(57)【要約】複合材料を備え、かつ部品の外側検査表面１２０を規定する外側領域１１０と、外側領域１１０によって囲まれる内側領域１０８と、内側領域と外側領域との間の根元１００の内部に埋め込まれた内部反射境界１０２と、を備える複合ファンブレード根元１００が開示される。反射境界は検査表面から根元に放射される信号の速度を変化させるように構成されており、それによって検査表面１２０から根元に放射された信号は検出のために反射されうる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合ファンブレード根元であって、
複合材料を備えており、かつ部品の外部検査表面を規定する外部領域と、
前記根元の内部に埋め込まれた内部反射境界と、を備え、
前記内部反射境界は、前記検査表面から前記根元に放射された信号の速度を変化させるように構成されている、複合ファンブレード根元。
【請求項２】
前記境界は、材料の連続的または非連続的な層によって、またはプライ構造または材料を異ならせる領域の間の境界によって規定される、請求項１に記載の複合ファンブレード根元。
【請求項３】
前記外部領域によって囲まれた内部領域を備え、
前記境界は前記外部領域から前記内部領域を区切る、請求項１または２に記載の複合ファンブレード根元。
【請求項４】
前記境界を介して放射され、かつ前記内部領域に達するいずれの信号も前記境界を通過するように、前記境界は前記外部領域から前記内部領域を区切る、請求項３に記載の複合ファンブレード根元。
【請求項５】
前記境界は、前記外部領域と前記内部領域との間の接触面によって規定される、請求項３または４に記載の複合ファンブレード根元。
【請求項６】
前記外部領域は、炭素繊維複合材料を備え、
前記内部領域は、ガラス繊維複合材料、ポリマー、もしくは金属合金を備える、請求項３〜５のいずれかに記載の複合ファンブレード根元。
【請求項７】
前記内部領域および前記外部領域は同一の材料を備える、請求項３〜５のいずれかに記載の複合ファンブレード根元。
【請求項８】
前記外部領域は第１の材料を備え、
前記内部領域は前記第１の材料とは異なる第２の材料を備える、請求項３〜６のいずれかに記載の複合ファンブレード根元。
【請求項９】
前記境界が前記内部領域と前記外部領域との間の接触面でのプライ構造の変化によって形成されるように、前記外部領域の前記プライ構造は前記内部領域の前記層構造と異なる、請求項３〜７のいずれかに記載の複合ファンブレード根元。
【請求項１０】
前記境界は、少なくとも１つの外部領域で成形する複合材料の内部に埋め込まれて異なる音響的性質を有する境界材料の連続的または非連続的な層の形で主に形成されている、請求項１〜９のいずれかに記載の複合ファンブレード根元。
【請求項１１】
前記境界は、境界材料の複数の別々の部分によって規定される、請求項１０に記載の複合ファンブレード根元。
【請求項１２】
前記検査表面のいずれの点においても境界材料の最も近い別々の部分への路が、２つの境界材料の別々の部分の間で前記ファンブレードの根元の対向する表面に延びる路よりも短くなるように、境界材料の前記別々の部分は互いに離隔されている、請求項１１に記載の複合ファンブレード根元。
【請求項１３】
境界材料の隣接部分は、前記層の内部の局所的接平面に垂直な方向に互いにオフセットされている、請求項１０または１１に記載の複合ファンブレード根元。
【請求項１４】
境界材料の隣接部分は、前記層の内部の２つの直交する水平方向に沿って重なり合う、請求項１３に記載の複合ファンブレード根元。
【請求項１５】
前記境界は、前記複合材料によって完全に囲まれた境界材料の層の形で存在する、請求項１０〜１４のいずれかに記載の複合ファンブレード根元。
【請求項１６】
前記検査表面の各点において前記ファンブレードの根元の対向する表面における後壁反射、または前記内部反射境界における境界反射のいずれかに対応する最小の反射路長が存在し、
前記検査表面の第１の領域の内部の点において前記最小の反射路長が後壁反射に対応する一方、前記境界は、前記検査表面の第２の領域の内部の点において前記最小の反射路長が後壁反射に対応するように配置される、請求項１０〜１５のいずれかに記載の複合ファンブレード根元。
【請求項１７】
使用中の圧縮負荷に対応する圧縮応力領域を有し、
前記内部反射境界は、前記圧縮応力領域の内部に配置される、請求項１〜１６のいずれかに記載の複合ファンブレード根元。
【請求項１８】
前記境界の輪郭は前記検査表面の輪郭に対応するか、または前記境界は前記検査表面からの実質的に一定の深さの根元に埋め込まれている、請求項１〜１７のいずれかに記載の複合ファンブレード根元。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれかに記載の根元を備える複合ファンブレード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は埋め込まれたパルス反射境界を備える複合ファンブレード根元に関する。
【背景技術】
【０００２】
非破壊検査技術は、安全面で重要な部品の欠陥や弱点をテストするために宇宙航空産業で使用されている。
【０００３】
１つのそのような例として、超音波信号が部品を介して伝わり、部品の欠陥または部品の対向する表面で反射されるように部品の表面を介して超音波信号（例えばパルスまたは他の波形）が発せられる超音波検査がある。反射した信号のいずれも検出または解析されて、それらが対向する表面または欠陥の存在からの反射に関係するか否かが判定される。
【発明の概要】
【０００４】
一の態様によると、複合材料を備え、かつ部品の外側検査表面を規定する外側領域と、根元の内部に埋め込まれた内部反射境界であって、前記内部反射境界は検査表面から前記根元に放射された信号の速度を変化させ信号を少なくとも部分的に反射するように構成されている内部反射境界と、を備える複合ファンブレードが提供される。
