(57)【要約】  複合材構成部品、金属構成部品、及び１又はそれ以上の相互連結構成部品を含む複合材物品。複合材構成部品は、複数の複合プライを含み、高さ方向で構成部品ベースから構成部品先端まで延び、長さ方向で離間した第１の縁部と第２の縁部との間に延びる。金属構成部品は、第１の面及び第２の面と、該第１の面から第２の面まで延びて形成される複数の開口とを含む。金属構成部品は、複合材構成部品内に実質的に又は完全に埋め込まれた少なくとも一部を含む。１又はそれ以上の相互連結構成部品は、金属構成部品における複数の開口のうちの１又はそれ以上を通って相互に編み込まれ、複合材構成部品内に延びて少なくとも部分的に埋め込まれ、複合材構成部品と金属構成部品との間に相互連結システムを提供する。また、複合材物品を製造する方法も提供される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材物品（７０）であって、
高さ方向で構成部品ベース（７６）から構成部品先端（７８）まで並びに長さ方向で離間した構成部品の第１の縁部（８０）と第２の縁部（８２）との間を延びた、複数のプライ（８６）を含む複合材構成部品（７２）と、
第１の面（８１）及び第２の面（８３）を含み、前記第１の面から前記第２の面まで延びて形成された複数の開口（１０２）を含む金属構成部品（７４）と、
を備え、
前記金属構成部品が、
前記構成部品ベース（７６）の下方から上方に該構成部品ベースを通って前記複合材構成部品内に高さ方向に延びた第１の部分（８８）と、
前記金属構成部品の上側端部（９２）にある第２の部分（９０）と、
を含み、前記第２の部分が前記複合材構成部品に実質的に又は完全に埋め込まれ、該第２の部分が高さ方向に離間したベース（９８）及び先端（１００）を含み、
前記複合材物品が更に、
前記金属構成部品における前記複数の開口のうちの１又はそれ以上を通って相互に編み込まれ、前記複合材構成部品内に延びて少なくとも部分的に埋め込まれて、前記複合材構成部品と前記金属構成部品との間に相互連結システムを提供する１又はそれ以上の相互連結構成部品（１０３）を含む、複合材物品（７０）。
【請求項２】
前記１又はそれ以上の相互連結構成部品が、所与の負荷条件を最適化するように前記金属構成部品に対して配向される、請求項１に記載の複合材物品（７０）。
【請求項３】
前記１又はそれ以上の相互連結構成部品が、１又はそれ以上の繊維トウ（１０４）から構成される、請求項２に記載の複合材物品（７０）。
【請求項４】
前記１又はそれ以上の相互連結構成部品が、紡織繊維（１１２）から構成される、請求項２に記載の複合材物品（７０）。
【請求項５】
前記１又はそれ以上の相互連結構成部品が、樹脂注入プロセスに対応する、請求項２に記載の複合材物品（７０）。
【請求項６】
前記１又はそれ以上の相互連結構成部品が、プリプレグ積層構造に対応する、請求項２に記載の複合材物品（７０）。
【請求項７】
前記複合材構成部品が、複数のフィラメント強化された複合プライ（８６）の複合材料レイアップ（８４）を含む、請求項１に記載の複合材物品（７０）。
【請求項８】
前記複数のフィラメント強化された複合プライが、テープ、編組又は織物のうちの少なくとも１つの形態で繊維フィラメントプライの織物複合材料を含む、請求項７に記載の複合材物品（７０）。
【請求項９】
前記複合材構成部品が翼形部であり、前記金属構成部品がスパーマウントである、請求項１に記載の複合材物品（７０）。
【請求項１０】
前記金属構成部品における前記複数の開口が、実質的に円形の幾何学的外形であり、予め織り込まれた金属構成部品（７５）を形成するために前記１又はそれ以上の相互連結構成部品を通過させた相互編み込みを提供する、請求項１に記載の複合材物品（７０）。
【請求項１１】
前記金属構成部品における前記複数の開口が、実質的に長円形の幾何学的外形であり、予め織り込まれた金属構成部品（７５）を形成するために前記１又はそれ以上の相互連結構成部品を通過させた相互編み込みを提供する、請求項１に記載の複合材物品（７０）。
