(57)【要約】      （修正有）【課題】翼形部の抗力係数の低下をもたらす構造を提供する。【解決手段】翼形部２０１表面にテクスチャを施工するための装置は、間にドラム長さ１１０を定める第１のドラム端部及び対向する第２のドラム端部と、前記第１のドラム端部から前記第２のドラム端部まで貫通して延びる長手方向軸線と、前記ドラム長さ１１０に沿って配置された周囲面１０２と、を有するほぼ円筒形のドラム１００を備え、前記周囲面１０２が、複数の陥凹溝１０４が延びたベース面を含むと共に、前記第１の端部から前記第２の端部まで延び且つ前記長手方向軸線にほぼ平行なインデックスラインを更に含み、前記複数の溝１０４の各々が、第１の溝端部及び第２の溝端部を有し、前記複数の溝の少なくとも一部分において、前記第１の溝端部が前記インデックスラインで終端し、前記第２の溝端部が前記インデックスラインで終端する。【選択図】図４
2013113299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼形部表面にテクスチャを施工するための装置であって、
間にドラム長さを定める第１のドラム端部及び対向する第２のドラム端部と、前記第１のドラム端部から前記第２のドラム端部まで貫通して延びる長手方向軸線と、前記ドラム長さに沿って配置された周囲面と、を有するほぼ円筒形のドラムを備え、
前記周囲面が、複数の陥凹溝が延びたベース面を含むと共に、前記第１の端部から前記第２の端部まで延び且つ前記長手方向軸線にほぼ平行なインデックスラインを更に含み、前記複数の溝の各々が、第１の溝端部及び第２の溝端部を有し、前記複数の溝の少なくとも一部分において、前記第１の溝端部が前記インデックスラインで終端し、前記第２の溝端部が前記インデックスラインで終端する、装置。
【請求項２】
前記複数の溝の２つ又はそれ以上の隣接する溝が、共通の第１の溝端部、共通の第２の溝端部、又はその両方を共用する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記複数の溝の各々が、前記第１の溝端部及び前記第２の溝端部間に配置された中央部分を有し、前記複数の溝の２つ又はそれ以上の隣接する溝が、共通の中央部分を共用する、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記ドラムが可撓性である、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記周囲面が、前記ドラムがテクスチャを施工することになる表面よりも少なくともより硬質の硬度を有する、請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記複数の溝の各々が、前記第１の溝端部及び前記第２の溝端部間で測定される溝長さを有し、前記複数の溝の少なくとも一部分において、前記溝長さが前記ほぼ円筒形のドラムの周辺部に等しいか又はそれよりも長い、請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記複数の溝の少なくとも一部分が、前記周囲面の周りに可変の配向を有する、請求項１記載の装置。
【請求項８】
翼形部表面にテクスチャを施工するための装置であって、
間にドラム長さを定める第１のドラム端部及び対向する第２のドラム端部と、前記ドラム長さに沿って配置された周囲面とを有するドラムを備え、
前記周囲面が複数の陥凹溝を含み、前記複数の溝の各々が、第１の溝端部及び第２の溝端部を有し、前記複数の溝の少なくとも一部分において、前記第１の溝端部が前記周囲面上の第１の位置で終端し、前記第２の溝端部が前記周囲面上の第２の位置で終端する、装置。
【請求項９】
前記複数の溝の２つ又はそれ以上の隣接する溝が、共通の第１の溝端部、共通の第２の溝端部、又はその両方を共用する、請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記複数の溝の各々が、前記第１の溝端部及び前記第２の溝端部間に配置された中央部分を有し、前記複数の溝の２つ又はそれ以上の隣接する溝が、共通の中央部分を共用する、請求項８記載の装置。
【請求項１１】
前記複数の溝の少なくとも一部分が、前記周囲面の周りの前記ベース面に可変の深さを有する、請求項８記載の装置。
【請求項１２】
前記周囲面が、前記長手方向軸線を中心として軸対称である、請求項８記載の装置。
【請求項１３】
前記周囲面が、前記ほぼ円筒形のドラムの長さに沿って一定の周囲長を有する、請求項８記載の装置。
【請求項１４】
前記ほぼ円筒形のドラムが、貫通して配置された長手方向軸線と、該長手方向軸線を中心とし前記ドラム長さに沿った一定の半径を有する、請求項８記載の装置。