【０００５】
複合材料は、炭素またはガラス繊維強化複合材料のような、繊維強化複合材料であってもよい。外側領域は、２つの分離した検査表面を規定してもよい。２つの検査表面は，ファンブレード根元のベースまたは放射状の内側表面によって分離されてもよい。
【０００６】
境界は、根元に埋め込まれた別々の部品によって形成されてもよい。境界は、複合材料根元の割れ目またはエアポケットといった欠陥によって形成されてもよい。境界での信号の反射は、信号が境界を介して送られた反射信号が境界で反射するような部分的な反射であってもよい。
【０００７】
境界は、連続または不連続な材料の層を規定してもよいし、または材料の異なるプライ構造の領域の間の接触面によって規定されてもよい。
【０００８】
境界を形成する材料は、検査表面から根元に放射される信号の速度を変化させるように、根元の周囲の材料と異なる音響的特性を有していてもよい。それら接触面における反射境界を規定する異なるプライ構造または材料の領域は、検査表面から根元に放射された信号の速度を変化させ、信号を少なくとも部分的に反射させるように互いに異なる音響的特性を有していてもよい。
【０００９】
根元は、さらに外側領域によって囲まれた内側領域を備えてもよい。境界は、外側領域から内側領域を区切る。検査表面を介して発せられ、かつ内側領域に達するいずれの信号も境界を通過するように、境界は外側領域から内側領域を区切ってもよい。
【００１０】
換言すると、内側領域に交差する検査表面からのいずれの信号の放射方向も境界を通過するように（検査表面からの信号の放射のために）、境界は外側領域から内側領域を区切ってもよい。検査表面から放射され、かつ内側領域に達するいずれの信号も境界を通過するように、境界は検査表面から内側領域に向けた方向に沿って内側領域から外側領域を区切っても（または分離しても）よい。
【００１１】
境界は、外側領域と内側領域との間の接触面によって規定されてもよい。
【００１２】
外側領域は、例えば、繊維複合材料を備えてもよい。内側領域は、ポリマー、または金属合金材料を備えてもよい。
【００１３】
内側領域および外側領域は、同一の材料を備えてもよい。あるいは、外側領域は、第１の材料を備えてもよく、かつ内側領域は異なる第２の材料を備えてもよい。
【００１４】
境界は、内側領域と外側領域との間の接触面でのプライ構造の変化によって形成されるよう、外側領域のプライ構造は内側領域のプライ構造と異なってもよい。かかる変化は、信号の反射を引き起こすように局所的音速の変化を引き起こしてもよい。
【００１５】
境界は、少なくとも外側領域を形成する複合材料と異なり、その内部に埋め込まれている境界材料の層の形で主に存在してもよい。層は、シート状であり、かつオプションで非平面となるよう曲がっていてもよい。
【００１６】
層の湾曲または輪郭は、関連付けられた検査表面の湾曲または輪郭と対応してもよい。層の湾曲または輪郭は、複合材料のプライの間の境界面の局所的湾曲に対応してもよく、関連付けられた検査表面の湾曲または輪郭と異なってもよい。
【００１７】
境界は、境界材料の複数の別々の部分によって規定されてもよい。
【００１８】
検査表面のどの点に関しても境界材料の最も近い別々の部分は、最も近接する２つの別々の部分の間のファンブレード根元の対向する表面に延びる路よりも短くなるよう、境界材料の別々の部分は互いに離隔さてれてもよい。したがって、境界材料の別々の部分が境界材料を通過することなく、根元の内側領域に信号が達することを許容するように離隔されているとしても（場合によっては）、信号が複数の方向に放射されたとき、反射した信号は境界材料の最も近接する部分の１つから検査表面に向かってさらに反射されてもよい。
【００１９】
あるいは、境界材料の隣接部分は、層の局所的接平面に垂直な方向に互いにオフセットされてもよいし、互いに重なり合ってもよい（すなわちそれらは層の内部で互いに重なり合ってもよい）。
【００２０】
連続する信号反射境界を層に垂直な方向に沿って受信した信号に提供するため、境界材料の近接する部分は、層の内部で互いに重なり合ってもよい。
【００２１】
上述のように，境界が内側領域から外側領域を区切る際、検査表面から内側領域に向かった方向に沿って外側および内側領域を区切るために、境界材料の隣接部分は層の内部で互いに重なり合ってもよい。
【００２２】
境界材料の隣接部分は、層の横方向に沿って層の内部で互いに重なり合ってもよく（すなわち局所的接平面の面内方向に対応）、かつ層に垂直な（すなわち局所的接平面に対して垂直な）方向に沿ってオフセットされてもよい。境界材料の隣接部分は、層の内部で２つの直交する横方向に沿って重なり合ってもよい。
【００２３】
境界は、複合材料によって完全に囲まれた境界材料の層の形で存在してもよい。完全に囲まれた、とは層の全側面および層の全端が複合材料によって囲まれていることを意味する意図である。したがって、層はファンブレード根元の表面にまたは表面を介して延びなくてもよい。
【００２４】
複合ファンブレード根元は、検査表面の間に延びるベース面を備えてもよい。境界は、ベース面に延びない層を形成してもよい。境界は、ファンブレード根元の前部および／または後部の軸方向表面（すなわちファンブレード根元の翼弦方向の範囲のいずれかの端にある表面）に延びなくてもよい。
【００２５】
検査表面の各点に関して、ファンブレード根元の対向する表面の後壁反射または境界の境界反射のいずれかに対応する最小の反射路長が存在してもよい。検査表面の第１の領域の内部の点に関して、最小の反射路長は後壁反射に対応し、その一方で検査表面の第２の領域の内部の点に関して最小の反射路長は境界反射に対応するよう境界が配置されてもよい。
【００２６】
