(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前縁シールド（１０）を製造する製造方法において、
圧力側シート（１７）と吸込み側シート（１８）の少なくとも一方のシートに対して初期塑性変形を加える段階と、
付加的製造によって、前記圧力側シート（１７）と前記吸込み側シート（１８）の少なくとも一方の上に直接的に形成される補強材（１５、１６）を付加する段階と、
前記初期塑性変形の後に、且つ、前記補強材（１５、１６）の付加の後に、コア（２０）の周りを前記圧力側シート（１７）と前記吸込み側シート（１８）とで包囲する段階と、
前記コア（２０）の周りを前記圧力側シート（１７）と前記吸込み側シート（１８）で包囲した後に、前記圧力側シート（１７）と前記吸込み側シート（１８）とを前記コア（２０）の外側表面に対して押し付けることによって、後続の塑性変形を行う段階と、
前記コア（２０）を抜き取る段階とを含む製造方法。
【請求項２】
前記圧力側シート（１７）及び／又は前記吸込み側シート（１８）の前記初期塑性変形の前に、前記補強材（１５、１６）が付加される請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記圧力側シート（１７）及び／又は前記吸込み側シート（１８）の前記初期塑性変形の後に、前記補強材（１５、１６）が付加される請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記圧力側シート（１７）及び／又は前記吸込み側シート（１８）の初期塑性変形はスタンピング加工によって行われる請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
前記コア（２０）の周りを前記圧力側シート（１７）と前記吸込み側シート（１８）とで包囲することは、前記コア（２０）の周りを前記圧力側シート（１７）と前記吸込み側シート（１８）の周縁部を一体的に溶接する段階を含む請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項６】
前記周縁部の溶接は電子ビーム溶接によって行われる請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
前記後続の塑性変形は熱間等静圧圧縮成形によって行われる請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法。
【請求項８】
前記後続の塑性変形の後の前記圧力側シート（１７）と前記吸込み側シート（１８）の機械加工の少なくとも１つの段階を含む請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法。
【請求項９】
前記コア（２０）の周りを前記圧力側シート（１７）と前記吸込み側シート（１８）で包囲する前に、セラミックマトリックス複合材料のインサート（１４）が、前記補強材の凹み（１９）の中に入れられる請求項１〜８のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１０】
前記圧力側シート（１７）、前記吸込み側シート（１８）、及び／又は、前記補強材（１５、１６）は、少なくとも主にチタンで作られている請求項１〜９のいずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前縁シールドを製造する方法に関する。こうした前縁シールドは、典型的には、回転翼の前縁を衝撃から保護するためのものである。これに関連して、術語「翼（ｂｌａｄｅ）」は、ファンブレード及び空中プロペラ翼（ａｅｒｉａｌ  ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ  ｂｌａｄｅ）の両方を含むものとして理解されるべきである。これらの翼の重量を制限するために、これらの翼は、典型的には、繊維で強化されたポリマーマトリックスを備える複合材料で作られている。こうした材料は、一般的に、特にその重量に関して、非常に好適である機械的品質を有するが、こうした材料は、点衝撃（ｐｏｉｎｔ  ｉｍｐａｃｔ）による損傷を非常に受けやすく、このことが特に材料内における層間剥離の現象を引き起こす可能性がある。したがって、典型的にはチタン合金のような非常に丈夫な金属材料で作られているシールドが、通常は、こうした衝撃から翼の前縁を保護するために、こうした翼の前縁上に取り付けられている。こうしたシールドは、通常は、前縁の上に重なるより厚いセクションによって互いに接合されている薄い圧力側フィンと吸込み側フィンとの形状であり、及び、このシールドは、全体として、翼の前端上の翼の形状と、翼の隣接する圧力側セクション及び側部セクション上の翼の形状とに一致する。圧力側フィン及び吸込み側フィンは、それぞれに翼の圧力側と吸込み側との上のこれらのセクション上を延び、及び、主として、シールドが前縁に対して位置決めされ且つ固定されることを確実なものにする役割を果たす。
