費及び人件費を削減しようとしている点は理解されたい。しかしながら、現在も続く課題は、比較的複雑な軸方向輪郭を有するようにその幾何形状が一貫して製作されなければならないアブレイダブルパネルに関してこのような改善を達成できることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，０１７，４８４号明細書
【特許文献２】米国特許第５，３８８，９５９号明細書
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、ニアネットシェイプパネルを製作する方法を提供し、その非限定的な実施例は、ターボファンエンジンのファンセクションで使用するのに好適なアブレイダブルパネルである。パネルは、自動化プロセスを用いた製造に好適であると共に、比較的複雑な輪郭及び調整密度のプロファイルを有することもできる。
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、ニアネットシェイプパネルを製作する方法は、未硬化の膨張可能発泡材料を含む複数のプライのスタックを備えるようにプリフォームを形成するステップを含む。プリフォームは、プライの数及び／又は体積が互いに異なる少なくとも第１及び第２の領域を有するように形成される。次いで、プリフォーム及びそのプライは制約された体積内で硬化され、ニアネットシェイプパネルを製作する。ニアネットシェイプパネルは、プリフォームの第１及び第２の領域によって形成された第１及び第２のゾーンを有し、硬化ステップによって膨張可能発泡材料を膨張させる。制約された体積は、プリフォームの第１及び第２の領域内のプライの数及び体積によりニアネットシェイプパネルの第１及び第２のゾーンが異なる密度及び／又は厚みを有するようになるサイズにされる。
【００１２】
本発明の第２の態様によれば、上記のステップを含む方法によって製作されたパネルである。特定の実施形態において、パネルは、ターボファンエンジンのファンセクションにおいてアブレイダブルシールを形成するため共に組み付けられるように適合された複数のアブレイダブルパネルの１つである。このようなアブレイダブルパネルは、アブレイダブルパネルのうちの少なくとも第１のアブレイダブルパネルについて公称寸法を有する目標形状を識別するステップを含む方法により製作することができる。次いで、未硬化の膨張可能発泡材料を含む複数のプライのスタックを備えたプリフォームが形成される。プリフォームは、プライの数及び／又は体積が互いに異なる少なくとも第１及び第２の領域を有する。次いで、制約された体積内でプライが硬化され、目標形状にほぼ幾何学的に同様であるが目標形状の公称寸法からサイズが異なっている形状の第１のアブレイダブルパネルを製作する。第１のアブレイダブルパネルは、プリフォームの第１及び第２の領域によって形成された第１及び第２のゾーンを有する。硬化ステップによって、膨張可能発泡材料を膨張させ、制約された体積は、プリフォームの第１及び第２の領域内のプライの数及び体積により第１のアブレイダブルパネルの第１及び第２のゾーンが異なる密度及び厚みを有するようになるサイズにされる。
【００１３】
本発明の別の態様は、ターボファンエンジンのファンセクションにおいてアブレイダブルシールの一部を形成するよう適合されたニアネットシェイプのアブレイダブルパネルである。ニアネットシェイプのアブレイダブルパネルは、異なる密度及び厚みを有する第１及び第２のゾーンを含む。アブレイダブルパネルは、第１及び第２のゾーンのより高密度でより薄肉の方がアブレイダブルシールの上流側部分を定めるようにターボファンエンジンのファンセクションに設置することができる。
【００１４】
本発明の技術的作用は、パネル、特に材料費及び人件費を削減するためニアネットシェイプを有するアブレイダブルパネルを製作できることである。本発明の別の利点は、パネルの特定の機械的又は物理的特性、例えば、アブレイダブルパネルの耐浸食性を向上させることを目的として調整された密度プロファイルを有するこのようなパネルを製作できることである。
【００１５】
本発明の他の態様及び利点は、以下の詳細な説明からより良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ターボファンエンジンのファンセクションに設置されたアブレイダブルパネルの断面図。