【請求項１５】
前記複数の溝の少なくとも一部分が、前記周囲面を中心として可変の配向を有する、請求項８記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、具体的には、ガスタービンエンジンの翼形部上に表面テクスチャを施工するための装置及びこれに関連する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
適切な配向で翼形部上に配置されたリブレットは、当該翼形部の抗力係数の低下をもたらすことができる。従って、本発明の実施形態は、翼形部上へのリブレットの作製を目的とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，３４５，７９１号明細書
【発明の概要】
【０００４】
テクスチャ表面を備えた周囲面を有するドラムが提供される。テクスチャ特徴要素は、翼形部表面にリブレットを施工するための複数の溝とすることができる。ドラムを使用する方法も提供される。
【０００５】
本発明のひとつは、翼形部表面にテクスチャを施工するための装置であって、間にドラム長さを定める第１のドラム端部及び対向する第２のドラム端部と、前記第１のドラム端部から前記第２のドラム端部まで貫通して延びる長手方向軸線と、前記ドラム長さに沿って配置された周囲面と、を有するほぼ円筒形のドラムを備え、前記周囲面が、複数の陥凹溝が延びたベース面を含むと共に、前記第１の端部から前記第２の端部まで延び且つ前記長手方向軸線にほぼ平行なインデックスライン又は該長手方向軸線と同一平面上にあるインデックスラインを更に含み、前記複数の溝の各々が、第１の溝端部及び第２の溝端部を有し、前記複数の溝の少なくとも一部分において、前記第１の溝端部が前記インデックスラインで終端し、前記第２の溝端部が前記インデックスラインで終端することを特徴とする。
【０００６】
以下の図において本発明の実施形態が示されている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】長さに沿ってほぼ一定の周辺部を有するドラムとしての本発明の実施形態を示す図。
【図２】長さに沿って可変の周辺部を有するドラムとしての本発明の実施形態を示す図。
【図３】本発明の実施形態の周辺表面の２次元図。
【図４】翼形部上にテクスチャ表面を施工する際に使用される本発明の実施形態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１及び図２を参照すると、本発明の表面にテクスチャを施工する装置の実施形態が、ドラム１００として示されている。ドラム１００は、該ドラム１００の長さに沿って配置された周囲面１０２を備えている。テクスチャ特徴要素１０４は、この周囲面１０２上に配置される。これらの特徴要素１０４は、隆起部又は溝とすることができる。特徴要素１０４は、溝とすることができ、従って、周囲面１０２に隆起部の外観をもたらす。しかしながら、この特徴要素１０４はまた、周囲面１０２が溝の外観を呈するように、隆起部と見なすこともできる。この考察において、特徴要素１０４は溝として言及する。これらの溝１０４は、リブレット２０４（本明細書で考察される図４に示す）の陰型の凹痕である幾何形状を有するのが好ましい。これらのリブレット２０４は、表面２０２（図４に示す）上に配置され、その表面上にドラム１００がテクスチャを施工することになる。
【０００９】
ドラム１００は、矢印１０８で示した好ましい回転方向を有することができる。しかしながら、ドラム１００は、何れの方向にも回転させることよって使用できることも可能である。ドラム１００はまた、第１の端部及び対向する第２の端部を有し、これらの間で測定される長さ寸法１１０を有することができる。ドラム１００はまた、インデックスライン１１２を有することができ、該インデックスラインは、テクスチャを施工することになる表面２０２上にドラム１００が最初に置かれたときに、ドラム１００がどの向きにあるかに関する標識を提供する。
【００１０】
具体的に図１を参照すると、ドラム１００はまた、該ドラム１００を貫通して中心に配置されるのが好ましい長手方向軸線１０５を備えることができる。ドラム半径１０６は、長手方向軸線１０５と周囲面上の最近点との間で測定することができる。半径１０６は、長手方向軸線１０５を中心として且つドラム長さ１１０に沿って均一とすることができる。このような実施例において、ドラム１００は、ほぼ円筒形と考えることができる。均一な半径１０６はまた、全ての断面全体にわたってほぼ均一な円周部を有して、ドラム１００の長さに沿ったあらゆる断面がほぼ円形となるようなドラム１００をもたらすことになる。このようなドラム１００及びその対応する周囲面１０２は、ほぼ円筒形と考えることができる。均一な半径１０６の場合、ドラム１００及び周囲面１０２はまた軸対称と考えることができる。この考察において、断面に関するあらゆる言及は、長手方向軸線１０５に直交する平面を示す断面を意味するものと解釈しなければならない。
