(57)【要約】  タービンエンジンブレード用ファイバープリフォーム、およびそのようなプリフォームを用いて製造されるのに適する単一部品ブレード、ブレード付きホイール、ならびにそのようなブレードを含むタービンエンジンであって、三次元織りによって得られるファイバープリフォームが、ブレード根元を形成するのに適する第１の長手方向セグメント（４１）と、第１の長手方向セグメント（４１）を上方に延長し、エーロフォイル部分を形成するのに適する第２の長手方向セグメント（４２）と、第１の長手方向セグメント（４１）と第２の長手方向セグメント（４２）との間の接合部から横断方向に延在し、第１のプラットフォームを形成するのに適する第１の横断方向セグメント（５１）と、を備え、第１の横断方向セグメント（５１）が、頂部ストリップ（５１ｂ）と底部ストリップ（５１ａ）とを含む少なくとも１つの非連結部分を含み、少なくとも１つのインサート（６１）が、第１の横断方向セグメント（５１）の非連結部分の頂部ストリップ（５１ｂ）と底部ストリップ（５１ａ）との間に配置される。
2018521256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリフォームが、三次元織りによって得られる、タービンエンジンブレード用のファイバープリフォームであって、
ブレード根元（２１）を形成するのに適する第１の長手方向セグメント（４１）と、
第１の長手方向セグメント（４１）を上方に延長し、エーロフォイル部（２２）を形成するのに適する第２の長手方向セグメント（４２）と、
第１の長手方向セグメント（４１）と第２の長手方向セグメント（４２）との間の接合部から横断方向に延在し、第１のプラットフォーム（２３）を形成するのに適する第１の横断方向セグメント（５１）と、
を備え、
第１の横断方向セグメント（５１）が、頂部ストリップ（５１ｂ）と底部ストリップ（５１ａ）とを含む少なくとも１つの非連結部分を含み、
第１の横断方向セグメント（５１）の非連結部分の頂部ストリップ（５１ｂ）と底部ストリップ（５１ａ）との間に少なくとも１つのインサート（６１）が配置される、ファイバープリフォーム。
【請求項２】
少なくともインサートが二次元織布（６２）である、請求項１に記載のプリフォーム。
【請求項３】
少なくとも１つのインサートが、ロッドまたは剛性プレートを含む補強材（６１）である、請求項１または２に記載のプリフォーム。
【請求項４】
少なくとも１つのインサート（６１）が、第１の横断方向セグメント（５１）の近位端に沿って軸方向に配置されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のプリフォーム。
【請求項５】
少なくとも１つのインサート（１６３）が、第１の横断方向セグメント（１５１）の遠位端に沿って軸方向に配置されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のプリフォーム。
【請求項６】
少なくとも１つのインサート（３６６）が、実質的に第１の横断方向セグメント（３５１）の最も長い接線部分に沿って接線方向に配置されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のプリフォーム。
【請求項７】
少なくとも１つのインサート（３６６）が、第１の横断方向セグメント（３５１）の上流端または下流端に沿って接線方向に配置されている、請求項１から６のいずれか一項に記載のプリフォーム。
【請求項８】
第１の横断方向セグメント（４５１）が、第１の横断方向セグメント（４５１）の上流端部および、または下流端から実質的に軸方向に延在する少なくとも１つの軸方向タブ（４５５ａ、４５５ｂ）を含み、前記軸方向タブが、頂部ストリップ（４５５ｂ）および底部ストリップ（４５５ａ）を備え、
少なくとも１つのインサート（４６８）が、前記軸方向タブの頂部ストリップ（４５５ｂ）と底部ストリップ（４５５ａ）との間に配置されている、請求項１から７のいずれか一項に記載のプリフォーム。
【請求項９】
第１の長手方向セグメント（４１）と第２の長手方向セグメント（４２）との間の接合部から横断方向に延在し、第１の横断方向セグメント（５１）を延長し、そこから離れ、第２のプラットフォーム（２４）を形成するのに適している第２の横断方向セグメント（５２）を含み、
第２の横断方向セグメント（５２）が、頂部ストリップ（５２ｂ）および底部ストリップ（５２ａ）を備える少なくとも１つの非連結部分を含み、少なくとも１つのインサートが、第２の横断方向セグメントの非連結部分の頂部ストリップと底部ストリップとの間に配置されている、請求項１から８のいずれか一項に記載のプリフォーム。
【請求項１０】
タービンエンジンのためのブレードであって、
ブレード根元（２１）と、
ブレード根元（２１）から上方に延在するエーロフォイル部分（２２）と、
ブレード根元（２１）とエーロフォイル部分（２２）との間の接合部で、エーロフォイル部分（２２）に対して横断方向に延在するプラットフォーム（２３）と、を含み、
プラットフォーム（２３）が、複合材料で作製され、共通マトリックスに埋め込まれた第１の織り補強材片（５１ａ）と、第２の織り補強材片（５１ｂ）と、第１の織り補強材片（５１ａ）と第２の織り補強材片（５１ｂ）との間に配置されているインサート（６１）と、を含む少なくとも一部分を含む、タービンエンジンのためのブレード。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか一項に記載のファイバープリフォーム（４０）を用いて複合材料から一体成形方法で作製され、前記プリフォーム（４０）が型内に成形され、好ましくは有機タイプのマトリックス内に埋め込まれている、請求項１０に記載のブレード。