【請求項１２】
前記金属構成部品が、第１の部分（８８）及び第２の部分（９０）を含み、前記複数の開口が前記第２の部分に形成される、請求項１に記載の複合材物品（７０）。
【請求項１３】
複合材物品（７０）であって、
高さ方向で構成部品ベース（７６）から構成部品先端（７８）まで並びに長さ方向で離間した構成部品の第１の縁部（８０）と第２の縁部（８２）との間を延びる複合材構成部品（７２）を、備え、
前記複合材構成部品が、複数のフィラメント強化された複合プライ（８６）の複合材料レイアップ（８４）を含み、前記複数のフィラメント強化された複合プライの各々が、幅方向に離間したプライ側部（８７）とこれらの間にあるプライ縁部（８９）とを有し、
前記複合材物品が更に、
第１の面（８１）及び第２の面（８３）を含む予め織り込まれた金属構成部品（７４）と、
を備え、前記予め織り込まれた金属構成部品が、前記第１の面から前記第２の面まで延びて形成された複数の開口（１０２）を含み、前記予め織り込まれた金属構成部品が、該予め織り込まれた金属構成部品における前記複数の開口のうちの１又はそれ以上を通って相互に編み込まれた１又はそれ以上の相互連結構成部品（１０３）を含み、前記１又はそれ以上の相互連結構成部品が、前記複合材構成部品内に延びて少なくとも部分的に埋め込まれ、前記複合材構成部品と前記予め織り込まれた金属構成部品との間に相互連結システムを提供し、前記複合材構成部品と前記予め織り込まれた金属構成部品が共硬化される、複合材物品（７０）。
【請求項１４】
前記予め織り込まれた金属構成部品が、前記構成部品ベースの下方から上方に該構成部品ベースを通って前記複合材構成部品内に高さ方向に延びた第１の部分（８８）と、前記第１の部分の上側端部（９２）にある第２の部分（９０）と、を含み、前記第２の部分が前記複合材構成部品に実質的に又は完全に埋め込まれ、該第２の部分が高さ方向に離間したベース（９８）及び先端（１００）を含む、請求項１３に記載の複合材物品（７０）。
【請求項１５】
前記１又はそれ以上の相互連結構成部品が、所与の負荷条件を最適化するように前記予め織り込まれた金属構成部品内に配向される、請求項１３に記載の複合材物品（７０）。
【請求項１６】
前記１又はそれ以上の相互連結構成部品が、１又はそれ以上の繊維トウ（１０４）から構成される、請求項１３に記載の複合材物品（７０）。
【請求項１７】
前記１又はそれ以上の相互連結構成部品が、紡織繊維（１１２）から構成される、請求項１３に記載の複合材物品（７０）。
【請求項１８】
前記複合材構成部品が翼形部であり、前記金属構成部品がスパーマウントである、請求項１３に記載の複合材物品（７０）。
【請求項１９】
複合材物品（７０）を製造する方法（１３０）であって、
幅方向に離間したプライ側部（８７）とこれらの間にあるプライ縁部（８９）とを各々が有して複合材料から形成された複数のフィラメント強化された複合プライ（８６）をレイアップするステップと、
前記複数のフィラメント強化された複合プライのレイアップ中に予め織り込まれた金属構成部品（７４）を前記複数のフィラメント強化された複合プライ内に挿入して、複合材と金属の界面を形成するステップと、
前記複数のフィラメント強化された複合プライと前記予め織り込まれた金属構成部品とを共硬化して、前記複合材と金属の界面のための相互連結システムを含む複合材物品（７０）を形成するステップと、
を含み、
前記予め織り込まれた金属構成部品が、第１の面（８１）及び第２の面（８３）と、前記第１の面から前記第２の面まで延びて形成された複数の開口（１０２）とを含み、前記予め織り込まれた金属構成部品が更に、前記複数の開口のうちの１又はそれ以上を通って相互に編み込まれた１又はそれ以上の相互連結構成部品（１０３）を含み、前記１又はそれ以上の相互連結構成部品が、前記複数のフィラメント強化された複合プライ内に延びて少なくとも部分的に埋め込まれ、前記複数のフィラメント強化された複合プライと前記予め織り込まれた金属構成部品との間に相互連結システムを提供する、方法（１３０）。