第１の領域は、ファンブレードのブレード部に隣接する領域を含んでもよい。第１の領域は、ファンブレード根元の対向する検査表面の間に延びるベース面に隣接する領域を含んでもよい。特に、軸方向の断面で見たとき、検査表面は検査表面の各縁に隣接する第１の領域と第１の領域の間の第２の領域を有してもよい。
【００２７】
複合ファンブレード根元は、使用時の圧縮荷重に対応する圧縮応力領域を有してもよく、内部反射境界は、圧縮応力領域の内部に配置されてもよい。
【００２８】
複合ファンブレード根元は、圧縮応力領域の外に引張応力領域を有してもよい。引張応力領域は、使用時の張力荷重に対応してもよい。
【００２９】
境界の輪郭は、検査表面の輪郭と対応してもよい。境界は、検査表面から実質的に一定の深さで根元に埋め込まれていてもよい。深さは、検査表面に垂直な方向に沿った境界と検査表面との間の距離に対応する。
【００３０】
複数の検査表面が存在してもよい。各境界が各検査表面と関連付けられた複数の検査表面が存在してもよい。
【００３１】
第２の態様によると、第１の態様に従った複合ファンブレード根元を備える複合ファンブレードが提供される。
【００３２】
第３の態様によると、第２の態様に従った複合ファンブレードを備えるガスタービンエンジンが提供される。
【００３３】
添付の図面を参照して、例示により、本発明の実施形態が説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は先に検討されたファンブレード根元の断面図を模式的に示す。
【図２】図２は図１のファンブレード根元に適用された場合の超音波検査装置の受信機によって受信されうる信号を例示する。
【図３】図３はファンブレード根元の断面図を模式的に示す。
【図４ａ】図４ａは図３のファンブレード根元に適用された場合の超音波検査装置の受信機によって受信されうる信号を例示する。
【図４ｂ】図４ｂは図３のファンブレード根元に適用された場合の超音波検査装置の受信機によって受信されうる信号を例示する。
【図５】図５はさらなる例のファンブレード根元の断面図を模式的に示す。
【図６】図６はさらなる例のファンブレード根元の断面図を模式的に示す。
【図７】図７はさらなる例のファンブレード根元の断面図を模式的に示す。
【図８ａ】図８ａは図７のファンブレード根元に適用された場合の超音波検査装置の受信機によって受信されうる例の信号を示す。
【図８ｂ】図８ｂは図７のファンブレード根元に適用された場合の超音波検査装置の受信機によって受信されうる例の信号を示す。
【図９】図９はさらなる例のファンブレード根元の断面図を模式的に示す。
【図１０】図１０はさらなる例のファンブレード根元の断面図を模式的に示す。
【図１１】図１１はさらなる例のファンブレード根元の断面図を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１はガスタービンエンジン（図示せず）のファンブレードの先への配置が検討された複合蟻継ぎファンブレード根元１０の軸方向断面図を示す。示された断面はガスタービンの回転軸に垂直である。ファンブレード根元１０はガスタービンエンジンのハブ（図示せず）に対してファンブレードを固定することで構成されている。複合根元１０はブレード部１６とともに一体的に形成されている。
【００３６】
この例では、根元１０は実質的に一定の軸方向断面を有し、放射状外向きの方向に沿って先細になっている。この例の根元１０は、ブレード部１６およびブレード部１６の圧力および吸引表面２２、２４に対応する２つの先細側面と、反対側の放射状内側ベース面１８を有する。この開示は、これらの表面を介した根元１０の検査に関係するため、根元１０の先細側表面は、ここでは検査表面２０と称する。根元１０の検査表面の各々は、ブレード部１６の圧力表面２２および吸着面２４のそれぞれと同化している。
【００３７】
使用中、検査表面２０がハブの放射状外側保持表面と反対になるように、根元１０はガスタービンエンジンのハブにスロット挿入されている。ハブの回転中、ファンブレードはファンブレードを保持するためハブの保持面によって反作用が起こる遠心力を受ける。
【００３８】
先に検討されたテスト手順では、超音波送信機および受信機を備えるテスト機器３０は、根元１０の検査表面２０に配置されて複合根元１０の顕著な欠陥の存在を検出する。
【００３９】
検査表面２０の第１の例の位置において、送信機は根元１０を介して送信される超音波信号３２を放つ。例として、放射および検出の図示が予め解釈できるように、信号はここでの例では、パルスとして説明される。ただし、信号はあらゆる適切な形態（または波形）を取ってもよく、パルスを備えることに限定されない。パルスは、割れ目、エア４０のポケット、または他の欠陥といった局所的音速の変化となる内部特徴に遭遇するまで根元１０を介して伝わることが理解されるであろう。
【００４０】
この例では、放射されたパルス３２の進路においてかかる欠陥が存在し、パルスがベース面１８で少なくとも部分的に反射されるように、局所的音速の変化を示す根元の他の表面−「この例ではベース面１８」−に遭遇するまで、そのパルス３２は根元１０を介して伝わり続ける。ただし、根元１０を介して伝わる間、例のパルス３２およびその反射は反射パルスが機器３０によって検出されないように減衰される。
【００４１】
減衰は材料の性質および信号が放たれる周波数の作用である。より低い周波数において、減衰はより長い経路上でパルスが検出されるように減衰はより少なくてもよいが、欠陥の検出の正確さは低減されてもよい。したがって、パルスが伝わることができる距離と欠陥の検出の正確さとの間にはトレードオフが存在する。
【００４２】