【請求項１２】
請求項１１に記載の複数のブレード（２０）を含む、タービンエンジン用のブレード付きホイール。
【請求項１３】
請求項１１に記載のブレード（２０）または請求項１２に記載の少なくともブレード付きホイール（２）の少なくとも１つを含む、タービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、タービンエンジンのブレード用のファイバープリフォーム、およびそのようなプリフォームによって形成されるのに適する単一部品ブレード、ブレード付きホイール、およびそのようなブレードを含むタービンエンジンに関する。
【０００２】
そのようなプリフォームは、様々な種類のインサートを備え付ける空気力学的プラットフォームをそれぞれ有する単一部品として、ブレードを製造するために使用され得る。そのようなブレードは、特に、１つの例を挙げれば、特に航空機のターボジェットのファンブレードであることができる。
【背景技術】
【０００３】
航空機のターボジェットの重量を減らし、そのようなターボジェットの消費量を低減するために、ジェットのいくつかのブレードを複合材料から製造することが現在知られており、この複合材料は従来方法で過去に使用されていた金属よりもはるかに軽い。
【０００４】
この目的のために、今日では、非常に良好な品質の複合ブレードを生み出すファイバープリフォームを得るために、三次元織り技術を使用することも知られている。国際公開第２０１４／０７６４０８号パンフレットには、特に、一定の厚さを有する加圧側および吸込側プラットフォームを備え付けたブレードを単一部品の様式で得ることを可能にするファイバープリフォームを製織する方法が説明されている。
【０００５】
それにもかかわらず、これらのプラットフォームは、多数の要件を満たし、多数の機能を実行する必要がある。主に、そのようなプラットフォームは、ターボジェットを通って流れる空気流を画定し、導く、空気力学的機能を果たす必要がある。それにもかかわらず、それらはまた、飛行のすべての段階で保証される機械的強度を提供する必要があり、それらはまた、特に空気流内の下流で乱流の導入を回避する、エンジンの環境内のコヒーレント積分を提供しなければならない。したがって、エンジンの運転中、飛行段階に関係なく、プラットフォームの形状は細かく制御される必要がある。
【０００６】
残念なことに、特に、そのようなブレードで実施される試験およびシミュレーション中に、本発明者らは、３Ｄ織りから得られたそれらプラットフォームの様々な区域が、タービンエンジンが作動している間に作用する遠心力の影響を受けて、より大きい、またはより小さい程度まで変形されることを発見した。特に、本発明者らは、プラットフォームのある区域の変形が、その区域のエーロフォイルからの距離が増加するにつれて増加することを観察した。
【０００７】
そのような状況下では、それらのプラットフォームは、作動時に形状の不規則性を示し、空気流を乱し、それによりタービンエンジンの効率を妨げる可能性がある。加えて、本発明者らは、とりわけ、曲げがカンチレバーの長さに依存することを認めた。したがって、２つの連続するブレードの加圧側プラットフォームと吸込側プラットフォームとの間でカンチレバーの長さが異なるので、その境界面で曲がりの不連続性があり、プラットフォームが重なる危険につながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０７６４０８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、少なくともある程度は、上述した周知のシステムに固有の欠点を回避するファイバープリフォーム、ブレード、ブレード付きホイール、およびタービンエンジンに対する実際の必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、プリフォームが、三次元織りによって得られる、タービンエンジンブレード用のファイバープリフォームであって、ブレード根元を形成するのに適する第１の長手方向セグメントと、第１の長手方向セグメントを上方に延長し、エーロフォイル部分を形成するのに適する第２の長手方向セグメントと、第１の長手方向セグメントと第２の長手方向セグメントとの間の接合部から横断方向に延在し、第１のプラットフォームを形成するのに適する第１の横断方向セグメントと、を備え、第１の横断方向セグメントが、頂部ストリップと底部ストリップとを含む少なくとも１つの非連結部分を含み、第１の横断方向セグメントの非連結部分の頂部ストリップと底部ストリップとの間に少なくとも１つのインサートが配置される、プリフォームに関する。
【００１１】
そのようなプリフォームを用いて、ブレード根元、エーロフォイル部分、およびプラットフォームの形状を改善することができる少なくとも１つのインサートを有する少なくとも１つのプラットフォームを含むブレードを単一部品の形で得ることが可能となり、この形状はエンジンの作動中に制御下に保たれることが可能であり、および、またはプラットフォームに機械的強度機能または統合機能のような特定の機能を付与することが可能である。
【００１２】
使用される製織方法に応じて、プラットフォームを生み出す横断方向セグメントは、２つの非連結ストリップ、すなわち互いに対して自由に移動され得るストリップを当然含むことができる。他の製織方法では、プラットフォームをもたらす横断方向セグメントは通常単一部品であるが、しかしそのような状況下では、それを２つの非連結ストリップに分割するように、横断方向セグメントの基部で非連結に備えて用意しておくことが容易である。両方の状況において、一旦それらが相互に向かって横断方向の最終位置に折り畳まれてしまうと、次いで非連結ストリップの間の空間内に１つまたは複数のインサートを導入することは容易である。