【請求項２０】
前記１又はそれ以上の相互連結構成部品が、１又はそれ以上の繊維トウ（１０４）又は紡織繊維（１１２）から構成される、請求項１９に記載の方法（１３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンにおいて見られることが多い複合材構成部品に関し、詳細には、ガスタービンエンジンにおいて見られることが多い複合材と金属の結合に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボファンタイプのバイパスガスタービンエンジンは、前方のファン及びブースタ圧縮機、中間コアエンジン、並びに後方の低圧出力タービンを含む。低圧タービンは、低圧シャフトを介してファン及びブースタを回転駆動し、これら全てが低圧ロータを形成する。ブレード、ベーン、及び固定構造体などの複合材構成部品が開発されており、これらガスタービンエンジンにおいて使用されることが多い。詳細には、複合材翼形部が開発され、ブースタ圧縮機の回転段のブレード、及びブレード間で且つ上流側と下流側に配置された固定ベーン、並びにファンセクション（ファン出口ガイドベーン）などエンジンの他のセクションにおいて使用される。
【０００３】
航空機のガスタービンエンジンブレード及びベーン翼形部を複合材料から製造することは周知である。これらのベーン及び翼形部などの複合材構成部品を金属構成部品に取り付けることが困難であることが分かっている。１つの特定の実施形態では、ブレード又はベーンをエンジンの金属ロータ又はステータ部分などの構成部品に装着するために、複合材の翼形部を金属構成部品に取り付けることに依存している。これは、構成部品の荷重の大きさ及びサイズの制限に起因して問題がある。通常、これらの複合材部品の取り付けは、当該実施構成の困難な部分である。複合材の重量を上手く利用した一体化された複合材／金属取り付けシステムを有することが望ましい。これまでは、これら２つのシステムを接合するのに、機械的締結具を含む簡単な接着結合及び接合が使用されてきた。接着結合継手は、力及びモーメントを受け易く、複合材／金属継手、及びより詳細には翼形部などの複合材構成部品がある量のブレード又はベーンなどの金属構成部品から取り除かれる傾向となる。他方、機械的に締結された継手は、複合構造の繊維に切り込む開口を製作する必要があり、これは、複合構造の性能全体を弱める可能性がある。この問題に対処するために、複合構造は、継手において何らかの重量上の利点に悪影響を及ぼす追加の強化機構を含む場合がある。
【０００４】
従って、複合材構成部品と金属構成部品を確実に且つ堅牢に接合し、複合材構成部品を金属構成部品から取り除く傾向となる力及びモーメントに対して複合構造を脆弱にすることなく抵抗できる接合手段を提供することが極めて望ましい。更に、ガスタービンエンジンロータ及びファンフレーム組立体の両方における翼形部のような複合材構成部品をブレード又はベーンの金属マウントなどの金属構成部品に確実に且つ堅牢に接合し、その結果、複合材翼形部を金属マウントから取り除く傾向となる力及びモーメントに複合材／金属接合が抵抗できるようにする手段を提供することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，８３５，４３６号明細書
【発明の概要】
【０００６】
従来技術のこれら及び他の欠点は、複合材物品及びその製造方法を提供する本開示により対処される。
【０００７】
１つの実施形態によれば、複合材構成部品、金属構成部品、及び１又はそれ以上の相互連結構成部品を含む複合材物品が提供される。複合材構成部品は、高さ方向で構成部品ベースから構成部品先端まで延び、長さ方向で離間した第１の縁部と第２の縁部との間に延びる。複合材構成部品は、複数のプライを含む。金属構成部品は、第１の面及び第２の面と、該第１の面から第２の面まで延びて形成される複数の開口とを含む。金属構成部品は更に、構成部品ベースの下方から上方に該構成部品ベースを通って複合材構成部品内に高さ方向に延びた第１の部分と、第１の部分の上側端部にある第２の部分と、を含み、第２の部分が、複合材構成部品に実質的に又は完全に埋め込まれ、第２の部分が、高さ方向に離間したベース及び先端を含む。１又はそれ以上の相互連結構成部品は、金属構成部品における複数の開口のうちの１又はそれ以上を通って相互に編み込まれ、複合材構成部品内に延びて少なくとも部分的に埋め込まれ、複合材構成部品と金属構成部品との間に相互連結システムを提供する。