検査表面２０の第２の例の位置のテスト機器とともに、図１に示すようなパルス３２の経路のクラック４０のような欠陥が存在する。パルス３２はクラック４０で部分的に反射してクラック４０を介して部分的に伝わる。この例では、反射した経路長に沿ったクラック４０への減衰は最小限であり反射したパルス３４は受信機で検出される。
【００４３】
したがって、反射したパルス３４の検出は根元１０の対向する表面からの反射か、またはクラック４０の存在または他の欠陥の検出のいずれかを示す。テスト機器のオペレータは反射したパルス３４の特性を監視してそれが欠陥の存在に関係するか否かを判断する。
【００４４】
クラック４０のパルス３２の反射に対応する信号の例は、時間に対する受信機からの出力信号の振幅を示す図２にて示されている。送信機はＴ＝０で信号を放つ。受信機は振幅Ｎの暗騒音の実質的に一定の水準を受信する。時間ｔにおいて、受信機は反射したパルス３４を受信して出力信号は振幅Ａのピーク３８に上昇する。
【００４５】
根元１０の複合材料の局所的音速が知られている場合、検査表面２０から反射点までの距離は時間ｔに基づいて判定されることができる。オペレータはしたがってピーク３８が欠陥４０の存在または対向する壁の反射、ここでは「後壁エコー」に関係するかを判定することができる。オペレータはピーク３８は欠陥または後壁に関係するかを判定するために、検査表面上でテスト機器を再配置する時間ｔの変化、およびピーク３８の振幅の変化といった他の要因を考慮に入れてもよい。
【００４６】
ピーク３８の振幅Ａは送信機によって放たれたパルス３２の振幅、複合材料を介したパルスの減衰（距離および材料の性質の作用）、および境界の局所的音速の変化の大きさを含むいくつかの要因に依存する。２つの材料の間の境界の局所的音速の変化の差が大きければ、それだけ大きい比率のパルスが反射されることになろう。
【００４７】
クラックまたは他の欠陥が検査表面の下の比較的深部に存在する場合、パルスは欠陥の反射後受信機によって検出されないように減衰してもよい。したがって、受信機によるピーク３８の非検出は（ｉ）パルスの経路に欠陥が存在しないこと、または（ｉｉ）検出のための検査表面２０から遠すぎる欠陥、または（ｉｉｉ）機器の故障のいずれかが原因になりうるであろう。したがって検出されたパルスの不存在は根元１０の内部で欠陥がないことを必ずしも意味しない。それゆえ、受信機で検出された後壁エコーの不存在において、オペレータはパルスの経路に欠陥が存在するか否かまたは機器が誤動作しているか否かを判定することができなくてもよい。
【００４８】
図３は、埋め込まれた内部反射境界１０２を備える例のファンブレード根元１００の断面を示す。境界１０２は検出されない程度に減衰される前に反射されるように、信号の速度を変化させるよう構成されている境界材料の層の形で存在する。以下で詳細に説明されるが、境界はしたがって後壁エコーをシミュレートし、機器が正しく動作しており境界の領域に欠陥が存在しないことをオペレータが肯定的に確認できるようにするために有用となる。
【００４９】
この単純化された例では、根元１００は実質的に一定の軸方向の断面を有しており、放射状外側の方向に沿って先細りしている。根元１００は、ブレード部の反対側の放射状の内部ベース面１１８とブレード部の圧力および吸着面に対応する２つの先細側面とを有する。根元１００の先細側面は、ここでは検査表面１２０と称する。
【００５０】
根元１００は、内側領域１０８と外側領域１１０とを備える。軸方向断面において、外側領域１１０は、検査表面１２０から内側に延びて内側領域１０８を囲む。外側領域１１０はしたがって検査表面を規定する。
【００５１】
境界１０２は、外側領域から内側領域１０８を区切る。この例では、境界は内側領域１０８から外側領域１１０を分離し、かついずれかの検査表面１２０で外側領域１１０を介して放たれたいずれのパルスも内部反射境界１０２で少なくとも部分的に反射されるように構成されている。境界１０２は、内側領域に達するいずれのパルスも内側領域１０８に達するためには境界層１０２を介して部分的に伝達されなければならないように、内側領域１０８および外側領域１１０を区切る。換言すると、どのパルスも境界１０２を通過することなく検査表面１２０から内側領域１０８に達することができないように境界１０２は構成されている。
【００５２】
境界１０２は、外側領域１１０の材料に対して異なる局所的音速を有する。いくつかの例では、それは内側領域１０８の材料に対して異なる局所的音速を有してもよい。この例では、内側および外側領域１０８、１１０は、炭素繊維複合材料によって構成されており、境界１０２はガラス繊維複合材料によって構成されている。他の例では、境界１０２はポリマー、合金または内側および外側領域１０８、１１０の金属と良好な接合性を有する他の金属で構成されてもよい。
【００５３】
この例では、境界１０２は、各検査表面に直交する方向に沿って計測されるように、境界１０２は検査表面１２０の下の実質的に一定の深さで検査表面１２０の下に埋め込まれている。ただし、他の例では境界１０２は可変の深さで埋め込まれてもよい。位置、曲率および輪郭は局所的プライ構造に依存してもよく、これは最も近い検査表面の曲率および輪郭に対応してもよいかまたは直接対応していなくてもよい。
【００５４】
例の根元１００は、亀裂伝播のように欠陥の形状を阻害する第１の応力状態を有する第１の領域と、欠陥の構成を阻害しない第２の領域を備える。かかる応力状態の領域は定型操作のための運用上の負荷形態とともに、部品の既知の配置と材料特性に基づいて予め計算可能である。第１の領域は、欠陥の構成を阻害しないように実際は概ね圧縮的であってもよい。第２の領域は、亀裂伝播のように、欠陥の構成を阻害しなくてもよい（またはかかる構成を促進してもよい）張力およびせん断応力負荷を含む応力状態を有してもよい。第１の領域はしたがって圧縮応力領域と称されてもよく第２の領域は引張応力領域と称されてもよい。ここで説明された例では、引張応力領域は外側領域１１０に位置しており、検査表面１２０から外側領域１１０に延びる。圧縮応力領域は、圧縮応力領域と引張応力領域との間の接触面が外側領域１１０に位置するように引張応力領域によって囲まれている。内側領域１０８は、圧縮応力領域に完全に位置するように内部反射境界１０２は圧縮応力領域の内部に位置している。