【００１３】
そのような状況下では、プラットフォームに与えられるべき機能に応じて、特に様々な形状および組成のインサートである、広範囲のインサートをこの空間内に導入することが可能である。
【００１４】
したがって、このプリフォームを用いて、３Ｄ織りの単一部品ブレードの利点（軽量化、部品点数の削減、組立およびメンテナンスの簡略化など）から恩恵が得られ、一方でそのようなプラットフォーム用の他の従来の機能は正確に保証され得ることを確実にする。
【００１５】
本明細書では、用語「長手方向」、「横断方向」、「底部」、「頂部」、およびそれらの派生語は、当該ブレードの主方向に対して定義され、ブレード根元は、この基準枠内のブレードの底端部に配置され、用語「近位」、「遠位」、およびそれらの派生語は、ブレードのエーロフォイルに対して定義され、用語「軸方向」、「半径方向」、「接線方向」およびそれらの派生語は、これらのブレードを有するホイールの主軸、すなわち一般にタービンエンジンの軸線に対して定義される。「軸方向平面」という用語は、タービンエンジンの主軸を含む平面を示し、「半径方向平面」という用語は主軸に垂直な平面を示し、用語「長手方向平面」は、ブレードの主方向に平行で、ブレード根元が延在する方向に垂直な平面を示し、したがって、そのような長手方向平面は、タービンエンジンの基準フレームにおける半径方向平面である。加えて、「上流」および「下流」という用語は、タービンエンジンを通る空気の流れに対して定義される。
【００１６】
最後に、「三次元織り」という用語は、横糸が三次元織りにおいて三次元の網目織物を形成するような方法で縦糸の配列内を移動する製織技術を指定するために使用され、したがって、そのようなファイバー構造における織り糸の層のすべてが、三次元織機内の単一の製織工程中に織られる。
【００１７】
特定の実施形態では、少なくとも１つのインサートはワイヤである。特に、金属ワイヤ、炭素ワイヤ、またはＳｉＣワイヤ、例えば、ファイバープリフォームを織るために使用される織り糸と同じ性質のワイヤであってもよい。使用される製織方法によって決定される配向を有するファイバー構造の主織り糸とは異なり、そのようなワイヤは、それがどのように配向されているかが完全に自由であることから利点が得られる。したがって、プラットフォームを補強することが所望される任意の方向にそれを配置することが可能である。剛性の増加したワイヤは、仕様外の動きを低減するのに役立つ。
【００１８】
特定の実施形態では、少なくとも１つのインサートは二次元織布である。このような二次元織布は、局所的にまたは横断方向セグメントの全表面積にわたるいずれかで、プリフォームの厚さ、したがって結果として得られるプラットフォームの厚さを増加させることができる。このような織布は、特に、ファイバープリフォームの残りの部分と同じ材料から製造され得る。それにもかかわらず、この例では、そのような織布は三次元織りプリフォームの主ファイバー構造から独立しており、かつ第１の横断方向セグメントの非連結部分の頂部ストリップと底部ストリップとの間にはめ込まれることを理解することができる。この種の複数の織布は重ね合わされ、任意に互いに組み合わされ、より大きな厚さを得るために頂部ストリップと底部ストリップとの間に挿入されることができる。特定の状況下では、これらの織布は、選択された材料の剛性がより強い場合、仕様外移動を減少させる働きをすることもできる。
【００１９】
特定の実施形態において、少なくとも１つのインサートは、三次元的に織られたファイバーのブロックである。三次元的に織られるが、しかしプリフォームの主ファイバー構造とは独立しているそのようなファイバーブロックは、横断方向セグメントの厚さ、したがって、結果として得られるプラットフォームの厚さを増加させることを容易にし、ファイバープリフォームの残りの部分を織るための方法に影響を与えない。特に、そのようなファイバーブロックは、ファイバープリフォームの残りの部分と同じ材料から作製され得る。ファイバーブロックは、複数の方向で剛性を提供し、とりわけ、異なる方向で異なることができる剛性を提供するように機能する。
【００２０】
特定の実施形態では、ファイバーブロックの厚さおよび、または数は変えることができる。
【００２１】
特定の実施形態では、少なくとも１つのインサートは、ハニカム材料または発泡体でできている。プリフォームの主ファイバー構造とは独立し、かつ頂部ストリップと底部ストリップとの間に配置されるそのようなインサートは、横断方向セグメントの厚さ、したがって、結果として生じるプラットフォームの厚さを増加させることを容易にし、ファイバープリフォームの残りの部分を織る方法に影響を与えない。そのようなインサートは、重量における顕著な増加なしに、大きな厚さを有することを可能にする。したがって、プラットフォームの曲げ挙動がさらに改善される。
【００２２】
特定の実施形態では、少なくとも１つのインサートは、プリフォーム内の間隙を埋めるために役立つ間隙充填材である。したがって、そのような間隙充填材は、非連結、層交差、またはプリフォームの折り畳みだけから生じるプリフォーム内の間隙を充填することができる。これは、特に組紐、カーボンファイバーの撚糸、または実際に任意に充填された樹脂のロッドであってもよい。このようなインサートはまた、局所的な方法で剛性を提供することができる。
【００２３】