【０００８】
別の実施形態によれば、複合材構成部品と、予め織り込まれた金属構成部品とを含む複合材物品が提供される。複合材構成部品が、高さ方向で構成部品ベースから構成部品先端まで並びに長さ方向で離間した構成部品の第１の縁部と第２の縁部との間を延びる。複合材構成部品が更に、複数のフィラメント強化された複合プライの複合材料レイアップを含み、複数のフィラメント強化された複合プライの各々が、幅方向に離間したプライ側部とこれらの間にあるプライ縁部とを有する。予め織り込まれた金属構成部品が、第１の面及び第２の面と、第１の面から第２の面まで延びて形成された複数の開口とを含む。予め織り込まれた金属構成部品が更に、予め織り込まれた金属構成部品における複数の開口のうちの１又はそれ以上を通って相互に編み込まれた１又はそれ以上の相互連結構成部品を含む。１又はそれ以上の相互連結構成部品が、複合材構成部品内に延びて少なくとも部分的に埋め込まれ、複合材構成部品と予め織り込まれた金属構成部品との間に相互連結システムを提供する。複合材構成部品と予め織り込まれた金属構成部品が共硬化される。
【０００９】
更に別の実施形態によれば、複合材物品を製造する方法が提供される。本方法は、複合材料から形成された複数のフィラメント強化された複合プライをレイアップするステップと、複数のフィラメント強化された複合プライのレイアップ中に予め織り込まれた金属構成部品を複数のフィラメント強化された複合プライ内に挿入して、複合材と金属の界面を形成するステップと、複数のフィラメント強化された複合プライと予め織り込まれた金属構成部品とを共硬化して、複合材と金属の界面のための相互連結システムを含む複合材物品を形成するステップと、を含む。フィラメント強化された複合プライの各々が、幅方向に離間したプライ側部とこれらの間にあるプライ縁部とを含む。予め織り込まれた金属構成部品が、第１の面及び第２の面と、第１の面から第２の面まで延びて形成された複数の開口とを含む。予め織り込まれた金属構成部品が更に、複数の開口のうちの１又はそれ以上を通って相互に編み込まれた１又はそれ以上の相互連結構成部品を含む。１又はそれ以上の相互連結構成部品が、複数のフィラメント強化された複合プライ内に延びて少なくとも部分的に埋め込まれ、複数のフィラメント強化された複合プライと予め織り込まれた金属構成部品との間に相互連結システムを提供する。
【００１０】
本開示の他の目的及び利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明並びに添付の請求項を読めば明らかになるであろう。
【００１１】
本開示の上記及びその他の特徴、態様並びに利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、より良好に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図示され又は本明細書で記載される１又はそれ以上の実施形態による、複合材物品を含む航空機ターボファンガスタービンエンジンの長手方向部分断面及び部分線図。
【図２】図示され又は本明細書で記載される１又はそれ以上の実施形態による、複合材物品の複合材構成部品に金属構成部品を挿入させた複合材物品の概略斜視図。
【図３】図２の金属構成部品の概略斜視図。
【図４】図２の線４−４から見た、複合材構成部品及び金属構成部品を含む複合材物品の概略断面図。