【００５５】
クラックおよび他の欠陥は、引張応力またはせん断応力の元で形成する傾向があるので圧縮応力領域は欠陥の構成に影響を受けにくくてもよい。
【００５６】
内部反射境界１０２は、後壁エコーをシミュレートして、オペレータが検査表面１２０と境界１０２との間−すなわち外側領域１１０に欠陥が存在しないことを肯定的に確認しうるために提供される。したがって、引張応力領域が外側領域に完全に位置するように境界を配置することによって欠陥が生じる可能性が最も高い領域をこのように確認することを可能にする。さらに、圧縮応力領域に境界１０２を配置することにより、境界１０２の存在による根元１００の引張強度に対する何らかの悪影響が軽減されうる。いくつかの例では、反射境界またはそれを規定する構造の存在は反射境界のない類似の構造のファンブレード根元に比して、ファンブレードの構造的復元力を減少させうる。したがって、欠陥または欠陥の伝播の影響を受けにくい領域に反射境界を配置することにより、構造的復元力のかかる減少のいずれも軽減されうる。
【００５７】
圧縮応力領域はファンブレードの構造的一体性にとって決定的ではない可能性がありしたがって境界１０２を取り込むことによって生じうる何らかの強度の否定的効果を調整しうる。
【００５８】
使用中、超音波テスト機器３０は根元１００の検査表面１２０に適用されて、上述のようにパルス１３２は根元１００の外側領域１１０を介して送信される。機器３０によって受信されてもよく、かつオペレータによって解釈されてもよい信号の例は図４ａおよび４ｂに示される。
【００５９】
図４ａは、送信されたパルス１３２の経路に欠陥が存在しない場合に、装置３０によって受信される信号の例を示す。パルス１３２は、境界１０２で部分的に反射されて、反射されたパルス１６０は機器３０によって検出される。接触表面１２０からの境界１０２の深さは既知であり、かつ検査表面１２０の周りで実質的に一定であり、反射されたパルス１６０の予想検出時間ｔｅが計算できる。図４ａに示すように、これはｔ＝ｔｅで線１６２に重ね合わされてもよいし、またはテストの使用および経験を通してオペレータにより単に推論されてもよい。例えば、根元１００を検査するオペレータは、検査表面１２０の周囲の複数の位置において時間ｔ＝ｔｅで一貫した反射パルスを観察し、これを境界１０２の反射と関係すると結論付けるであろう。
【００６０】
機器３０が時間ｔ＝ｔｅで反射パルスを検出し、かつこの前にパルスが検出されなかった場合の例では、機器は作動しており、かつパルス１３２の経路の根元１００の外側領域１１０には欠陥が存在しないという肯定的な確認が存在する。オペレータは、したがって欠陥が検出されているか否かを確認するためにディスプレイ（または例えば、可聴的同等物）に示された信号を解釈することができる。かかる解析もまたディスプレイ無しで機器により自動的に実施されうるであろう。
【００６１】
欠陥１４０がパルス１３２の経路に存在する場合の例では、パルス１３２は欠陥１４０で部分的に反射し、かつ欠陥１４０を介して部分的に伝達される。反射パルス１８０は、したがって予想時間ｔｅの前に機器３０で検出される。オペレータはパルスの経路の外側領域１１０に欠陥１４０が存在することを判定するために表示された信号を解釈することができる。
【００６２】
欠陥１４０を介して部分的に伝達された後、パルス１８２は境界１０２に達してもよく、かつ検査表面１２０に戻って反射されるかもしれない。ただし、この反射パルス１８４は、予想時間ｔｅで機器３０に最終的に達するパルス１８８が、欠陥１４０が存在しないときに受信されたパルス１６０よりも振幅の点で小さくなるように、欠陥１４０を介して検査表面１２０に向かって部分的に伝達されるだけでよい。
【００６３】
いくつかの例では、境界１０２の反射が予想時間ｔｅで受信機によって検出されないように、欠陥１４０を介して伝達されたパルス１８２は欠陥により減衰されてもよい。しかしながら、かかる例では、欠陥１４０からの反射パルス１８０はそれでも検出されるため、オペレータは欠陥１４０が外側領域１１０に存在するか否かをそれでも肯定的に確認しうるし、機器３０が作動していることも肯定的に確認しうる。
【００６４】
以下で詳細に説明されるように、境界１０２の存在は外側領域１１０のさらに正確かつ信頼しうるテストにつながるかもしれない。ただし、境界１０２は、内側領域１０８に向かって伝達されたあらゆるパルスを減衰するかもしれないため、内側領域１０８の内部の欠陥のテストの能力は低減されうる。
【００６５】
根元に欠陥が存在しないとしても、境界１０２は、パルス１３２の大部分を反射して境界１０２を介してパルス１９０を内側領域１０８に部分的に伝達するだけであろう。部分的に伝達されたパルス１９０は、結果的により弱くなるかもしれないし、内側領域１０８の内部の欠陥で反射されたいずれのパルスも境界１０２でさらなる減衰にさらされるかもしれない。したがって、機器３０は内側領域１０８の内部の欠陥を検出できないかもしれないか、または反射境界１０２の存在のおかげでそうする可能性が低くなるかもしれない。ただし、内側領域１０８は、圧縮領域の内部にあるため、外側領域１１０よりも内側領域１０８で何らかの欠陥を検出することはあまり重要でないかもしれない。
【００６６】
適切に使用された際の機器３０によって反射パルスが常に検出されることを確実にするために、内部反射境界１０２が提供されてもよい。例えば、欠陥によって予想時間ｔｅの前に、および／または境界１０２での反射によって予想時間ｔｅに、機器３０によって何ら反射パルスが検出されない場合の例では、機器が不適切に使用されているか欠陥があると判定されることができる。