【背景技術】
【０００２】
翼の空気力学的性能を向上させるために、翼の前縁は、常に複雑である形状を有し、これによって、こうした形状に適合する必要があるシールドの製造を複雑化させる。２つの方法が、現在では当業者に知られている。第１の方法では、シールドは、主として、キャンバリングと充填と押出成形との連続的な段階と、フィンを互いに向けて移動させるための且つ最も厚いセクションを校正するための最終的な捻り（ｔｗｉｓｔｉｎｇ）段階とを伴う、合金棒から始める鍛造によって主に製造される。しかし、従来技術のこの第１の方法を、典型的に前縁シールドのために使用されるチタン合金と同程度に頑丈である材料に対して適用することは大きな欠点を有し、即ち、鍛造工具に関する高レベルの摩耗と、経済的に好ましくない多数の製造工程と、フィンに関する非常に小さい厚さ、又は、フィンとより厚いセクションとの間の小さい移行半径（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｒａｄｉｉ）を得ることが非常に困難であることという大きな欠点を有し、このことは技術的に不都合である。
【０００３】
別の従来技術の方法では、このシールドは、このシールドを成形する前により厚い区域を形成するように機械加工され終わっているシートから作られる。しかし、この先行の機械加工は、多量の高コストの材料を浪費し、さらには、機械加工工具の摩耗が生じ、且つ、機械加工のために長時間を要するという欠点を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、これらの欠点を改善することを求めるものである。特に、本開示は、前縁シールドの製造をより低コストにする方法を提案することを求める。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
少なくとも１つの実施態様では、前縁シールドを製造するこの方法は、圧力側シートと吸込み側シートの少なくとも一方のシートに対して初期塑性変形を加えることと、上記圧力側シートと上記吸込み側シートの少なくとも一方に対して補強材を付加することと、上記初期塑性変形の後に、且つ、補強材の付加の後に、コアの周りを上記圧力側シートと上記吸込み側シートとで包囲することと、コアの周りを上記圧力側シートと上記吸込み側シートとで包囲した後に、上記圧力側シートと上記吸込み側シートとをコアの外側表面に対して押し付けることによって、後続の塑性変形を加えることと、コアを抜き取ることとを含む。
【０００６】
特に、上記圧力側シートと上記吸込み側シートの少なくとも一方のシートに対して補強材を付加する段階によって、前縁シールドを形成する材料の機械加工の多くを省略し、且つ、したがってこの製造コストを回避しながら、薄いフィンを有し、且つ、これらのフィンと、これらのフィンを一体状に連結するより厚い中央セクションとの間の曲率半径を有する、前縁シールドを製造することが可能になる。
【０００７】
上記補強材は、付加的製造方法（ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ）によって、例えば、レーザー又は電子ビームによる選択的な溶融によって、又は、プラズマ又は電子ビームによる溶着によって、圧力側シート及び／又は吸込み側シート上において直接的に形成されてもよい。直接的にシート上で補強材の付加的製造を行うことが、厳格な製造公差と、補強材とシートとの間の強固な接着とを確実なものにすると同時に、補強材の機械加工を完全に又はほぼ完全に回避することを可能にする。コアの周りを上記圧力側シートと上記吸込み側シートとで包囲する前に補強材が付加されるので、シートの内側表面上で、即ち、コアに面する表面上で、それが行われることが可能である。したがって、補強材が付加的製造によって作られることから結果的に生じる補強材の表面靱性は、シールドの外側表面の品質に対して影響しない。
【０００８】
