(57)【要約】  タービンエンジンの複合ブレード用構造補強材であって、ブレードの前縁に接着接合し、高さ全体にわたって、２つの側面によって延長される基部を有する略Ｖ字形断面を有する補強材は、基部の少なくとも１つのハウジング内に取り付けられ、ハウジングの高さ全体に沿って変化する繊維含有量を規定する複数の繊維束の集合体を備える。
2015524030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジンの複合ブレード用構造補強材にして、前記ブレードの前縁に接着接合し、高さ全体にわたって、２つの側面によって延長された基部を有する略Ｖ字形断面を有する補強材であって、前記基部の少なくとも１つのハウジング内に取り付けられ、前記構造補強材の長手方向に沿って伸び、前記ハウジングの高さ全体に沿って変化する繊維含有量を規定する複数の繊維束の集合体を含むことを特徴とする、構造補強材。
【請求項２】
繊維束を構成する繊維が、前記繊維束の少なくともそれぞれの端部に配置されるリングによって適切な位置で保持されることを特徴とする、請求項１に記載の構造補強材。
【請求項３】
前記リングの直径が、リングが互いに保持する繊維束の数が増加するのに伴って大きくなることを特徴とする、請求項２に記載の構造補強材。
【請求項４】
補強材が、溶接する２つの部分で構成され、前記繊維束を収容するための前記少なくとも１つのハウジングは、前記２つの部分のそれぞれの中に形成された２つの互いに面する溝を互いに結合することにより形成され、溝は溶接時に互いに結合されることを特徴とする、請求項１に記載の構造補強材。
【請求項５】
前記ハウジングの直径が、収容される繊維束の直径と一致するように段階的に変化することを特徴とする、請求項４に記載の構造補強材。
【請求項６】
前記複数の繊維束の集合体が、少なくとも２つの同心性繊維束と、第１の長さを有する管束と、第１の繊維束の一部を覆い、前記第１の長さより短い第２の長さを有する環状束とを含むことにより、第１の繊維束と第２の繊維束との重なり長さにおける第１の繊維含有量と、残りの長さにおける第２の繊維含有量とを規定することを特徴とする、請求項１に記載の構造補強材。
【請求項７】
前記重なり長さが前記第２の長さで形成され、前記残りの長さは前記第１の長さで形成されることを特徴とする、請求項６に記載の構造補強材。
【請求項８】
前記繊維束の集合体が、４つの同心性の繊維束と、第２の長さの前記第２の繊維束の一部を覆う第３の長さの第３の環状繊維束の一部を覆う第４の長さの第４の環状繊維束とを備えることにより、第３の繊維束と第４の繊維束との重なり長さに沿って第３の繊維含有量および第４の繊維含有量を規定することを特徴とする、請求項６に記載の構造補強材。
【請求項９】
前記ハウジングが、閉鎖空間を形成することを特徴とする、請求項１〜請求項８のうちのいずれか一項に記載の構造補強材。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のうちのいずれか一項に記載の構造補強材を含む、タービンエンジンブレード。
【請求項１１】
請求項１０に記載の少なくとも１つのブレードを含む、タービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、タービンエンジンの分野、特に、複合材料製タービンエンジンブレードの分野であり、特に、本発明は、タービンエンジンブレードの前縁用金属構造補強材に関する。
【背景技術】
【０００２】
承知のように、前縁は、気流にさらされ、空気の流れを圧力側気流と吸引気流とに分割する空気力学的プロファイルの前方部に相当する。一方、後縁は、空気力学的プロファイルの後方部に相当し、圧力側気流と吸気側気流とが再び合流する場所である。
【０００３】
タービンエンジンブレード、特に、ファンブレードは、高い応力、特に高い機械的応力を受ける。したがって、本出願人による仏国特許出願公開第２７３２４０６号に記載されているように、複合材料製のファンブレードに、空気力学的プロファイルの高さ全体にわたって伸び、前縁の形状にぴったり一致する金属構造補強材を取り付けるのが周知である。この金属構造補強材は、例えば、鳥、雹、または石のような異物がファンに衝突した場合に、複合ブレードの組を保護する働きをする。特に、金属構造補強材は、剥離、繊維破損、または繊維とマトリックスとの結合喪失による破損のリスクを回避するために、複合材料製ブレードの前縁を保護する。
【０００４】