特定の実施形態では、少なくとも１つのインサートは、ロッドおよび剛性プレートを含む補強材である。そのような補強材は、特に遠心力に対して、プラットフォームの機械的強度を強化するのに役立つ。特に、そのような補強材は、タービンエンジンが作動している間に遠心力の影響下でプラットフォームがより規則的に変形することを保証する。具体的には、この補強材の存在は、プラットフォームの様々な区域をより良好に一体に固定する働きをし、それによって半径方向の変形がより均一になるよう保証する傾向がある。これはプリフォームの変形を平均化するものと考えることができ、一般に大きく偏向される区域は、通常あまり偏向されない区域を外側に引っ張り、一方で、それらの区域はより大きな遠心力を受ける区域を内側に保持する。このような状況下では、作動中のプラットフォームは、比較的規則的なプロファイルを保持する。これは、気流の規則性を維持すること、およびプラットフォームがエンジンの環境内で正しく統合されることを保証することにも寄与する。このような補強材は、特に金属製であってもよいし、ガラスファイバー製であってもよい。
【００２４】
特定の実施形態では、補強材の断面は多様である。このようにして、プラットフォームの変形をより効果的に補償するために、プラットフォームの形状を考慮することが可能である。特に、そのように厚さが変化することによって、補強材の剛性、したがって、プラットフォームの１つの区域から別の区域への力の伝達の両方、およびさらにプラットフォーム上に局所的に加えられる重力を調節し、それによって、プラットフォーム上に作用する局所的遠心力を調節することができる。特に、偏向の少ないプラットフォームの区域に重量を局所的に加えることによって、その区域内の遠心力の大きさが増加して、区域が少しだけ余分に偏向し、当然により大きく偏向される隣接する区域と位置合わせすることがより容易になる。
【００２５】
特定の実施形態では、少なくとも１つのインサートは、第１の横断方向セグメントに沿って軸方向に配置される。したがって、そのようなインサートは、プラットフォームがその上流端と下流端との間で軸方向に、特に空気流の均一性を保証するように補強されることを可能にする。
【００２６】
特定の実施形態では、少なくとも１つのインサートが、第１の横断方向セグメントの近位端に沿って配置される。使用される製織方法に応じて、第１の横断方向セグメントの近位端に沿ってプリフォーム内に間隙が存在する可能性があり、そのような間隙は、一般に織り糸終了によって発生し、そのとき、より小さなファイバー体積部分を局所的発生させ、それによってブレードのこの部分をより弱くする。次いでそのようなインサートが、この間隙を充填することができる。
【００２７】
特定の実施形態では、少なくとも１つのインサートが、第１の横断方向セグメントの遠位端に沿って配置される。これは、エーロフォイルから最も離れた区域、すなわち、最大の遠心トルクを受ける区域であり、したがって、通常最大量の変形を受ける区域内のプラットフォームの剛性を増加させる。これは、プラットフォームの遠位端が均一であることを保証することに寄与する。加えて、例えば鳥を吸い込んだ結果、激しい衝撃の場合において、この位置に配置されたそのような補強材は、プラットフォームが隣接するブレードのプラットフォームと部分的に重なり合うことを防止する接合部を構成することができる。
【００２８】
特定の実施形態では、少なくとも１つのインサートは、第１の横断方向セグメントの近位端から遠位端に接線方向に配置される。したがって、そのようなセグメントは、その遠位端とエーロフォイルの接合部との間で接線方向にプラットフォームを補強することを可能にし、したがって、プラットフォームの遠位端の変形の大きさを減少させることを可能にする。
【００２９】
特定の実施形態では、少なくとも１つのインサートは、実質的に第１の横断方向セグメントの最も長い接線部分に沿って、接線方向に配置される。具体的には、区域がエーロフォイルから離れているほど、その区域に作用する遠心力のレバーアームが大きくなり、したがってその区域は作動中により大きな変形を受ける。そのような状況下では、通常それらの区域内で観察される大きな変形の大きさを減少させるために、補強材は、最も離れた区域内で特に有用である。
【００３０】
特定の実施形態では、少なくとも１つのインサートが、第１の横断方向セグメントの上流端または下流端に沿って接線方向に配置される。具体的には、吸込側プラットフォームの場合、プラットフォームの上流端および下流端は、エーロフォイルから最大のオフセットを呈するプラットフォームの区域である。そのような状況下では、上述の論理の応用において、作動中の変形の大きさを減少させるために、これらの区域において補強材が特に有用である。
【００３１】
特定の実施形態では、第１の横断方向セグメントが、第１の横断方向セグメントの上流端および、または下流端から実質的に軸方向に延在する少なくとも１つの軸方向タブを含み、前記軸方向タブが、頂部ストリップおよび底部ストリップを備え、少なくとも１つのインサートが、前記軸方向タブの頂部ストリップと底部ストリップとの間に配置されている。そのようなタブは、プラットフォームが上流および、または下流の回転ケーシングと協働することを可能にし、それによって、エンジンが作動中にプラットフォームの上流端および、または下流端の変形を阻止することを可能にする。したがって、そのようなインサートは、その機械的強度を向上させるようにタブを補強することを可能にする。
【００３２】
特定の実施形態では、ファイバープリフォームが、第１の長手方向セグメントと第２の長手方向セグメントとの間の接合部から横断方向に延在し、第１の横断方向セグメントを延長し、そこから離れ、第２のプラットフォームを形成するのに適している第２の横断方向セグメントを含み、第２の横断方向セグメントが、頂部ストリップおよび底部ストリップを備える少なくとも１つの非連結部分を含み、少なくとも１つのインサートが、第２の横断方向セグメントの非連結部分の頂部ストリップと底部ストリップとの間に配置されている。
【００３３】
第１の横断方向セグメントに関して上述した特徴のすべてが、第２の横断方向セグメントに置き換えることができることは当然理解され得る。