上記補強材は、特に、その補強材が付加的製造によって付加される時に、圧力側シート及び／又は吸込み側シートの初期塑性変形の前に付加されてもよく、その次に、シートと補強材は、補強材を移動させることなしに変形させられることが可能である一体状のユニットを形成する。しかし、代替案では、上記補強材は、圧力側シート及び／又は吸込み側シートの初期塑性変形の後に、特に、補強材がシートに付加される前に補強材が予備成形される時に、付加されてもよい。したがって、シートの初期塑性変形の後のシートの３次元形状が、そのシート上の予備成形される補強材の正確な位置決めを容易にする。
【０００９】
圧力側シート及び／又は吸込み側シートの初期塑性変形が、特に、スタンピング加工によって行われてもよい。高温塑性変形のこの方法は、特に硬質であるシートから開始する時にさえ、複雑な３次元形状を得ることと、さらには、特にその部品にとって有利である物理的特性、特に金属合金から作られている部品に関する高い疲労強度を得ることとを可能にする。
【００１０】
コアの周りを上記圧力側シートと上記吸込み側シートとで包囲することは、コアの周りで上記圧力側シートと上記吸込み側シートとの周縁部を一体的に溶接する段階を含む。この周縁部の溶接は、第１に、この２つのシートの間の少なくとも初期的な接着を実現する役割を果たし、及び、第２に、この溶接は、コアを収容する２つのシートの間の空洞を封止する役割も果たすことが可能である。この封止は、特に、これらのシートの後続の塑性変形中に有用であることが可能である。
【００１１】
上記の後続の塑性変形は、特に、（略語「ＨＩＰ」でも知られている）熱間等静圧圧縮成形によって行われてもよい。スタンピング加工と同様に、熱間等静圧圧縮成形は、この方法が、２つのシートがコアの形状に非常にぴったりと合わせられることを可能にするので、非常に硬質である材料を用いてさえ、複雑な形状を得ることを可能にする。これと同時に、熱間等静圧圧縮成形は、圧力側シートと吸込み側シートと補強材との間の接着を強化することを可能にし、及び、さらには、これらの構成要素各々の多孔性を減少させてその密度を増大させることを可能にし、及び、特に、付加的製造によって補強材が形成される時に、その補強材の多孔性を減少させてその密度を増大させることを可能にする。有利であることに、上述した周縁部の溶接は、ＨＩＰ処理中に空洞を真空状態に維持することによって、内側表面が酸化させられるという危険性を排除するという利点を有する。
【００１２】
この製造方法は、さらに、シールドを仕上げるために、及び／又は、コアが抜き取られることを可能にするために、上述した後続の塑性変形の後に、圧力側シートと吸込み側シートとを機械加工する少なくとも１つの段階を含んでもよい。
【００１３】
これに加えて、セラミックマトリックス複合材料のインサートが、コアの周りを上記圧力側シートと上記吸込み側シートで包囲する前に、上記補強材の凹みの中に入れられてもよい。このインサートは、前方衝撃に対する、及び、翼の前縁上の遠心力に対する、シールドの剛性を増大させる役割を果たす。
【００１４】
さらに、圧力側シート、吸込み側シート、及び／又は、補強材は、少なくとも主にチタンで作られており、及び、この材料は、この用途にとって特に有利である物理的特性を提供する。術語「少なくとも主としてチタンで作られている」は、これらの構成要素各々の材料が特にチタンを主成分とする合金であってもよいということを意味するものとして理解されるべきである。
【００１５】
本開示は、さらに、この方法によって作られる前縁シールドと、複合材料で作られている本体とこうした前縁シールドとを備える翼と、複数のこうした翼を有する、採用随意にダクト付きであるファンを含むターボファンとに関する。
【００１６】
非限定的な具体例として示されている以下の２つの実施形態の詳細な説明を参照することによって、本発明が適切に理解されることが可能であり、及び、本発明の利点がより適切に明らかになる。この説明は、添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ターボファンの概略的な斜視図である。
【図２】図１のターボファンのファンの回転翼の概略的な斜視図である。
【図３】図２の翼のための前縁シールドの概略的な斜視図である。
【図４】図３のシールドを示す平面ＩＶ−ＩＶにおける断面図である。
【図５Ａ】図４のシールドを製造する第１の方法における連続的な段階を示す。
【図５Ｂ】図４のシールドを製造する第１の方法における連続的な段階を示す。
【図５Ｃ】図４のシールドを製造する第１の方法における連続的な段階を示す。
【図５Ｄ】図４のシールドを製造する第１の方法における連続的な段階を示す。
【図５Ｅ】図４のシールドを製造する第１の方法における連続的な段階を示す。
【図５Ｆ】図４のシールドを製造する第１の方法における連続的な段階を示す。
【図５Ｇ】図４のシールドを製造する第１の方法における連続的な段階を示す。