【００６７】
多孔性や皺といった、根元の性質は、受信された信号の質に基づいて判定されてもよい。
【００６８】
高レベルの多孔性は、予想時間ｔｅで検出された反射パルスが基準値よりも弱くなりうるようにパルスを散乱させうる（すなわち、それは通常の多孔性を有する根元１００の境界での反射に対応する基準閾値よりも低い振幅を有するかもしれない）。さらに、この散乱は、基準値よりも大きい暗騒音の水準につながりうる（すなわち、それは暗騒音の基準振幅よりも大きい平均振幅を有するかもしれない）。
【００６９】
多くの弱いパルスが初期に反射されるか、または高レベルの暗騒音が蓄積樹脂または複合繊維の複合層またはエリアの皺を示していてもよい。したがって、基準値より上のレベルの暗騒音または予想時間ｔｅより前の一連の弱い反射パルスを有するような信号は、欠陥のある根元１００を示してもよく、さらなる非破壊テストを必要としてもよい。
【００７０】
したがって、欠陥のない外側領域１１０の肯定的な確認を可能とすることに加え、境界１０２はオペレータまたは検出機器が多孔性および／または皺と関連した欠陥を特定することを可能にしてもよい。
【００７１】
図５は、根元１００の内部の層１４４の配置の例を含む図３のファンブレード根元１００の断面を示す。
【００７２】
この例では、根元１００はプリフォームを形成するためのファンブレードの型または金型に複合材料をレイアップすることによりファンブレードのブレード部分と一体的に製造される。この例では、型のレイアップ表面は検査表面１２０の１つおよびブレード部分の関連する側と対応する。
【００７３】
第１のレイアップ段階において、複合材料がブレードのスパン方向長さに沿って層（またはプライ）１４４に塗布されて、外側領域１１０の第１の部分を形成する。この例では、複合材料はプリプレグ炭素繊維である。連続する層が矢印Ａで示されるレイアップ方向に沿って塗布される。外側領域１１０およびブレード部の所望の翼厚を発展させるために、選択されたプライ１４４は（ブレードの長さに沿ってではなくむしろ）根元１００に単独で塗布されてもよい。
【００７４】
第２のレイアップ段階において、複合材料が層に塗布されて、内側領域１０８からレイアップ表面に隣接する外側領域１１０の第１の部分を分離する境界１０２の第１の部分を形成する。この例では、境界１０２の複合材料はプリプレグガラス繊維である。
【００７５】
第３のレイアップ段階において、複合材料が層に塗布されて境界１０２に隣接する内側領域１０８を形成する。この例では、複合材料はプリプレグ炭素繊維である。
【００７６】
第４のレイアップ段階において、複合材料が塗布されて型のレイアップ表面から最も遠い外側領域１１０の第２の部分から内側領域を分離する境界１０２の第２の部分を形成する。この例では、境界１０２の複合材料は、再度プリプレグガラス繊維である。
【００７７】
第５のレイアップ段階において、上述のように複合材料が境界１０２の第２の部分上、かつブレード部の長さ方向に沿って塗布されて外側領域１１０の第２の部分を形成する。
【００７８】
プライ１４４は、根元１００の複数方向に沿って強度を提供するために、複数方向に置かれる。いったんレイアップが完了すると、プリフォームが硬化されてファンブレードを形成する。
【００７９】
この先の説明で分かるように、圧縮応力領域および引張応力領域の形状は、内側領域１０８と外側領域１１０との間の境界または接触面の位置というよりも、むしろファンブレードの全体的配置および材料の性質に依存する。
【００８０】
図６は、ファンブレード根元２００のさらなる例の断面を示す。
【００８１】
ファンブレード根元２００は、ベース面２１８と図３に関して上述した例の根元１００のベース面および検査表面１１８と類似の２つの検査表面２２０とによって規定されている。根元２００はベース面２１８からファンブレード部分２１６まで先細っている。
【００８２】
根元２００は、内側領域２０８と外側領域２１０とを備える。図３のファンブレード１００に関して説明したように、内側および外側領域２０８、２１０の輪郭は実質的に同一である。外側領域２１０は、この例では炭素繊維複合材料である第１の材料を備える。内側領域２０８は、外側領域に対して異なる局所的音速を有する。したがって、パルス反射境界２０２（すなわち信号反射境界）は、内部領域２０８と外側領域２１０との間の接触面に存在する。その結果、この例では、境界２０２は、内側領域２０８と外側領域２１０との間に配置された別々の材料によってではなく、むしろ局所的音速の違いが存在する２つの領域の間の接触面によって形成される。
【００８３】
この特定の例では、境界２０２は検査表面から実質的に一定の深さで配置されている。
【００８４】
内側領域２０８は、この例では外側領域２１０の炭素繊維複合材料と異なる局所的音速を有するガラス繊維複合材料である第２の材料を備える。したがって、内側領域２０８と外側領域２１０とは異なる材料を有するため、異なる局所的音速が生じる。他の例では、内側領域２０８は、例えばポリマーまたは合金を備える。さらに別の例では、内側領域２０８は外側領域２１０と同一の材料を使用しうるであろうが、局所的音速の変化につながるよう構成された境界２０２でプライ配向の変化が存在しうる。
【００８５】
使用中、超音波テスト機器３０は根元２００の検査表面２２０に適用されて、パルスは外側領域２１０を介して伝達される。図３および４に関して説明されたように、境界２０２は境界１０２と同じ方法で作動する。
【００８６】
図７は、複合ファンブレード根元のさらなる例を示す。
【００８７】