【００３４】
特定の実施形態では、第１の横断方向セグメントの一方のストリップ、好ましくは、頂部ストリップは、第２の長手方向セグメントと非連結方法で織り込まれており、したがって、このストリップは第１の長手方向セグメントの１つの層または一連の層を延長する。第１の横断方向セグメントの他方のストリップ、好ましくは、底部ストリップは、第１の長手方向セグメントと非連結方法で織り込まれており、したがって、このストリップは第２の長手方向セグメントの１つの層または一連の層を延長する。これは、国際公開第２０１４／０７６４０８号パンフレットに説明され、かつ２つの非連結ストリップから成る、形成される横断方向セグメントを自然にもたらす、現在証明されている製織方法である。そのような層交差は、好ましくは、横断方向セグメントおよび長手方向セグメントの頂部ストリップと底部ストリップとの間の接合部に設けられる。横断方向セグメントのストリップは、インサートが配置される空洞の端部を閉じるように、それらの遠位端で一体に縫い付けられてもよい。適切な場合には、第２の横断方向セグメントは類似の方法で縫い付けられてもよい。
【００３５】
他の実施形態では、第１の横断方向セグメントの各ストリップが、第２の長手方向セグメントと非連結方法で織り込まれており、したがって、各ストリップは第１の長手方向セグメントの一連の層の１つの層を延長する。この製織方法は、十分に証明され、特に、国際公開第２０１３／１０４８５２号パンフレットに説明されており、現在十分に証明されている製織方法から導き出され、追加の非連結が横断方向セグメントの中に導入されて、非連結の頂部ストリップおよび底部ストリップを形成する。そのような非連結は、横断方向セグメントの遠位端まで延在することができ、この場合、２つのストリップは自由であり、または遠位端の前で終結することができて、２つのストリップが遠位端で互いに取り付けられるようにする。適切な場合には、第２の横断方向セグメントは類似の方法で織り込まれてもよい。
【００３６】
他の実施形態では、第１の横断方向セグメントの各ストリップは、第２の長手方向セグメントと非連結方法で織り込まれ、第２の横断方向セグメントの各ストリップは、第１の長手方向セグメントと非連結方法で織り込まれ、次いで第１の横断方向セグメントのストリップは、第２の横断方向セグメントのストリップを延長する。この製織方法は、同様に十分に証明され、特に国際公開第２０１０／０６１１４０号パンフレットに説明されている別の製織方法から導き出され、追加の非連結が各横断方向セグメント内に導入されて、頂部および底部非連結ストリップを形成する。このような非連結は、横断方向セグメントの遠位端まで延在することができ、この場合、２つのストリップは自由であり、または遠位端の前で終わりことができ、２つのストリップは、それらの遠位端で互いに取り付けられる。
【００３７】
特定の実施形態では、プリフォームを織るために使用される織り糸はカーボンファイバーである。それにもかかわらず、それらは、グラスファイバーまたはケブラーファイバーのような任意の他の種類の織り糸であってもよい。
【００３８】
特定の実施形態では、プリフォームの三次元織り用に使用される織物は、３Ｄインターロックタイプである。それにもかかわらず、プリフォームの外側表面は、本質的に、例えばサテンタイプの二次元織りによって製造され得る。
【００３９】
本明細書はまた、タービンエンジンのためのブレードであって、ブレード根元と、ブレード根元から上方に延在するエーロフォイル部分と、ブレード根元とエーロフォイル部分との間の接合部で、エーロフォイル部分に対して横断方向に延在するプラットフォームと、を含み、プラットフォームが、複合材料で作製され、共通マトリックスに埋め込まれた第１の織り補強材片と、第２の織り補強材片と、第１の織り補強材片と第２の織り補強材片との間に配置されているインサートと、を含む少なくとも一部分を含む、タービンエンジンのためのブレードを提供する。
【００４０】
このブレードは、上述のプリフォームを用いて得られることができるブレードに相当することが理解できる。特に、織り補強材は、三次元織りファイバー強化材であることが好ましい。そのような状況下では、上述の特徴および利点のすべては、ブレードを得るために使用される技術が何であれ、このブレードに直接置き換えられる。
【００４１】
特定の実施形態では、ブレードは、上述の実施形態によるファイバープリフォームを用いて複合材料から一体成形法で作製され、前記プリフォームは型内に成形され、好ましくは有機タイプのマトリックスに内に埋め込まれている。
【００４２】
特定の実施形態では、マトリックスは有機タイプのものである。特に、それはエポキシ樹脂であってもよい。
【００４３】
他の実施形態では、マトリックスはセラミックタイプのものである。
【００４４】
本明細書はまた、前述の実施形態のいずれかによる複数のブレードを有する、タービンエンジン用のブレード付きホイールにも関する。
【００４５】
それは、ブレードが回転ハブの周りに角度的に配置されているファンなどのロータホイールであってもよく、またはそれは、ブレードが固定リング内に角度的に配置された羽根であるステータホイールであってもよい。
【００４６】
本明細書はまた、任意の前述の実施形態による少なくとも１つのブレードまたは少なくとも１つのブレード付きホイールを含むタービンエンジンを提供する。
【００４７】
上述の特徴および利点、およびその他は、提案されているプリフォーム、ブレード、ブレード付きホイールおよびタービンエンジンの実施形態の以下の詳細な説明を読むと明らかになる。詳細な説明は、添付の図面を参照して行われる。
【００４８】
添付の図面は、図式的であり、特に本発明の原理を例示することを目的とする。
【００４９】