【図５Ｈ】図４のシールドを製造する第１の方法における連続的な段階を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、ガス発生装置コア２とファン３とを備えるバイパスターボジェット１を示す。ファン３は、中央軸線Ｘを中心として半径方向に配置されており且つ回転によって空気を推進するように空気力学的に輪郭が形成されている、複数の回転翼４を有する。したがって、図２に示されているように、各々の翼４は、前縁５と、後縁６と、吸込み側７と、圧力側８とを有する。
【００１９】
通常の動作時には、相対風が、概ね各々の翼４の前縁５に向けて方向付けられている。したがって、前縁５は特に衝撃にさらされる。したがって、翼４が、特に繊維で強化されているポリマーマトリックスを有する複合材料で作られた本体９を有する場合には、各々の翼に一体化されたシールド１０によって前縁５を保護することが適切である。
【００２０】
図３と図４はシールド１０を示し、このシールド１０は、圧力側フィン１１と、吸込み側フィン１２と、翼４の前縁の上に覆い被さり且つ圧力側フィン１１とセクション側フィン１２とを相互連結するための、より厚い中央部分１３とを有する。圧力側フィン１１と吸込み側フィン１２は、翼４上にシールド１０を位置決めする。シールドは、全体として、主として金属によって、及び、さらに具体的には、例えばＴＡ６Ｖ（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）のような、チタンを主成分とする合金によって作られてもよい。しかし、他の材料、即ち、主として、アルミニウム及びその合金、又は、Ｉｎｃｏｎｅｌ（商標）タイプのニッケル−クロムを主成分とする合金が、チタンを主成分とする合金の代わりに、又は、この合金に加えて使用されてもよい。さらに、本明細書で示す具体例では、中央セクション１３が、この中央セクションの塊の中に埋め込まれているセラミックマトリックス複合材料で作られている縦方向インサート１４を含んでもよい。例えば、インサート１４は、チタン又はチタン合金に被せられており且つ回転力の方向に縦方向に延びる、セラミック繊維を含んでもよい。
【００２１】
図３と図４に見て取れるように、シールド１０の形状が極めて複雑である可能性があり、及び、この部品のために典型的に使用される高性能材料との組み合わせにおいて、このことが製造を高コストにし且つ困難なものにする可能性がある。
【００２２】
この問題が解決されることを可能にする製造方法が図５Ａから図５Ｈに示されている。図５Ａに示されているこの方法の第１の段階では、付加的製造方法が、圧力側シート１７と吸込み側シート１８との上にそれぞれに補強材１５、１６を付加するために使用される。これらのシート１７、１８は、金属で作られていてもよく、及び、より明確には、例えばＴＡ６Ｖのようなチタンを主成分とする合金で作られていてもよい。この第１の段階での使用に適している付加的製造方法の中には、特に、レーザー又は電子ビームによる選択的溶融、及び、プラズマ又は電子ビームによる溶着が含まれている。これらの方法の各々は、シート１７、１８の表面に取り付けられている金属補強材１５、１６の付加的製造に適している。この補強材の材料は、さらに、上述の金属材料から選択されてもよく、及び、特に、対応する補強材１５、１６が上に取り付けられるシート１７、１８の材料と同じであってもよい。
【００２３】
図５Ｂに示されている第２の段階では、シート１７、１８は、初期塑性変形を加えられる。この初期塑性変形は、例えば、アルミニウム及びアルミニウムを主成分とする合金の場合に４００℃から６００℃の範囲内、チタン及びチタンを主成分とする合金の場合に８００℃から１０００℃の範囲内、及び、ニッケル−クロムを主成分とする合金の場合に８５０℃から１０５０℃の範囲内であってもよい温度Ｔｍに各シートを加熱した後に、特にスタンピング加工によって高温中で行われてもよい。
【００２４】
図５Ｃに示されている第３の段階では、縦方向の繊維インサート１４が補強材１５、１６のどちらか一方の中に形成されている凹み１９の中に配置される。この後に、図５Ｄに示されている第４の段階において、シート１７、１８が、補強材１５、１６とインサート１４と共に、コア２０の周りにぴったりと巻き付けられる。したがって、シート１７、１８の初期塑性変形中に形成されたそのシート１７、１８の凹形の壁が、コア２０を受け入れる空洞を形成し、これと同時に、圧力側シート１７の周縁部２１が、補強材１５、１６とインサート１４と共に、コア２０の全周にわたって吸込み側シート１８の周縁部２２と接触する。コア２０は、特に、シート１７、１８と補強材１５、１６よりも著しく耐熱性が高い材料で作られていてもよく、及び、特に、ニッケル又はニッケル合金で作られていてもよい。シート１７、１８と補強材１５、１６とがコアに接着することを防止するために、コアに対して、例えば少なくとも２時間の期間ｔoにわたる、９００℃の温度Ｔｏでの酸化のような、表面処理を事前に行っておいてもよい。