従来は、金属構造補強材は、単一材料ブロックを形成するために高温で溶接されたＴＡ６Ｖタイプ合金の２枚の打ち抜き金属板で構成されたチタン製の金属部品である。ところが、この部品は重いが、特に、非常に大きい寸法のタービンエンジン用に樹脂トランスファー成形（ＲＴＭ）されたブレードのサイズの増加を受けて、またはブレードの長さおよび幅が大幅に増加すると、十分な強度がないということが起こり得る。さらに、この部品の材料密度は一定であり、そのことは高さに沿って変化するという前縁の形状にあまり適していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２７３２４０６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、強度が増し、簡単かつ迅速に材料密度を変化させることができる改良型金属構造補強材を提案することにより、現在の構造補強材上述の欠点を軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的は、タービンエンジンの複合ブレード用構造補強材であり、前記ブレードの前縁に接着接合し、高さ全体にわたって、２つの側面によって延長された基部を有する略Ｖ字形断面を有する補強材であって、前記基部の少なくとも１つのハウジング内に取り付けられ、前記ハウジングの高さ全体に沿って変化する繊維含有量を規定する複数の繊維束の集合体を含むことを特徴とする補強材によって達成される。
【０００８】
したがって、補強材の密度は、ブレードの先端近くになるほど密度が高くなる、もしくはそれとは反対にブレードの根元部近くになるほど密度が低くなるようにブレードの形状に適応させることができる。
【０００９】
有利には、繊維束を構成する繊維は、前記繊維束のそれぞれの端部に配置される少なくとも１つのリングによって適切な位置で保持され、前記リングの直径はリングが保持する繊維束の数が増加するのに伴って大きくなる。
【００１０】
好ましくは、補強材は、溶接する２つの部分で構成され、前記繊維束を収容するための前記少なくとも１つのハウジングは、前記２つの部分のそれぞれの中に形成された２つの互いに面する溝を互いに結合することにより形成され、溝は溶接時に結合される。
【００１１】
対象となる実施形態に応じて、前記複数の繊維束の集合体は、少なくとも２つの同心性の繊維束と、第１の長さを有する管束と、第１の繊維束の一部を覆い、前記第１の長さより短い第２の長さを有する環状束とを含むことにより、前記第２の長さで形成される第１の繊維束と第２の繊維束との重なり長さにおける第１の繊維含有量と、前記第１の長さで形成される残りの長さにおける第２の繊維含有量とを規定するようにする、また前記集合体は、４つの同心性の繊維束と、第２の長さの前記第２の繊維束の一部を覆う第３の長さの第３の環状繊維束の一部を覆う第４の長さの第４の環状繊維束とを備えることにより、第３の繊維束と第４の繊維束との重なり長さに沿って第３の繊維含有量および第４の繊維含有量を規定するようにしてもよい。
【００１２】
好ましくは、前記ハウジングは、前記構造補強材の長手方向に伸び、収容される繊維束の直径と一致するように段階的に変化する直径を有する閉鎖空間を形成する。
【００１３】
さらに、本発明は、上記構造補強材を含む任意のブレードおよび少なくとも１つの該ブレードを含むタービンエンジンを提供する。
【００１４】
本発明の他の特徴および利点は、非限定的な特徴を有する一実施形態を示した添付図面に関する以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】タービンエンジンファンブレードの側面図である。
【図２】本発明の前縁の金属構造補強材を示した図１のブレードの部分断面図である。
【図３】図２とは異なる高さにおける本発明の前縁の金属構造補強材を示した図１のブレードの部分断面図である。
【図４】材料密度を変化させるために図３の金属構造補強材の基部のハウジング内の適切な位置に取り付けられる繊維束の集合体を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の前縁の金属構造補強材を含む、例えば、タービンエンジンファン（図示せず）の可動ブレードのようなブレードの側面図である。ブレード１０は、根元部１４に固定され、前縁１８と後縁２０との間で第１の軸方向１６に伸び、ブレードの前記根元部１４と先端部２４との間で第１の方向１６に略垂直な第２の半径方向２２に伸びる空気力学的面もしくはエアフォイル１２を備える。前縁１８および後縁２０を互いに接続するエアフォイル１２の側面は、ブレードの吸引側面２６と圧力側面２８とを構成する。
【００１７】
通常、エアフォイル１２は、繊維織布をドレーピングもしくは成形することで得られた複合材料で作られる。例として、使用される複合材料は、炭素繊維織物とエポキシ樹脂マトリックスとのアセンブリからなり、アセンブリは、樹脂トランスファー成形（ＲＴＭ）式射出方法による成形によって形成される。