図面の中で、図面ごとに、同一である要素（または要素の部分）は、同じ参照符号を用いて参照される。さらに、異なる実施形態に属するが、類似の機能を有する要素（または要素の部分）は、１００、２００などによって増加された参照符号によって図中で識別される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明のタービンエンジンの軸方向断面図である。
【図２】本発明のブレード付きホイールの部分的な半径方向断面図である。
【図３】一実施形態を構成するブレードの部分斜視図である。
【図４Ａ】この第１のブレードの実施形態およびその成形に対応するプリフォームを示す図である。
【図４Ｂ】この第１のブレードの実施形態およびその成形に対応するプリフォームを示す図である。
【図５】図４Ａの層交差を簡単に示す図である。
【図６】図４Ｂのプリフォーム内に配置されたインサートの第１の実施形態を示す図である。
【図７】図４Ｂのプリフォーム内に配置されたインサートの第２の実施形態を示す図である。
【図８】図４Ｂのプリフォーム内に配置されたインサートの第３の実施形態を示す図である。
【図９】図４Ｂのプリフォーム内に配置されたインサートの第４の実施形態を示す図である。
【図１０】図４Ｂのプリフォーム内に配置されたインサートの第５の実施形態を示す図である。
【図１１】インサートを備え付けた第２のプリフォームの実施形態を示す図である。
【図１２】インサートを備え付けた第３のプリフォームの実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
本発明をより具体的にするために、実施形態は添付の図面を参照して以下に詳細に説明される。本発明はこれらの実施形態に限定されないことを理解されるべきである。
【００５２】
図１は、本発明のバイパスターボジェット１の断面図であり、この断面はジェットの主軸Ａを含む垂直平面上にある。空気流の流れ方向の上流から下流に進むと、バイパスターボジェット１は、ファン２、低圧圧縮機３、高圧圧縮機４、燃焼室５、高圧タービン６、および低圧タービン７を含む。
【００５３】
図２に示すように、ファン２は、タービンエンジン１の低圧シャフトに結合されているディスク１１上の軸線Ａの周りに角度的に取り付けられた複数のファンブレード２０を有する。
【００５４】
そのようなファンブレードが、図３に示される。それは、ディスク１１のスロット１２内に係合するように構成されたダブテール形状のブレード根元２１を備え、ディスク１１にそのブレード根元２１を固定する。ブレード根元２１は、前縁２２ａと後縁２２ｆとの間で上流側から下流側へそれぞれ向かう吸込側面２２ｅおよび加圧側面２２ｉを提供するエーロフォイル２２によって上方に延長される。
【００５５】
ブレード２０はまた、ブレード根元２１とエーロフォイル２２との間の接合部からブレードの吸込側から横断方向に延在する吸込側プラットフォーム２３と、ブレード根元２１とエーロフォイル２２との間の接合部からブレードの加圧側から横断方向に延在する加圧側プラットフォーム２４とを有する。
【００５６】
図４Ａは、この第１のブレードの実施形態２０を作製するのに適した三次元織りプリフォーム４０を示す。図４Ｂは、成形された後の同じプリフォーム４０を示す。プリフォーム４０は、織り方向Ｔ、すなわち図の上方へ、上流から下流まで描かれている。しかしながら、製織は反対側から反対方向に行うことができることを理解されるべきである。
【００５７】
この実施形態では、プリフォーム４０は、３Ｄインターロック織りでカーボンファイバーから三次元に織られている。プリフォーム４０の表面のみがサテンタイプの織物を用いて二次元に織られている。
【００５８】
上流端では、第１の横断方向セグメント５１の底部自由ストリップ５１ａ、第１の長手方向セグメント４１、および第２の横断方向セグメント５２の底部自由ストリップ５２ａが、各平面６５および６６と非連結方法で一体に織られている、非連結の第１の区域Ｄ１から製織が開始する。第１の長手方向セグメント４１は、ブレード２０の根元２１を形成するために端部で使用される。
【００５９】
非連結のこの第１の区域Ｄ１から下流に、層交差区域Ｃ１は、第１の自由ストリップ５０ａ、第２の長手方向セグメント４２、および第２の自由ストリップ５０ｂが、非連結の各平面６２および６３と非連結方法で一体に織られている、非連結の第２の区域Ｄ２との境界面を形成する。
【００６０】
層交差区域Ｃ１では、第１の横断方向セグメント５１および第２の横断方向セグメント５２の底部自由ストリップ５１ａおよび５２ａから由来する織り糸の層が、第２の長手方向セグメント４２に向かって延在するように層が交差し、一方で自由ストリップ５０ａおよび５０ｂを構成する織り糸の層は、第１の長手方向セグメント４１から由来する。
【００６１】
このようにして層が交差されることを可能にする製織技術は、現在、３Ｄ織りの分野において周知である。例示のために、図５は、この層交差Ｃ１を簡略化して示している。層交差区域Ｃ１において、第１の長手方向セグメント４１の最外側の縦糸ｃを相互に連結する横糸ｔ１は、層交差区域Ｃ１から下流で、第１の自由ストリップ５０ａの縦糸ｃの層を相互に連結するために、外側に向かって偏向され、一方で底部自由ストリップ５１ａの層を相互に連結する横糸ｔ２は、内側に偏向されて、第２の長手方向セグメント４２の最外層を相互に連結する。したがって、横糸ｔ１およびｔ２は層交差区域Ｃ１を横断する。非連結技術に関連して、この層交差技術により、２つの非連結ストリップ５１ａおよび５０ａが、それらが主シート４１，４２にしっかりと取り付けられていることを保証しながら、互いに延長することが可能になる。
【００６２】