ファンブレード根元３００は、ベースおよび検査表面１１８、２２０に類似のベース面３１８および２つの検査表面３２０によって規定される。根元３００は、ベース面３１８からファンブレード部分３１６に向けて先細っている。
【００８８】
根元３００は、内側領域３０８、外側領域３１０および検査表面３２０から内側領域３０８に向けた方向に沿って内側領域３０８から外側領域３１０を分離する境界３０２を備える。特に、境界３０２は、検査表面３２０に実質的に垂直な方向で内側領域３０８から外側領域３１０を分離する。内側および外側領域３０８、３１０の輪郭は、図３のファンブレード１００に関して説明されたのと実質的に同一である。
【００８９】
以下で説明するように、境界３０２は、概ね格子または市松配置で層の内部に配置された境界材料の複数の離散的部分３０６によって規定される層（複数の層を備えてもよい）の形で存在する。「層の内部の」方向、または配置に対するここでの言及は、境界の扁平な同等物における平面方向と同等であってもよい境界の内部の正接方向、または任意の点の境界に対する局所的接平面における横方向に関することが意図される。特に、境界３０２が内側領域３０１（内側領域３０８に近接）および外側領域３０３（外側領域３１０に近接）を有するように境界材料の隣接部分３０６は検査表面３２０に垂直な方向に互いにオフセットされる。境界３０６の特定の位置で検査表面３２０に垂直な方向は検査表面３２０の最も近い部分に垂直な方向であってもよい。
【００９０】
この例では、境界材料の隣接部分３０６は層の内部で四角形を有しており層の内部の２つの横方向（すなわち境界の扁平な同等物の内部の直交方向）に互いに重なり合っている。その結果、層に垂直な方向から見ると、この例における境界材料の隣接部分３０６は、内側および外側領域３０１、３０３上で市松模様を形成する。特に、外側領域３０３の境界材料の部分３０６が第１の要素タイプに対応してもよく、かつ内側領域３０１の境界材料の部分３０６が第２の要素タイプに対応してもよいように、隣接部分３０６は２つの要素タイプを有する市松模様に類似の交互のパターンで内側領域３０１および外側領域３０３を横断して割り振られている。
【００９１】
使用中、機器３０が検査表面３２０に適用されたとき、内側境界層３０１および外側境界層３０３からそれぞれ反射されたパルスを受信する２つの異なる予想時間ｔｅ１およびｔｅ２が存在するであろう。図８ａおよび８ｂに示したように、ｔ＝ｔｅ１の線およびｔ＝ｔｅ２の別の線は、オペレータによってディスプレイに重ね合わされてもよい。２つの予想時間は、オペレータがそれらをいつも区別しなくてもよいように反射されたパルスの伝達時間は相対的に十分に近くてもよい。
【００９２】
反射境界は、各根元の検査表面から実質的に一定の深さである例が説明されてきたが、境界は変動する深さにあってもよい。検査表面の任意の点で境界から反射されたパルスを受信するために予測時間ｔｅが推定されるように、オペレータまたは機器は境界の深さプロファイルによって訓練またはプログラムされてもよい。図９および１０はかかる境界の例を示す。
【００９３】
図９はファンブレード根元４００のさらなる例の断面を示す。
【００９４】
ファンブレード根元４００は、図３に関して、上述した例の根元１００のベースおよび検査表面１１８、２２０と類似のベース面４１８および２つの検査表面４２０によって規定される。根元４００は、ベース面４１８からファンブレード部分４１６に向かって先細っている。
【００９５】
根元４００は、上述のような圧縮領域および張力領域を備える。
【００９６】
境界４０２は、ベース面４１８の中心から根元４００に放射状に延びる境界材料の平面層の形で根元に埋め込まれている。境界材料は、根元４００の周囲の複合材料に対して異なる局所的音速を有する材料の別々の部分である。
【００９７】
この例では、引張応力領域に境界材料が存在しないように、境界４０２は引張応力領域の内部に完全に含まれている。境界４０２は検査表面４２０の下で一定の最小距離にあるのではない。
【００９８】
使用中、境界４０２は、図３、６、７の根元に関して、上述したのと同じ方法で超音波パルスを反射する。外側領域から内側領域を区切らないが、後壁エコーが上述のように検査機器３０を用いてシミュレートおよび検出されうるように、境界４０２の存在は根元４００の内部の反射経路長を効果的に減らす。
【００９９】
ただし、検査表面４２０から境界４０２までの深さは一定ではないため、反射パルスが境界４０２または欠陥での反射の兆候であるかを区別または推論するのはより困難であろう。オペレータまたは検査機器は、それでもなおかかる区別をすることが可能であろう。例えば、境界からの反射の予想時間が推定されてもよいように、オペレータまたは機器は、検査表面の異なる位置と相互に関連づけられるような境界４０２の深さプロファイルによって理解またはプログラムされてもよい。さらに、深さプロファイルが徐々に変化しうるため、機器３０は検査表面上で移動されるので、境界のパルスの反射の時間は連続的に変化しうる。その結果、オペレータまたは機器は、パルスの反射の時間の不連続な変化を判定するために反射結果を調査しうるが、これは境界４０２から離れた欠陥の存在の兆候となりうるからである。
【０１００】
図１０は、ファンブレード根元５００のさらなる例の断面を示す。
【０１０１】
ファンブレード根元５００は、ベースおよび検査表面１１８、２２０と類似のベース面５１８および２つの検査表面５２０によって規定される。根元５００は、ベース面５１８からファンブレード部分５１６に向かって先細っている。
【０１０２】
根元５００は、境界材料の別々の各部分によって形成された２つの別々の境界５０２を備える。各境界は、検査表面５２０の各１つと関連づけられており、各検査表面５２０の下の根元５００の内部に埋め込まれて図３および図６−８の根元に関して上述したように超音波パルスを反射する。
【０１０３】