【００１８】
ブレード１０はさらに、ブレードの前縁に接着接合され、前縁１８を超えた第１の方向１６およびブレードの根元部１４と先端部２４との間の第２の方向２２の両方に伸びる構造補強材３０を有する。
【００１９】
図２に示されるように、構造補強材３０は、ブレードの前縁３２を構成するように、保護されるブレード１０のエアフォイル１２の前縁１８の形状とぴったり一致する。通常、この構造補強材３０は、一体部品である、または図示されているように、互いに溶接する２つの部分３０Ａと３０Ｂとからなり、ブレードの前縁３２を形成する外側輪郭およびエアフォイル１２の前縁１８の丸い形状にぴったり一致するのに適した丸い内側輪郭の基部を有する略Ｖ字形断面を有する形態としてもよい。この基部は、ブレードの圧力側２６および吸気側２８にぴったり一致し、それぞれ先細の輪郭を有する、すなわち、ブレードの後縁に向かって次第に薄くなった２つの側面３４Ａおよび３４Ｂによって延長される。
【００２０】
構造補強材３０は、金属製であり、好ましくは、ＴＡ６Ｖタイプのチタン合金製である。この材料は、衝撃のエネルギーを吸収する優れた能力を有する。構造補強材３０は、当業者に周知の接着剤によって、例えば、シアノアクリレート接着剤もしくはエポキシ系接着剤によってエアフォイル１２に接着接合される。
【００２１】
本発明において、図３に示されるように、構造補強材３０は、基部の少なくとも１つのハウジング３６、３８（図示されている例では、２つのハウジングが示されているが、この数に限定されない）内に収容され、ハウジングの高さに沿って変化する繊維含有量を規定する複数の繊維束を備える集合体４０、４２を含む。このハウジングは、ブレードの第２の方向２２（強化材の長手方向に対応する）に沿って伸び、ブレードの根元部１４もしくは先端部２４へは開口しないことで、繊維が抜け出ることがない閉鎖空間内で繊維集合体４０、４２の完全性および連続性が保証される。さらに、繊維は溶接によって結合されていないので、集合体を適切な位置に取り付けることで、特に、破損を発生させる原因となりうるせん断による繊維破損が生じない。
【００２２】
構造補強材３０は２つの部分３０Ａおよび３０Ｂから構成されるので、ハウジング３６、３８は、２つの部分３０Ａと３０Ｂとが互いに溶接される際に２つの溝３６Ａ＆３６Ｂと３８Ａ＆３８Ｂとを互いに結合することにより形成され、これらの溝は互いに面して配置され、２つの部分３０Ａおよび３０Ｂのそれぞれの中に形成されるので、２つの部分３０Ａおよび３０Ｂが互いに溶接されると繊維束の集合体４０、４２を含む閉鎖空間がそれぞれ形成されることに留意されたい。
【００２３】
ハウジングの断面（さらに言えばハウジングを構成する２つの溝の断面）は、有利には、円形（すなわち、それぞれの溝は半円）であるが、補強材の機械的寸法および幾何学的要件に応じて、容易に変更可能であり、例えば、楕円形、多角形などの形状にすることも可能である。
【００２４】
図４に示されているように、集合体４０、４２の繊維束を構成する繊維は、繊維束の両端の少なくとも一端に配置されたリング４４、４６、４８、５０、５２によって適切な位置で保持される（さらに必要に応じて中間リング５４を追加することも可能である）。より詳細には、できる限りエアフォイル１２の輪郭と一致させるために、４つの繊維束で構成された集合体とすることにより、ブレードの先端部２４から根元部１４に向かって多数の繊維を段階的に減らすことができる。そのためには、埋め込まれる全長に相当する第１の長さを有する第１の管状中央繊維束６０は、部分的に、すなわち、第１の長さより短い第２の長さにわたって第２の環状繊維束６２によって覆われ、第２の繊維束６２は部分的に第２の長さより短い第３の長さにわたって第３の環状繊維束６４によって覆われ、第３の繊維束６４は部分的に、第３の長さより短い第４の長さにわたって第４の環状繊維束６６によって覆われる。したがって、特に、このように重なることで繊維含有量が第１の繊維束の繊維含有量と異なる３つの重なり長さが形成される。繊維をそれぞれの束の中の適切な位置で保持するために、リングの直径は、リングが保持する繊維束の数が増加するのに伴って大きくなり、確実にこれらの繊維束を緩まないようにするために、ハウジングの直径は収容される繊維束の直径と一致するように段階的に変化する。
【００２５】