【００１１】
次に図２を参照すると、本発明の実施形態のドラム１００は、ドラム長さ１１０に沿って可変の非均一な断面を備える。従って、半径１０６もまた可変で非均一なものとなる。こうした半径１０６の変動は、ドラムの長さ１１０に沿って変化することができ、或いは長手方向軸線１０５を中心として変化することができ、或いはその両方である。従って、このようなドラム１００は、可変トポグラフィを備えた周囲面を有することになる。
【００１２】
上述のように、半径は、ドラム長さ１１０に沿って変化することができる。しかしながら、あらゆる特定の断面において、半径１０６は、あらゆる所与の断面がほぼ円形とすることができるように、長手方向軸線１０５を中心として均一であってもよい。このようなドラム１００及びその対応する周囲面１０２は、円筒形とは考えられないが、軸対称と考えられる。
【００１３】
半径はまた、あらゆる所与の断面が非円形となるように、長手方向軸線１０５を中心として変化することができる。このようなドラム１００は、円筒形とは考えられず、また軸対称とも考えられないことになる。半径１０６は、長手方向軸線１０５を中心として変化することができるが、ドラムの長さ１１０に沿ったあらゆる所与の断面は、あらゆる他の断面と実質的に同じとすることができる。
【００１４】
更に、半径１０６は、ドラムの長さ１００に沿って及び長手方向軸線１０５を中心とした両方で変えることができる。従って、このドラム１００の実施形態は、円形断面と非円形断面とを有することができ、その全てをドラムの長さ１１０に沿って変えることができる。
【００１５】
ドラム１００の正確な構成は、テクスチャを施工することになる表面２０２（図４）によって決まる。ドラム１００の形状及び周囲面１０２のトポグラフィは、当該表面２０２にテクスチャを加える工程全体を通じて周囲面１０２が当該表面２０２と接触した状態で連続的に維持されるように選択しなければならない。
【００１６】
次に図３を参照すると、本発明の周囲面１０２の実施形態の２次元図面は、この周囲面１０２がドラム１００の残りの部分から巻きほどかれたものであるかのように示されている。この図面により、周囲面１０２上に配置することができる様々な溝１０４を示すのがより容易になる。周囲面１０２は、上縁及び下縁に示すインデックスライン１１２と共に長さ１１０に沿って示されている。これらの縁部間に円周部寸法１１４が示されている。簡潔にするために、この図面は、周辺部寸法が円周と考えることができるように、ほぼ円筒形ドラム１００に関するものである。
【００１７】
簡潔にするために、図３は、幾つかの溝１０４のみを示している。しかしながら、溝１０４は、あらゆる構成、配向、又は密集度で周囲面上に配置することができる。例えば、溝１０４は、直線的に、或いは簡単な又は複雑な曲線を有するように構成することができる。直線状の溝１０４は、長手方向軸線１０５とほぼ直交する平面上に、又は長手方向軸線１０５の斜めの平面上に経路を辿るような向きにすることができる。また、溝の密集度は、周囲面１０２全体にわたって均一に又は変化させることができる。更に、溝１０４の構成、配向、及び密集度は、周囲面１０２全体にわたって変えることができる点を理解されたい。溝１０４の一部分は実質的に直線状にすることができ、一部は簡単な曲線を有することができ、他のものは複雑な曲線形のものを有することができ、更に他のものは前述の組合せを有することができる。
【００１８】
周囲面１０２上に配置された溝１０４は、様々な構成をとることができる。溝は、２つの対向する端部１０４ａを有するものとして図示されている。一部の溝１０４は、インデックスライン１１２上の第１の端部１０４ａから周囲面１０４の周辺に全体的に延びることができ、その結果、第２の端部１０４ａもインデックスライン１１２上にあるようになる。一部の溝では、対向する端部１０４ａは、溝１０４が事実上端部１０４ａを持たないように、インデックスライン上の同じ位置に配置することができる。他の溝１０４は、インデックスライン１１２から何れかの方向に延びることができ、その他のものはインデックスライン１１２から完全に離れて配置することができる。一部の溝１０４は、単一の共通端部１０４ａを共用するように互いに結合することができ、或いは両端部１０４ａが共通したものとなるように結合することができる。溝１０４は、端部１０４ａ間に中央部分を有し、一部の溝１０４は、中央部分の少なくとも一部分において互いに結合することができる。図３は、互いに結合した２つの溝１０４の実施例のみを示しているが、あらゆる数の溝１０４をその長さに沿って結合するか、又は共通点を共用してもよいことは理解されたい。