【図２】図１に示すアブレイダブルパネルの斜視図。
【図３】図１及び２のパネルを製作するのに好適なプライのスタックを含む非膨張プリフォームの概略図。
【図４】図３のプリフォームを成形及び硬化して、図１及び図２のパネルを製作するのに好適な工具の概略図。
【図５】図４の工具の拡大図。
【図６】アブレイダブルパネルの目標半径方向厚みと、従来技術の膨張可能発泡材料及び方法を用いたパネルの製作に必要となる一定の半径方向厚みと、本発明の材料及び方法によって達成できるニアネット半径方向厚みとを比較したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１及び図２は、ターボファンエンジン、特に高バイパスターボファン航空機エンジンで使用できるタイプのアブレイダブルパネル１０を概略的に示している。本発明のアブレイダブルパネルは、図１及び２に示した構成に限定されるものではない。以下の考察から、本発明の材料及び方法は、アブレイダブルパネルの製造に限定されず、本発明の材料及び方法の他の用途も本発明の範囲内にあることも明らかになるはずである。
【００１８】
図１に示すように、パネル１０は、ターボファン航空機エンジンのファンセクション内で回転ブレード１３（そのうちの１つのブレードの一部が示されている）を囲むシュラウド組立体１２の一部である。当該技術分野で公知のように、パネル１０は、シュラウド組立体１２と共に装着されたときに、ファンブレード１３の先端との半径方向ギャップ１３Ａ（半径方向ギャップ１３Ａは説明の目的で強調されている）を最小にするように適合された連続するアブレイダブルシールを定める一連のパネル（セクタ）のうちの１つとすることができる。従って、パネル１０は、図２に示す円周方向で弓形状を有し、パネル１０が他のパネルと組み付けられたときに、連続する環状形のアブレイダブルシールを形成できるようになる。また、図１から明白なように、アブレイダブルパネル１０は、ファンセクションを通る空気流路の外側境界を定める輪郭形成面１４を有する。パネル１０は、輪郭形成面１４の反対側のパネル１０の表面２０にて配置された接合ライン１８に沿って支持構造１６に接合されるように示されている。図１及び２で分かるように、パネル１０は、表面１４及び２０間に定められる半径方向厚み（ｔ）を有する。パネル１０の半径方向厚みは、必ずしも均一である必要はなく、図１に示されるように、通常は軸方向で変化することになる。
【００１９】
本発明の好ましい態様によれば、アブレイダブルパネル１０は、シュラウド組立体１２に設置する前のパネル１０の必要な機械加工が最小となるよう、好ましくは、ニアネットシェイプを有するようにプリフォームから生成される。本明細書で使用される場合、「ニアネットシェイプ」とは、パネル１０の目的とする形状に幾何学的にほぼ同様である形状を指すが、この形状は、その最終寸法とは公称的に異なることに起因してサイズが変わる可能性がある。本発明の別の好ましい態様によれば、アブレイダブルパネル１０内の領域は、異なる密度を有することができる。図２において、このような差違は、第１及び第２の密度ゾーン２２、２４で表されるが、追加のゾーンが存在することも想起される。図２は、これらの２２、２４をパネル１０の円周方向に向けられた線２６によって描かれるように示しているが、他の向きも実施可能であり、急峻な境界付けは必須ではない。更に、第１の密度ゾーン２２は、第２のゾーン２４よりも高密度を有するように示されるが、このパネル１０内の低密度と高密度の特定の相対的配置は、必要条件ではない。
【００２０】
パネル１０の異なるゾーン２２、２４内に異なる密度を達成できることは、パネルの１つ又はそれ以上の性能特性を向上させる目的で有利とすることができる。例えば、ゾーン２２、２４内の密度、並びにパネル１０内のゾーン２２、２４の相対サイズ及び位置は、パネル１０の耐浸食性を向上させるように調整することができる。詳細には、より高密度のゾーン２２は、ゾーン２４の上流側及び任意選択的にブレード１３の上流側に配置され、従って、エンジンに流入する粒子からの直接的な衝突の影響をより受けやすいことを考慮して、ゾーン２４よりも優れた耐浸食性を示すのが望ましいとすることができる。