【００２５】
示されていない変形例では、複数の凹みが補強材の接合平面内に備えられてもよく、及び、対応する個数の繊維インサートがこれらの凹みの中に配置される。
【００２６】
図５Ｅに示されている第５の段階では、シート１７、１８の周縁部２１、２２がコア２０の全周において一体的に溶接され、これによって、コア２０が中に受け入れられる空洞を気密的に封止する。この溶接は、特に真空中で電子ビームによって行われてもよいが、関連した材料及び形状に応じて、他の溶接方法も想定可能である。
【００２７】
図５Ｆに示されている第６の段階では、シート１７、１８と補強材１５、１６に対して、コア２０の外側表面に対する熱間等静圧圧縮成形（ＨＩＰ）を行い、これによって、特に、シート１７、１８に対して後続の塑性変形を生じさせ、さらには、シート１７、１８と補強材１５、１６とよって形成されるアセンブリを強固にする。さらには、この熱間等静圧圧縮成形は、補強材１５、１６の密度を増大させ、これによって補強材の機械的特性を向上させる働きをする。例えばチタン合金の場合に、熱間等静圧圧縮成形は、例えば約１００メガパスカル（ＭＰａ）の圧力ｐｈ、且つ、例えば８５０℃から９５０℃の範囲内の温度Ｔｈにおいて行われてもよい。
【００２８】
この第６の段階の後に、図５Ｇに示されている第７の段階を行うことが可能であり、この第７の段階では、特に周縁部２１、２２をシート１７、１８から取り除くことによって、コア２０が抜き取られることを可能にするために、及び、シールド１０を仕上げるために、シート１７、１８が機械加工される。図５Ｈに示すようにコア２０を抜き取った後に、このことがシールド１０をその最終的な形で形成する。しかし、コア２０の機械加工と抜き取りとが、この具体例では、連続した段階として示されているが、特に、コア２０が抜き取られた後に、シールド１０を仕上げするための機械加工の幾つかを行うことを想定することも可能である。想定することが可能な機械加工方法として、特にフライス削りを挙げることが可能である。
【００２９】
本発明を特定の実施形態に関して説明しているが、様々な変更と変化とが、特許請求項によって定義されている本発明の全般的な範囲を逸脱せずに、これらの特定の実施形態に加えられてもよいということが明らかである。特に、スタンピング加工と熱間等静圧圧縮成形とは異なる塑性変形の方法を使用することを想定することが可能である。さらに、特に、熱間等静圧圧縮成形以外の方法が、コアの周りにシートが巻き付けられ終わった後の、シートの後続の塑性変形のために使用される場合には、コアの周囲のシートの周縁部を一体的に溶接する段階を省略することを想定することが可能である。
【００３０】
さらに、示されている両方の方法では、対応する補強材を各々のシートが付加され、且つ、各シートが初期塑性変形を加えられるが、シートの一方だけに加えられる単一の補強材を使用すること、及び／又は、シートの一方だけに塑性変形を加えることが想定可能である。例えば、両方のシートに初期塑性変形を加え、且つ、一方のシートだけが補強材を付加されてもよい。あるいは、代替案として、シールドの圧力側又は吸込み側のどちらか一方が初期塑性変形と補強材の付加によって形成され、且つ、その他方が、機械加工のような従来の方法によって形成されてもよい。したがって、補強材が付加的製造によって一方のシートに加えられ、且つ、他方のシートに別の補強材が加えられる前に、その別の補強材が予備成形されてもよい。したがって、この説明と図面は、限定的ではなくて例示的であるという意味で理解されなければならない。
【符号の説明】
【００３１】
１    バイパスターボジェット
２    ガス発生装置コア
３    フィン
４    回転翼
５    前縁
６    後縁
７    吸込み側
８    圧力側
１０    シールド
１１    圧力側フィン
１２    吸込み側フィン
１４    インサート
１５    補強材
１６    補強材
【図１】
0006616406.tif 000002
【図２】
0006616406.tif 000003
【図３】
0006616406.tif 000004
【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
0006616406.tif 000013