【００１９】
溝１０４は、そのそれぞれの対向する端部１０４ａ間の長さを有することができる。この長さは、溝１０４がとることができる湾曲経路を辿るように測定される。従って、溝１０４は、ドラム１００の周辺部１１４よりも大きな長さを有するようにこのような湾曲した又は蛇行した経路をとることができる。また、溝１０４は、このような長さを有するために周囲面全体を周回する必要はない。更に、ほぼ直線状の溝は、周囲面１０２の周りにこのような傾いた経路をとることができ、すなわち、ドラム周辺部１１４よりも大きな長さを有することができる。
【００２０】
溝１０４はまた、幅、深さ、及び輪郭の変動を有することができる。これらの寸法は、表面２０２（図４）に施工されることになる所望のテクスチャによって決定されるのが好ましい。
【００２１】
溝１０４は、共通点を共用し、様々な曲線又は直線経路を有し、また長さ、幅、及び輪郭を変えることができるが、溝がとるあらゆる変遷は、急激な変化のない滑らかな変遷であるのが好ましい。
【００２２】
ドラム１００は、例えば鋼のような硬質の金属で製造することができる。金属ドラム１００は、例えばチタン翼形部のような硬質の表面にテクスチャを施工する際に使用することができる。金属ドラム１００は、テクスチャが施工されることになる表面よりも硬質であるのが好ましいことになる。金属ドラム１００は、例えば、物理的機械加工、化学的エッチング、放電加工、或いはこれらのあらゆる組合せなど、何らかの一般的に公知の手段によって作製することができる。
【００２３】
代替として、ドラム１００は、例えば、ゴムのような可撓性材料で製造することができる。ゴム製のドラム１００は、例えばポリウレタン材料のような軟質の材料にテクスチャを施工するのに使用することができる。このようなポリウレタン材料は通常、侵食保護のために複合材の翼形部表面に施工することができる。ドラムの施工時には、ポリウレタン材料は、溝１０４内に流れることになり、ポリウレタンが硬化すると、表面リブレットが形成される。ゴム製ドラム１００は、例えば、成形のような何らかの一般的に公知の手段によって製造することができる。
【００２４】
次に、ブレード２００上の表面にテクスチャを施工するために本発明のドラム１００の実施形態をどのように用いることができるかに関する全体的な図を示した図４を参照する。ブレード２００は、何れかのガスタービンエンジンで一般的に見られるようなブレードとすることができる。ブレード２００は、翼形部表面２０２を有する翼形部２０１を備えている。典型的なブレード２００はまた、翼形部２０１が延びるプラットフォーム２１４を備えることになる。翼形部２０１はまた、前縁２０３及び後縁２１６を有し、ブレードプラットフォーム２１４から翼形部先端（図示せず）まで延びる。図４は、翼形部の表面２０２上に配置されたリブレット２０４を示しているが、これらリブレットは、ドラム１００を利用して施工した後に初めて存在することになる。
【００２５】
テクスチャされることになる翼形部の表面２０２は、ドラム長さ（正確な尺度で示していない）にほぼ相当するテクスチャ表面長さ寸法２１０を有することになる。テクスチャ表面長さ寸法２１０は、プラットフォーム２１４から翼形部先端（図示せず）まで延びる翼形部の軸線に沿ったものとして全体的に測定される。テクスチャ表面２０２はまた、ドラム１００の周辺部にほぼ相当するテクスチャ表面幅寸法２０６を有し、本明細書で説明したように、ドラム半径１０６によって全体的に求めることができる。テクスチャ表面幅寸法２０６は、前縁２０３及び後縁２１６間に延びる方向で翼形部表面全体にわたって全体的に測定される。
【００２６】
翼形部表面２０２のテクスチャ部分は、その形状が全体的に矩形であり、後縁２１６全体にわたって延びるものとして示されている。しかしながら、翼形部表面２０２のテクスチャ部分は、単にドラム周囲面１０２からの転写された形態をとることになる点を理解されたい。従って、翼形部表面２０２のテクスチャ部分に転写される特徴要素は、全体的にあらゆる形状をとることができる。
【００２７】
使用時には、ドラム１００は、開始点から翼形部表面２０２に施工され、翼形部表面上を転動されて、ドラム周囲面１０２を翼形部表面に押し付けることになる。ドラムインデックスライン１１２（図４には見られず）は、好ましくは、この実施例においてはライン２１２である、翼形部２０１上の対応する開始位置に配置されることになる。
【００２８】