【図５】図示され又は本明細書で記載される１又はそれ以上の実施形態による、複合材物品の複合材構成部品に金属構成部品を挿入させた複合材物品の別の実施形態の概略斜視図。
【図６】図５の金属構成部品の概略斜視図。
【図７】図５の線７−７から見た、複合材構成部品及び金属構成部品を含む複合材物品の概略断面図。
【図８】図示され又は本明細書で記載される１又はそれ以上の実施形態による、複合材物品の複合材構成部品に金属構成部品を挿入させた複合材物品の別の実施形態の概略斜視図。
【図９】図８の線９−９から見た、複合材構成部品及び金属構成部品を含む複合材物品の概略断面図。
【図１０】図示され又は本明細書で記載される１又はそれ以上の実施形態による製造方法を例示した概略ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本開示は、特定の実施形態を参照して単に例証の目的で説明されるが、本開示の他の目的及び利点は、本開示による図面に関する以下の説明により明らかになるであろう。好ましい実施形態が開示されるが、これらは限定を意図するものではない。
【００１４】
本明細書で使用される用語「第１」、「第２」及び同様のものは、順序、数量、又は重要度を示すものではなく、むしろある要素を別の用途と区別するために使用される。「１つの」といった用語は、本明細書においては数量の限定を表しておらず、言及された品目の少なくとも１つが存在することを表している。数量に関して使用する「約」という修飾語は、記載の数値を包含しており、前後関係によって決まる意味を有する（例えば、特定の数量の測定値に付随するある程度の誤差を含む）。用語「上側」、「下側」、「上部」、「底部」、「第１」、「第２」、又は同様のものは、読み手を指定の構成部品に向けさせることを意図している。
【００１５】
更に、本明細書において「１つ又は複数の」という前置表現は、前置される用語の単数及び複数の両方を含み、従って当該用語の１つ又はそれ以上を含むことを意図している（例えば、「開口」は、別途指定の無い限り、１つ又はそれ以上の開口を含むことができる）。本明細書全体を通じて、「１つの実施形態」、「別の実施形態」、「ある実施形態」、及びその他などへの言及は、実施形態に関して記載された特定の要素（例えば、特徴、構造、及び／又は特性）が、本明細書で記載される少なくとも１つの実施形態に含まれており、他の実施形態に存在する場合もあり、存在しない場合もあることを意味する。同様に、「特定の構成」という表現は、本構成に関して記載された特定の要素（例えば、特徴、構造、及び／又は特性）が、本明細書で記載される少なくとも１つの構成に含まれており、他の構成に存在する場合もあり、存在しない場合もあることを意味する。加えて、記載される本発明の特徴部は、様々な実施形態において何らかの好適な様態で組み合わせることができる点を理解されたい。
【００１６】
図１には、エンジン中心軸線１２の周りを囲み、航空機のウィング（翼）又は胴体に装着するのに好適に設計された例示的な航空機ターボファンガスタービンエンジン１０が示されている。エンジン１０は、下流側の直列流れ連通して、ファン１４、ブースタ又は低圧圧縮機１６、高圧圧縮機１８、燃焼器２０、高圧タービン（ＨＰＴ）２２、及び低圧タービン（ＬＰＴ）２４を含む。ＨＰＴ又は高圧タービン２２は、高圧駆動シャフト２３により高圧圧縮機１８に連結される。ＬＰＴ又は低圧タービン２４は、低圧駆動シャフト２５によりファン１４及びブースタ又は低圧圧縮機１６の両方に連結される。
【００１７】
典型的な作動時には、空気２６は、ファン１４により加圧され、この空気の内側部分が低圧圧縮機１６を通って送られて、該低圧圧縮機が更に空気を加圧する。次いで、加圧空気は、高圧圧縮機１８に流れ、ここで更に空気を加圧する。加圧空気は、燃焼器２０において燃料と混合されて、高温の燃焼ガス２８を発生し、該燃焼ガスは、ＨＰＴ２２及びＬＰＴ２４を通って下流側に流れる。２つのタービンにおいてエネルギーが取り出され、ファン１４、低圧圧縮機１６及び高圧圧縮機１８に動力を供給する。ファン１４の直ぐ後方でブースタ圧縮機１６を囲むフロースプリッター３４は、鋭い前縁を含み、これが、ファン１４によって加圧されたファン空気２６を、ブースタ圧縮機１６を通って送られる半径方向内側ストリーム２７と、環状ファンバイパスダクト３６を通って送られる半径方向外側ストリーム２９とに分割する。