【００２１】
アブレイダブルパネル１０は、様々な材料から形成することができ、その顕著な実施例は、マイクロバルーンを含有する膨張可能で硬化性のシンタクチック発泡材料である。様々な高分子基材を用いてパネル１０を生成することができるが、好ましい材料は、未硬化の間、成形可能及び型成形可能であり、加えて、種々の複雑な幾何形状に形成することができる。アブレイダブルシールに好適なアブレイダブル材料を含むパネル１０の製作に使用するため、特に優れた材料は、エポキシベースの樹脂系であり、促進剤（硬化剤／反応促進剤）、充填剤、及び機械的特性を与える繊維と組み合わせ、及び更に熱処理を施すことにより膨張できる膨張可能発泡材料をもたらす１つ又はそれ以上の発泡剤と組み合わせる。好適な発泡剤は、限定ではないが、アクリル共重合体内に封入されたイソブタンを含み、その実施例は、名称Ｅｘｐａｎｃｅｌ（登録商標）でＡｋｚｏ  Ｎｏｂｅｌから商業的に入手可能なミクロスフェアである。
【００２２】
図３は、図１及び２のパネル１０を製作するのに使用することができるタイプのプリフォーム２８を概略的に示している。以下の考察から、図３に示されるプリフォーム２８の構成は、ネル１０を製作するのに使用することができる構成の１つに過ぎないことは明らかなはずである。プリフォーム２８は、図２の線２６にほぼ相当する線４６によって分離される２つの領域４２、４４を含むように構成された、未硬化で未膨張の発泡材料の複数のプライ３２、３４、３６、３８、及び４０のスタック３０として示される。発泡材料は、プライ３２〜４０が個々にドレープ性があり、プリフォーム２８が全体としてドレープ性があるように選択することができ、これは、プリフォーム２８が十分に柔軟性があり、プリフォーム２８が配置される不均等な表面の特徴部を覆って又はその周りに容易に共形になることができることを意味する。或いは、発泡材料は、プライ３２〜４０の１つ又はそれ以上が十分に堅固で、全体としてプリフォーム２８が非ドレープ性となるように選ぶことができる。
【００２３】
膨張可能発泡材料を使用することにより、パネル１０内の特定の半径方向厚み（ｔ）及びパネル１０の異なるゾーン２２、２４内の特定の密度を達成する能力が困難になる。それにもかかわらず、本発明の１つの態様によれば、パネル１０の異なるゾーン２２、２４内の密度を制御する１つの手法は、パネル１０のゾーン２２、２４を形成することになる未硬化及び未膨張プリフォーム２８の量を変えることである。図３の非限定的な実施例において、領域４２、４４内のプライ３２、３４は、連続的で、およそ同じ体積（少なくとも図３の半径方向軸方向断面で）であるように表されるが、領域４２、４４は、残りのプライ３６、３８、及び４０の同じ数又は量を含まない。プライ３６は、領域４４内の発泡材料のアイランド３６Ｂと、領域４２内でプライ３６を完全には充填しない発泡材料のより大きな単一のアイランド３６Ａとを含むように示される。更に、領域４４は、プライ３８、４０に対応するどのような発泡材料も含まないが、領域４２は、領域４２内にプライ３８を完全には充填しない発泡材料の単一のアイランド３８Ａを含み、最外プライ４０は、発泡材料の２つの小さなアイランド４０Ａを含むように示される。結果として、パネル１０の高密度ゾーン２２に対応する領域４２は、低密度ゾーン２４に相当する領域４４に比べて、未硬化及び未膨張の発泡材料を多く含む。更に、領域４２及び４４の各々は、最内プライ３２から離れる厚み方向で減少する発泡材料の量を含む。
【００２４】
領域４２内のプライ３２〜４０のより多くの数及び量は、膨張及び硬化処理中に制限された体積内で膨張した場合、領域４４のプライ３２〜４０の少ない数及び量が同じ体積まで膨張した場合に比べてより高い密度をもたらすことになる。この場合、領域４２で製作されたゾーン２２は、領域４４で製作されるゾーン２４よりも高密度になる。他方、硬化中に領域４４が膨張することができる体積が十分に制限されることになる場合には、領域４４から製作されるゾーン２４の密度は、ジーン２２にほぼ等しいか、又はより高いものとすることができる。
【００２５】