例として、第１の繊維束は、実質的に補強材の全長に等しい長さであり、内径３ｍｍの１組のリングによって互いに保持される４０本のＳｉＣ糸を含み、第２の繊維束は、実質的に補強材の全長の７０％にわたって伸び、内径３．６ｍｍの１組のリングによって互いに保持される３０本の糸を含み、第３の繊維束は、実質的に補強材の全長の５０％にわたって伸び、内径４ｍｍの１組のリングによって互いに保持される３０本の糸を含み、第４の最後の繊維束は、実質的に補強材の全長の３０％にわたって伸び、内径４．２ｍｍの１組のリングによって互いに保持される３０本の糸を含むことができる。このようにして形成された集合体は、炭素繊維とエポキシ樹脂マトリックスとから成るブレードの前縁用のＴＡ６Ｖチタン製構造補強材のハウジング内に取り付けられる。
【００２６】
当然、上述の例は単に例として示されたものであり、束の数、束の長さ、および繊維含有量は、構造補強材３０に必要な特性に応じて選択されるべきである。
【００２７】
上述の記述はタービンエンジンのファンブレードを使用して説明されているが、本発明は、陸上用もしくは航空用に関係なく、任意のタイプのタービンエンジン、特に、ヘリコプタターボシャフトエンジンもしくは航空機ターボジェットエンジンのブレードの前縁もしくは後縁を補強するための金属構造補強材の作成にも適用可能であり、本発明は、アンダクテッド二重反転ファンのプロペラのようなプロペラにも適切であることに留意されたい。さらに、本発明は、局所的に密度を変化させるのが望ましい場合であれば、任意の他のエンジン要素、例えば、ケーシングのような中実構造部品の作成にも適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年1月5日(2015.1.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジンの複合ブレード用構造補強材にして、前記ブレードの前縁に接着接合し、高さ全体にわたって、２つの側面によって延長された基部であって、前記構造補強材の長手方向に沿って伸びる少なくとも１つのハウジングを備えた前記基部を有する略Ｖ字形断面を有する構造補強材であって、前記少なくとも１つのハウジング内に取り付けられ、前記ハウジングの高さ全体に沿って変化する繊維含有量を規定する複数の繊維束の集合体を含むことを特徴とする、構造補強材。
【請求項２】
繊維束を構成する繊維が、前記繊維束の少なくともそれぞれの端部に配置されるリングによって適切な位置で保持されることを特徴とする、請求項１に記載の構造補強材。
【請求項３】
前記リングの直径が、リングが互いに保持する繊維束の数が増加するのに伴って大きくなることを特徴とする、請求項２に記載の構造補強材。
【請求項４】
補強材が、溶接する２つの部分で構成され、前記繊維束を収容するための前記少なくとも１つのハウジングは、前記２つの部分のそれぞれの中に形成された２つの互いに面する溝を互いに結合することにより形成され、溝は溶接時に互いに結合されることを特徴とする、請求項１に記載の構造補強材。
【請求項５】
前記ハウジングの直径が、収容される繊維束の直径と一致するように段階的に変化することを特徴とする、請求項４に記載の構造補強材。
【請求項６】
前記複数の繊維束の集合体が、少なくとも２つの同心性繊維束と、第１の長さを有する管束と、第１の繊維束の一部を覆い、前記第１の長さより短い第２の長さを有する環状束とを含むことにより、第１の繊維束と第２の繊維束との重なり長さにおける第１の繊維含有量と、残りの長さにおける第２の繊維含有量とを規定することを特徴とする、請求項１に記載の構造補強材。
【請求項７】
前記重なり長さが前記第２の長さで形成され、前記残りの長さは前記第１の長さから前記第２の長さを引いた長さで形成されることを特徴とする、請求項６に記載の構造補強材。
【請求項８】
前記繊維束の集合体が、４つの同心性の繊維束と、第２の長さの前記第２の繊維束の一部を覆う第３の長さの第３の環状繊維束の一部を覆う第４の長さの第４の環状繊維束とを備えることにより、第３の繊維束と第４の繊維束との重なり長さに沿って第３の繊維含有量および第４の繊維含有量を規定することを特徴とする、請求項６に記載の構造補強材。
【請求項９】
前記ハウジングが、閉鎖空間を形成することを特徴とする、請求項１〜請求項８のうちのいずれか一項に記載の構造補強材。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のうちのいずれか一項に記載の構造補強材を含む、タービンエンジンブレード。
【請求項１１】
請求項１０に記載の少なくとも１つのブレードを含む、タービンエンジン。
【国際調査報告】
2015524030.tif 000007
2015524030.tif 000008
2015524030.tif 000009
2015524030.tif 000010