金属ドラム１００及び対応する金属翼形部２０１では、ドラム１００は、翼形部表面上の所定位置に移動される（矢印１１３を参照）。次にドラムインデックスライン１１２が翼形部開始ライン２１２と位置合わせされる。次いで、ドラム１００が降下され、ドラム周囲面１０２が翼形部表面２０２と接触するようになる。ドラム周囲面１０２を翼形部表面２０２に押し付けるように力が加えられ、この力は、ドラム１００が翼形部２０１全体にわたって転動されるときに維持される。この力は、翼形部表面２０２の一部分が押下され、他の部分がドラム溝２０４の形状をとるように、周囲面を翼形部表面２０２に押し込むのに十分に大きいことが好ましい。その結果、ドラム溝２０４の形状をとる翼形部表面２０２の一部分は、翼形部表面２０２上のリブレット２０４になる。ここで、翼形部表面２０２のテクスチャ部分は、ドラム周囲面１０２上に見られるテクスチャパターンの陰型の凹痕を有する。
【００２９】
翼形部表面上にリブレット２０４を刻印するために、ドラム１００の１回の転動パスのみをとるのが好ましいが、複数のパスをとることもできる。刻印プロセスは、冷間加工法とすることができ、或いは、それに代えて、翼形部表面２０２を変形させるのを助けるために熱を加えることができる。
【００３０】
ゴム製ドラム１００及び複合材翼形部２０１上への対応するポリウレタンコーティングでは、全般的なプロセスは実質的に同じままである。しかしながら、翼形部表面２０２を変形させる代わりに、ドラム１００は、ポリウレタンコーティング材がドラム溝１０４内に流れるように、十分な印加力のみを必要とする。これは、材料が溝１０４内に流れるが、十分に硬化するまで形状を維持するように、ポリウレタン硬化処理プロセスのある段階で形成することができる。
【００３１】
翼形部表面２０２に関して実質的に平坦なセクションでは、実質的に円筒形のドラム１００を用いることができる。小さな曲線を備えた翼形部表面２０２のセクションの場合、非均一な半径又は非均一な断面のドラム１００を周囲面１０２に用いて、転動プロセス全体にわたり翼形部表面２０２との接触を維持することが必要となる場合がある。より大きな曲線を有する翼形部表面２０２の場合、翼形部２０１の全長に沿って単一ドラムを使用することは実行可能ではない可能性がある。従って、複数のドラム１００が、翼形部の長さに沿って翼形部表面２０２を加工しなければならない場合がある。しかしながら、各セクションは、ドラムの１回の転動パスのみをとることも依然として想定される。
【００３２】
本明細書で説明した装置及び方法のどれもが、その長さ全体にわたって滑らかな移行部を有するリブレット２０４を備えた翼形部表面２０２を提供することが想定される。結果として得られるリブレット２０４は通常、０．００３インチ〜０．００６インチの高さ寸法を有することができる。更に、これらのリブレット２０４を適用することにより、翼形部の抗力係数を１０％ほど低下させることができる。しかしながら、この結果は変わる可能性がある。
【００３３】
本明細書で考察するテクスチャ特徴要素１０４は、リブレット２０４を作製する際に使用される隆起部又は溝と称しているが、他の表面特徴要素を用いてもよい点は理解されたい。
【００３４】
構造及び方法に関する上述の記載は、説明の目的で提示されている。この説明は、本発明を網羅すること、又は本発明を開示された厳密なステップ及び／又は形態に限定することを意図したものではなく、上述の教示に照らして多くの修正形態及び変形形態が実施可能であることは明らかである。本明細書で記載される特徴要素は、どのようにも組み合わせることができる。本明細書で記載される方法のステップは、物理的に実施可能なあらゆる順序で実施することができる。可変表面テクスチャを施工する装置の特定の形態を例示し説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、添付の請求項によってのみ限定されることになる点を理解されたい。参照した全ての文献は、引用により本明細書に組み込まれる。
【符号の説明】
【００３５】
１００  ドラム
１０２  周囲面
１０４  テクスチャ特徴要素
１０５  長手方向軸線
１０６  ドラム半径
１０８  矢印
１１０  ドラム長さ
１１２  インデックスライン
１１３  矢印
１１４  周辺部寸法
２００  ブレード
２０１  翼形部
２０２  翼形部表面
２０３  前縁
２０４  リブレット
２０６  テクスチャ表面幅寸法
２１２  ライン
２１０  テクスチャ表面長さ寸法
２１４  プラットフォーム
２１６  後縁
【図１】
2013113299.tif 000003
【図２】
2013113299.tif 000004
【図３】
2013113299.tif 000005
【図４】
2013113299.tif 000006