図４Ａおよび４Ｂに戻り、プリフォーム４０を製織するステップに戻ると、非連結の第２の区域Ｄ２内で、層終了部が、第２の長手方向セグメント４２と自由ストリップ５０ａおよび５０ｂとの間で織り方向Ｔに沿って漸進的に配置されて、第２の長手方向セグメント４２、および、したがってブレードの将来のエーロフォイル２２を薄くする。
【００６３】
一旦織りが完了すると、自由ストリップ５０ａおよび５０ｂは、第１の横断方向セグメント５１の頂部自由ストリップ５１ｂおよび第２の横断方向セグメント５２の頂部自由ストリップ５２ｂをそれぞれ形成するような長さに切断される。
【００６４】
横断方向セグメント５１および５２の各々の底部自由ストリップおよび頂部自由ストリップは、矢印によって示されるように、互いに向かって折り畳まれて、それらの最終横断方向位置を占めるようにする。接着剤または縫い付けが、自由ストリップの遠位端に設けられてもよい。したがって、横断方向セグメント５１および５２は、ブレード２０の吸込側プラットフォーム２３および加圧側プラットフォーム２４をそれぞれ形成する。
【００６５】
一旦自由ストリップ５０ａおよび５０ｂが長さに切断されると、第２の長手方向セグメント４２の表面に位置する浮き糸、すなわち、終了した層の結果として、全く横糸に取り付けられていない縦糸は、アクセス可能になり、剪断され得る。
【００６６】
次いでプリフォーム４０の最終的な構成は、図４Ｂに示すようになる。この時点で、「横断方向」および「長手方向」という条件は、問題のセグメントの最終位置に応じて与えられ、横断方向セグメントは、横断方向に折り畳まれる前に長手方向に必ず織り込まれることを確認すべきである。
【００６７】
横断方向セグメント５１，５２の底部ストリップ５１ａ、５２ａと頂部ストリップ５１ｂ、５２ｂとの間の間隙は、次いで広範な種類のインサートを受け入れることができる内部空洞５３を形成する。そのようなインサートは、図６から図１０を参照して以下に説明される。当業者であれば、以下に説明されるインサートの組合せは限定的ではなく、例えば、あるインサートが、プラットフォーム２３および２４のための所望される特性に応じて、同じ場所または異なる場所で、別の例のインサートと組み合わせられることが可能である。
【００６８】
図６は、第１の横断方向セグメント５１の内部空洞５３が、間隙充填材６１および二次元織布６２を含む第１の構成を示す。
【００６９】
間隙充填材６１は、例えば、横断方向セグメント５１の近位端に沿って、すなわち、層交差区域Ｃ１に対して軸方向に配置されている。
【００７０】
二次元織布６２は、カーボンファイバーでできており、間隙充填材６１によって占有されていない、空洞５３の残りの表面積のすべてにわたって延在しており、特に、横断方向セグメント５１を厚くするのに役立つ。
【００７１】
図７は、第１の横断方向セグメント１５１の内部空洞１５３が、補強材１６３およびファイバーブロック１６４を含む第２の構成を示す。
【００７２】
この例では、底部ストリップ１５１ａおよび頂部ストリップ１５１ｂの遠位端部は、一体に縫合されて、空洞１５３の遠位端部を閉じる。補強材１６３は、横断方向セグメント１５１の遠位端に沿って、すなわち空洞１５３の遠位縁部に対して軸方向に延在する金属棒である。
【００７３】
ファイバーブロック１６４は、３Ｄインターロック織りで三次元的に織られたカーボンファイバーを含む。その層の数、したがってその厚さは、好ましくは変化する。横断方向セグメント１５１を厚くし、成形するために、それは、補強材１６３によって占有されていない空洞１５３の残りの表面積全体にわたって延在する。
【００７４】
図８は、第１の横断方向セグメント２５１の内部空洞２５３が補強材２６３、織布２６２、および一連のワイヤ２６５を含む第３の構成を示す。
【００７５】
補強材２６３は、空洞２５３の概ね中心で軸方向に延在するグラスファイバー棒である。したがって、それは横断方向セグメント２５１の形状、ひいては最終プラットフォーム２３の形状に影響を及ぼす。
【００７６】
二次元織布２６２は、補強材２６３と空洞２５３の遠位端との間に挿入される。
【００７７】
ワイヤ２６５は、例えば、軸方向に延在し、空洞２５３の近位端と補強材２６３との間に互いに並んで配置されている。
【００７８】
図９は、第１の横断方向セグメント３５１の内部空洞３５３が、第２の長手方向セグメント３４２から第１の横断方向セグメント３５１の遠位端まで、実質的に第１の横断方向セグメント３５１の下流端部に沿って接線方向に延在する、接線方向補強材３６６を含む第４の構成を示す平面図である。同様の補強材が、第２の横断方向セグメント３５２の空洞内に配置される。
【００７９】
図１０は、第１の横断方向セグメント４５１の底部ストリップ４５１ａおよび頂部ストリップ４５１ｂが、それぞれ、内部空洞４５３を延長する上流間隙４５６および下流間隙４５７によって分離された各上流タブ４５４ａ、４５４ｂおよび下流タブ４５５ａおよび４５５ｂを含む第５の構成を示す側面図である。
【００８０】
タブ４５４および４５５を補強するために、金属補強材４６７、４６８が各間隙４５６、４５７の中に挿入される。一旦ブレードが完成すると、これらのタブ４５４および４５５は、ファン２の上流シェルおよび下流ドラムと協働するためのものである。
【００８１】
どのようなインサートが横断方向セグメント５１および５２の内部空洞５３内に選択されて配置されても、このようにして準備されたプリフォーム４０は、次いで湿らされて、軟化し、ファイバーがレジスタから取り出されることを容易にする。次いで、プリフォームは、プリフォーム４０に所望される形状と一致する内部空間の成形型の中に入れられる。様々なインサートは、横断方向セグメントの底部ストリップおよび、または頂部ストリップに、例えば縫い付けまたは接着剤によって任意で固定されることができる。
【００８２】