この例では、境界５０２は、欠陥のない根元の反射パルスの経路長を減らすために提供される。後で理解されるであろうが、境界のない場合、根元の反射パルスの最小の経路長は検査表面５２０に沿って可変である。例えば、テスト機器がベース面５１８との合流点に近い検査表面５２０の領域に配置されている場合、反射パルスの最小の経路長は比較的短くてもよい−例えばパルスはベース面５１８で反射されてもよい。テスト機器が検査表面５２０の中央に向かう点（すなわちベースとブレード部分５１６との間）に配置されている場合、反射パルスの最小の経路長は比較的長くてもよい。例えば、最小の経路長は対向する検査表面５２０での反射に対応してもよい。さらに、テスト機器が根元５００の厚みが比較的先細っているまたは首のあるブレード部分５１６に向かう検査表面５２０の点に配置されている場合、反射パルスの最小の経路長は前と同じく比較的短くてもよい。
【０１０４】
この例では、各境界は検査表面５２０の各１つと関連付けられており、各検査表面の下に配置されて、反射パルスの最小の経路長がそうでなければ最大になりうる検査表面５２０におけるこれらの部分から反射パルスの最小の経路長を減らす。
【０１０５】
図１０の特別な例では、境界５０２はベース面５１８に延びず、互いに連続でなく、したがって検査表面５２０を規定する外側領域を含む根元の本体を形成する複合材料によって完全に囲まれている。
【０１０６】
図９に関して、上述した例の根元４００、５００において、検査表面４２０、５２０の点は、根元４００、５００の対向する表面（例えば、対向する検査表面４２０、５２０、またはベース面４１８、５１８）の後壁反射のいずれかに対応する最小の反射路長を有する。各例では、検査表面の第１の領域の内部の点（例えば上述のようにベース面４１８、５１８、またはブレード部分４１６、５１６に近接）に関して、最小の反射経路長が後壁反射（すなわち根元の対向する表面で）に対応する一方、検査表面の中間の第２の領域の内部の点（例えば図９および１０の軸方向断面で示された検査表面の中央領域に沿って）に関して、最小の反射経路長が各境界４０２、５０２の境界反射に対応するように、境界４０２、５０２は根元４００，５００内部に配置されている。図１０において、上述の例の第１の領域は、ベース５１８に向かう符号５２２で示されている一方、上述の例の第２の領域は符号５２４で示されている。
【０１０７】
したがって、これらの例における境界４０２、５０２の使用は必要な閾値を下回る最小の反射経路長を減らす効果を有する。最小の反射経路長が既に閾値を下回っている領域には境界は提供されなくてもよい。
【０１０８】
つまり、境界４０２、５０２は、パルスが大幅に減衰されうるファンブレード根元の最も厚い部分の検査の後壁エコーをシミュレートするために提供され、ファンブレード根元の比較的薄い領域には延びない。
【０１０９】
図１１は、ファンブレード根元のさらなる例の断面を示す。
【０１１０】
ファンブレード根元６００は、図３に関して、上述の例の根元１００のベースおよび検査表面１１８、１２０と同様のベース面６１８および２つの検査表面６２０によって規定される。
【０１１１】
根元６００は、各々境界材料６０３の別々の部分を備える境界材料の層の形である各検査表面と関連付けられた２つの分離した境界６０２を備える。他の例では、境界６０２は、単一の境界を規定するため、実質的に近接してもよい。各境界は、検査表面６２０の各１つと関連付けられており、各検査表面６２０の下の根元６００の内部に埋め込まれて、図３および図６−８の根元に関して、上述されたように超音波パルスを反射する。
【０１１２】
この例では、各層または境界６０２の境界材料６０３の別々の部分は、互いに、−すなわち、層６０２に関して横方向に沿って離隔されている。このため、境界６０２が内側領域６０８から根元６００の外側領域６１０を区切る一方、経路６３２が境界材料６０３のどの部分も通過することなく内側領域６０８に達することができるように、検査表面の１つから、かつ境界材料６０３の隣接する別々の部分の間の空間を介した信号の経路６３２が存在してもよい。
【０１１３】
検査表面の任意の点に関して、境界材料の別々の部分のうち最も近いものへの経路は、各点から、かつファンブレード根元の対向する表面に対して境界材料の２つの最も近い別々の部分の間の空間を介して延びる経路よりも短くなるよう、境界材料６０３の別々の部分は互いに離隔されている。したがって、信号が検査表面の点から放射されて複数方向の根元を介して送信される場合、たとえ信号の各々、かつどの経路も後壁エコーをもたらさないとしても、後壁エコーをシミュレートして機器の適切な機能を確認するため、反射信号は、境界材料の最も近い部分の１つから検査表面に向けて反射されるであろう。
【０１１４】
このため、境界６０２は、外側領域から内側領域を完全に囲まないにもかかわらず、図９および１０の根元４００、５００に関して、上述した境界４０２、５０２と同様の方法で各々検査表面から反射進路の長さを減らすのに役立つ。
【０１１５】
軸方向断面が実質的に一定である例のファンブレード根元が説明されてきたが、軸方向断面はファンブレードの翼弦に沿って変化してもよい。いくつかの例では断面形状はファンブレードの翼弦方向の広がりに沿って同様であってもよいことが理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
2021525331.tif 000013
【図１０】
2021525331.tif 000014
【図１１】
2021525331.tif 000015
【国際調査報告】
2021525331.tif 000016
2021525331.tif 000017
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