【００１８】
ファン１４を囲むファンナセル３０は、環状ファンフレーム３２により支持される。低圧圧縮機１６は、ファンフレーム３２の前方でファン１４に好適に連結され、環状フロースプリッター３４の半径方向内寄りに配置され、ファンナセル３０の内面から半径方向内向きに間隔を置いて配置されて、これらの間に環状ファンバイパスダクト３６を部分的に定める。ファンフレーム３２は、ナセル３０を支持する。
【００１９】
圧縮機１６は、第１、第２、及び第３の圧縮機ブレード列４８，５０，５２をそれぞれ備えた回転可能な第１、第２、及び第３の圧縮機段３８，４０，４２を有する。第１、第２、及び第３の圧縮機ブレード列４８，５０，５２の複数の圧縮機ブレード１７は、ファン１４に接続された回転ハブ４６から半径方向外向きに延びる。圧縮機１６は、第１及び第２のベーン列６６，６８をそれぞれ備えた、第１及び第２の非回転ベーン段６２，６４を有する。第１及び第２のベーン段６２，６４の圧縮機ベーン６５は、非回転シェル又は外側バンド６９又は前方又はファンフレーム３２に固定接続された他の環状構造から半径方向内向きに延びる。第１、第２、及び第３の圧縮機ブレード列４８，５０，５２は、第１及び第２のベーン列６６，６８と相互嵌合している。圧縮機ブレード１７及びベーン６５は、複合材翼形部を含むことができる。
【００２０】
図２〜９には、図１に示され且つ上述した圧縮機ブレード及びベーン１７，６５により例示されたガスタービンエンジンブレード又はベーンで使用するよう設計することができる複合材料翼形部、又は複合材／金属構成部品を含む固定ケース構造などの複合材物品７０が示される。複合材物品７０は、複合材構成部品７２及び金属構成部品７４から構成されるように例示される。複合材構成部品７２は、高さ方向で構成部品ベース７６から構成部品先端７８まで、並びに長さ方向で離間した構成部品の第１及び第２の縁部又は前縁（ＦＥ）８０と後縁（ＡＥ）８２との間を延びる。１つの実施形態において、複合材構成部品７２は、フィラメント強化された複合プライ８６の複合材料レイアップ８４から形成される。本明細書で使用される用語「積層」及び「プライ」は同義語である。プライ８６は、一般に、繊維が一方向に配向されて一般にテープと呼ばれるか、又は織物又は編組のように複数の方向に配向される繊維強化材料から構成される。プライ８６は、本質的に、複合材構成部品７２を形成する。複数のフィラメント強化されたプライ８６の各々は、幅方向で離間したプライ側部８７とこれらの間にあるプライ縁部８９とを有する。１つの実施形態において、製造中、プライ８６は、金属構成部品７４に対して且つその周りでレイアップされ、次いで、成型され硬化される。
【００２１】
図示の実施形態において、複合材構成部品７２は、スパーの場合などのように金属構成部品７４の周りに形成される。１つの実施形態において、図２に最も良好に例示されるように、金属構成部品７４は、構成部品ベース７６の下方から上方に構成部品ベース７６を通って複合材構成部品７２内に延びたシャンクのような第１の部分８８を含む。金属構成部品７４は更に、第１の部分又はシャンク８８の上側端部９２において本明細書でタブとも呼ばれる第２の部分９０を含む。第２の部分又はタブ９０は、複合材構成部品７２内に実質的に又は完全に埋め込まれる。１つの実施形態において、第２の部分９０は、複合材構成部品７２の前方縁部８０と後方縁部８２との間で略翼弦方向で第１の部分８８よりも実質的に幅広とすることができる。第２の部分又はタブ９０は、タブベース９８及びタブ先端１００で又はその近傍で幅方向に離間して配置されたタブ前方縁部（ＴＥＥ）９４とタブ後方縁部（ＴＡＥ）９６とを含む。１つの実施形態において、金属構成部品７４は、複合材構成部品７２とは剛性及び／又は強度が異なる金属材料から作ることができる。