物理的な制約のない場合にプリフォーム２８の膨張可能発泡材料が膨張する程度は、１つ又は複数の硬化サイクルの温度及び／又は圧力プロファイルに関連する硬化条件、例えば、温度変化率、硬化時間、及び保持を含む、複数の要因に関連する。例えば、制約されない膨張が可能になった場合、膨張可能発泡材料の所与の量の体積膨張が増大（高い硬化温度の使用及び/又は高温での長い持続時間によってなど）することにより、低密度となる。他方、同じ発泡材料の同一の量の体積膨張が抑制された場合（低温の硬化時間の使用及び／又は高温で短い持続時間によってなど）には、高密度がもたらされることになる。
【００２６】
上記のことを考慮して、本発明の別の態様は、硬化処理中に領域４２、４４内に異なる温度及び／又は圧力プロファイルの使用を含む、プリフォーム２８の異なる領域４２、４４を異なる硬化温度に曝すことにより、パネル１０のゾーン２２及び２４内で異なる密度を達成できることである。この密度制御技法は、図３の非均一プリフォーム２８と組み合わせて用いることができる。或いは、非限定的な実施例として、プリフォーム２８の領域４２、４４は、完全に同じように構成することができるが、領域４２は、パネル１０のゾーン２２に望ましい高密度レベルを達成できる硬化条件に曝すことができ、プリフォーム２８の他の領域４４は、他のゾーン２４内で低密度を達成する異なる硬化条件に曝すことができる。このような１つの実施形態において、ゾーン２２、２４内の密度差は、領域４２、４４内の異なる硬化条件の使用に完全に依存することになる。
【００２７】
領域４２、４４内の異なる硬化条件は、領域４２、４４への異なる熱伝達率をもたらす可変硬化サイクル及び／又は工具設計を使用することによって達成することができる。非限定的な実施例として、図４及び５は、図３のプリフォーム２８から図１及び２のパネル１０を製作することができるモールドキャビティを定める工具５０を概略的に示している。モールドキャビティは、２つのモールド半部分の対向する表面に定められた相補的キャビティ５２によって形成される。本発明の好ましい態様によれば、相補的モールドキャビティ５２が協働して硬化処理中にプリフォーム２８を成形し、パネル１０に望ましいニアネットシェイプを製作し、機械加工、研削、及び他の硬化後処理が最小限になるようにする。より詳細には、相補的キャビティ５２の表面は、パネル１０の所望の厚み（ｔ）及びパネル１０のアブレイダブル表面１４に望ましい輪郭プロファイルを製作するような輪郭にされる。キャビティ５２は、膨張可能発泡材料が硬化処理中に膨張でき、そのようにすることで、パネル１０に望ましいニアネットシェイププロファイルを定めるだけでなく、プリフォーム２８からモールド５０において製作されるパネル１０の密度プロファイルにも影響を及ぼす制約体積を提供する。一例として、モールドキャビティは、図３のプリフォーム２８が、ゾーン２２が相対的に高密度で、ゾーン２４が相対的に肉厚で且つ低密度であるパネル１０をもたらすことになるようなサイズにすることができる。
【００２８】
モールド５０は、限定ではないが、オーブン、オートクレーブ、プラテンプレス、及びモールド５０の直接加熱を含む、様々なプロセス及び設備と組み合わせてプリフォーム２８を硬化するのに用いることができる。このような設備の適切な硬化条件は、使用される特定の膨張可能発泡材料に依存することになる。上記で考察したように、温度変化率、硬化温度での硬化時間、及び中間温度での保留時間などの硬化条件パラメータは、プリフォームの発泡材料の体積膨張に影響を与え、従って、アブレイダブルパネル１０内のゾーン２２、２４の密度に影響を及ぼすのに用いることができる。モールド５０にわたって非均一な加熱率を利用することにより、又はモールド５０の厚みを変えることによって、モールド５０内のプリフォームは、膨張可能発泡材料にプリフォーム２８内で異なる割合及び／又は程度の体積膨張を受けさせるようにすることができる不均一な加熱率に曝すことができる。加熱持続時間を適切に制限することにより、プリフォーム２８の異なる領域は、モールドキャビティの制約された体積内での体積膨張の異なる程度に曝すことができる。図４及び５に示すモールドキャビティ５２は、異なる領域５６、５８を有するように示されており、ここではプリフォーム２８の領域４２、４４が成形及び硬化されることを目的としている。上記のことを達成するために、これらのモールドキャビティ領域５６、５８内で異なる硬化条件を制御し、パネル１０内に１つ又は複数の望ましい密度を生成することができる。