その後、プリフォーム４０は乾燥され、その結果、硬化して、それによって、成形中に付与された形状をブロックする。次いで、プリフォーム４０は、最終ブレード２０のための所望の寸法を有する射出成形型内に配置され、この中にマトリックスが注入され、この例ではエポキシ樹脂が注入される。一例として、このような注入は、周知の樹脂トランスファ成形（ＲＴＭ）法によって実施され得る。この工程の終わりに、エポキシ樹脂に埋め込まれたカーボンファイバーで織られたプリフォーム４０を有し、固化したマトリックス中に捕捉されたインサートを備え付けるプラットフォーム２３および２４を含む複合材料から成るブレード２０が得られる。機械加工ステップは、このブレード２０を仕上げるための方法を任意で終了することができる。
【００８３】
上述の例はすべて、プラットフォームが、最初に織り合わされて、延在する２つの自由ストリップを互いに結合する結果で生まれた、「積重ね」と一般的に呼ばれる製織方法の範囲内にある。それにもかかわらず、本発明は、当然ながら他の織り方で実施され得る。例えば、図１１および図１２を参照して、２つの他の適切な製織方法が以下に説明される。
【００８４】
図１１は、三次元織りの第２の例で得られたプリフォーム５４０を示す図である。この第２の例では、ブレード２０の根元２１を形成することになる第１の長手方向セグメント５４１と、エーロフォイル２２を形成することになる第２の長手方向セグメント５４２とが見て取れる。対照的に、横断方向セグメント５５１および５５２は、第１の例とは異なる方法で織り込まれているおり、これら各セグメントは、第１の長手方向セグメントと第２の長手方向セグメントと、およびそれらを長手方向セグメント５４２から分離する非連結の区域Ｄ１’との間の接合部での層交差Ｃ１’から由来する。製織後、横断方向セグメント５５１および５５２は、したがって最終的な横断方向位置に到達するために外側に折り曲げることができる。そのような製織方法は、特に国際公開第２０１３／１０４８５２号パンフレットに説明されている。
【００８５】
この周知の技術を使用して、各横断方向セグメント５５１，５５２を２つの別個の自由ストリップ５５１ａ、５５１ｂおよび５５２ａ、５５２ｂにそれぞれさらに細分化するために、各横断方向セグメント５５１，５５２内で製織中に非連結の追加平面Ｄ２’が追加される。上述した実施形態と同様に、次いで、各横断方向セグメント５５１，５５２のストリップ５５１ａ、５５１ｂと５５２ａ、５５２ｂとの間の空間によって形成された内部空洞５５３内に様々なインサート５６９が配置され得る。
【００８６】
図１２は、三次元織りの第３の例で得られたプリフォーム６４０を示す図である。この第３の例では、ブレード２０の根元２１を形成することになる第１の長手方向セグメント６４１と、エーロフォイル２２を形成することになる第２の長手方向セグメント６４２とが見て取れる。対照的に、横断方向セグメント６５１および６５２は、もう一度別の方法で織られている。
【００８７】
この第３の例では、第１の長手方向セグメント６４１と第２の長手方向セグメント６４２との間の接合部で、第１の長手方向セグメント６４１を通ってその加圧側から吸込側に向かって通して右に通過する層交差Ｃ１’’の結果として、第１の横断方向セグメント６５１を構成する層が、第２の横断方向セグメント６５２を構成する層を延長する。次いで、非連結の第１の区域Ｄ１’’が、第２の横断方向セグメント６５２を第１の長手方向セグメント６４１から分離させることを可能にし、一方で非連結の第２の区域Ｄ２’’は、第１の横断方向セグメント６５１を第２の長手方向セグメント６４２から分離させることを可能にする。
【００８８】
製織後、横断方向セグメント６５１および６５２は、したがって最終的な横断方向位置に到達するように外側に折り曲げることができる。そのような製織方法は、特に国際公開第２０１０／０６１１４０号パンフレットに説明されている。
【００８９】
この周知の技術を使用して、各横断方向セグメント６５１，６５２を２つの別個の自由ストリップ６５１ａ、６５１ｂおよび６５２ａ、６５２ｂに細分化するために、各横断方向セグメント６５１，６５２内で製織する時点で非連結の追加の平面Ｄ３’’が加えられる。上述の実施形態と同様にして、次いで、各横断方向セグメント６５１，６５２のストリップ６５１ａ、６５１ｂと６５２ａ、６５２ｂとの間の空間によって形成された内部空洞６５３内に様々なインサート６６９が配置され得る。
【００９０】
もちろん、上述の製織の例は、当業者が容易に認識することができる多くの他の可能な例の中の単なる例に過ぎない。特に、横断方向セグメントがそれぞれ内部空洞を備え付ける、類似のプリフォーム形状を得るために、非連結の他の区域を想定すること、あるいは層交差、層終了または厚さ遷移などの他の製織技術を使用することが可能である。
【００９１】
本明細書に説明された実施形態または実施は、非限定的な例示として与えられており、当業者は、説明の観点から、これらの実施形態または実施を容易に修正することができ、または本発明の範囲内でありながら、他の実施形態または実施を想定することができる。
【００９２】
さらに、これらの実施形態または実施の様々な特徴は、単独で、または互いに組み合わせて使用され得る。それらが組み合わされる場合、特徴は、上述のように、または他の方法で組み合わされてもよく、本発明は、本明細書に説明されている特定の組合せに限定されない。特に、反対に特定されない限り、任意の１つの実施形態または実施を参照して説明されている特徴は、他の実施形態または実施に類似の方法で応用され得る。
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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