【００２９】
上記に基づいて、モールド５０への熱入力は、モールド５０の特定の部分に均一に又は選択的に加えられて、異なる数及び量のプライ３２〜４０（図３）を有するプリフォーム２８から種々のゾーン２２及び２４内に異なる密度を有するパネル１０を製作するように制御することができる。或いは、モールド５０への熱入力は、モールド５０の特定の部分に選択的に加えて、等しい数及び量のプライ３２〜４０を有するプリフォーム２８から種々のゾーン２２及び２４内に異なる密度を有するパネル１０を製作することができる。また、モールド５０への熱入力をモールド５０の特定の部分に選択的に加えて、異なる数及び量のプライ３２〜４０（図３）を有するプリフォーム２８から実質的に均一な密度を有するパネル１０を製作することも実施可能である。
【００３０】
プリフォーム２８のプライ３２〜４０は、例えば、図３に示すような所定の方法でプライ３２〜４０を配列及び／又はスタックするハンドレイアッププロセスを用いてモールド５０内に配置することができる。また、膨張可能発泡材料の特定の成分をモールドキャビティ内で組み合わせて、発泡材料の所望の組成及び特性を得ることができることも想定される。成形作業の後、硬化したパネル１０は、空隙又は非充填領域について外観検査を行い、これらは好適な補修プロセスにおいて対応することができる。
【００３１】
図３では、プリフォーム２８の半径方向（厚み）及び軸方向だけが見えており、厚み及び軸方向でのパネル１０の密度を調整できることが証明されたが、パネル１０の円周方向の密度もまた、パネル１０の円周方向（図２）に相当するプリフォーム２８の方向でプライ３２〜４０の数及び量を変えることによって達成することができる。更に、図３は、実質的に等しい厚みのプライ３２〜４０だけを含むようにプリフォーム２８を示しているが、プリフォーム２８は、異なる厚み及び／又は、フィルム、ストリップ、チューブ、その他を含む形状のプライを含むことができ、これらは更に、パネル１０内のゾーン２２、２４の最終密度を変更することができる。
【００３２】
図１及び５は更に、パネル１０の表面２０において、図１のシュラウド組立体の支持構造１６に接合されることになるチャンネル６０の作製を表している。チャンネル６０は、パネル１０を支持構造１６に接合する間に、接着剤の流れを促進し、ガス放出を許容するのに利用することができる。図５に示すように、チャンネル６０は、パネル１０の表面２０を定めるキャビティ５２内に突出する突出部６２によって、硬化プロセス中にモールド５０内に形成することができる。
【００３３】
図６は、パネルの円周方向に沿ったアブレイダブルパネルの目標半径方向厚みと、図３に示すものと同様の非均一プリフォームから製作されたニアネットシェイプパネルの半径方向厚みとをプロットしたグラフである。グラフから、目標及び実際の半径方向厚みが良好に一致していることが分かる。最後に、図６は、従来技術の実施構成に従って製作された一定断面パネルの厚みを示しており、従来技術のパネルが目標の幾何形状を有するために除去する必要があるアブレイダブル材料が相当な量であることを明らかにしている。
【００３４】
特定の実施形態について本発明を説明してきたが、当業者には、他の形態を選ぶことができることは明らかである。例えば、アブレイダブルパネルの物理的構成は、図示のものとは異なることができ、記載のもの以外の材料及びプロセスを用いることもできる。従って、本発明の範囲は、添付の請求項によってのみ限定されるものとする。
【符号の説明】
【００３５】
１０  アブレイダブルパネル
１２  シュラウド組立体
１３  回転ブレード
１３Ａ  半径方向ギャップ
１４  輪郭形成面
１６  支持構造
１８  接合ライン
２０  表面
【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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【国際調査報告】
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