【００２２】
１つの実施形態において、金属構成部品７４は、エンジンのロータ又は固定構造上などに複合材構成部品７２を装着する手段を提供することができる。翼形部の実施形態のような１つの実施形態において、少なくとも金属構成部品７４の第２の部分９０は、図２に示すように、複合材構成部品７２を金属構成部品７４から遊離及び取り除く傾向となる力「Ｆ」及びモーメント「Ｍ」に抵抗するよう設計される。複合材物品７０の翼形部の実施形態において、金属構成部品７４を含むベーン又はブレードのような複合材構成部品７２は、エンジンのロータ又は固定構造から片持ちで装着されるので、力「Ｆ」はモーメント「Ｍ」を発生させる。複合材物品７０の翼形部の実施形態において、力「Ｆ」は一般に、図２に示す３つの直交する軸線、すなわち、翼形部前縁と後縁すなわち図示の前方縁部８０と後方縁部８２との間で翼弦に略平行な長さ方向又は軸方向の第１の軸線、エンジン中心軸線１２（図１）に垂直な半径Ｒにより定められる円周に略接線方向である幅方向又は円周方向の第２の軸線、及び半径に沿った高さ方向又は半径方向の第３の軸線に沿って作用する。モーメント「Ｍ」は、第１、第２、及び第３の軸線を中心としてその周りに
示される。
【００２３】
図３を再度参照すると、金属構成部品７４は、厚さ「ｔ」を貫通して形成された複数の開口１０２を含む。開口１０２の数、（本発明で記載されるような）このような開口の向き及び幾何学的外形は、特定の負荷条件に応じて設計され最適化することができる点は理解されたい。１つの実施形態において、図２〜４に示すように、金属構成部品７４は、４つの開口１０２を含み、各々が実質的に円形の幾何学的外形を有して形成される。４つの開口１０２は、互いから実質的に等距離に離間して且つ金属構成部品７４の第２の部分又はタブ９０の中心領域に配置される。複数の開口１０２の各々は、金属構成部品７４の第１の又は上側の面８１から、金属構成部品７４の対向する第２の又は下側の面８３まで延び、該金属構成部品７４を貫通する開口又は通路を提供する。
【００２４】
図２〜４に例示するように、１又はそれ以上の相互連結構成部品１０３及びより詳細には１又はそれ以上の繊維トウ１０４は、金属構成部品７４内に形成された複数の開口１０２の各々を通って相互に編み込まれて、予め織り込まれた金属構成部品７５を形成する。１つの実施形態において、１又はそれ以上の繊維トウ１０４は、本明細書では繊維束と呼ばれる場合もあり、一般に複数の個々の繊維から構成される。１又はそれ以上の繊維トウ１０４は、金属構成部品７４を通って相互に編み込まれ、複合材構成部品７２と金属構成部品７４との間の複合材と金属の接合部にて相互連結システムを提供する。１つの実施形態において、１又はそれ以上の繊維トウ１０４の各々は、１又はそれ以上の乾燥繊維から構成される。繊維は、樹脂注入プロセス（ＲＴＭ）に対応するため実質的に乾燥状態で提供され、或いは、プリプレグ積層構造に対応するため湿潤トウとして提供することができる。１つの実施形態において、１又はそれ以上の繊維トウ１０４は、炭素、ガラス、ホウ素、芳香族ポリアミド、ｐ−フェニレンテレフタラミド（Ｋｅｖｌａｒ（登録商標））、伸びきり鎖ポリエチレン（ＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標））、酸化アルミニウム、又は炭化ケイ素のうちの少なくとも１つから構成することができる。
【００２５】
示唆されるように、金属構成部品７４に形成される開口１０２の幾何学的外形、向き、及び数は、所与の負荷条件に合わせて最適化することができる。従って、複数の開口１０２は、孔、スロット、或いは、１又はそれ以上の繊維トウ１０４又は紡織繊維（ここで説明される）を所望の方向に整列させることを可能にする何らかの幾何学的形状として設けることができる。加えて、１又はそれ以上の相互連結構成部品１０３、及びより具体的には１又はそれ以上の繊維トウ１０４の向きは、所与の負荷条件に合わせて最適化することができる。複合材物品７０の製造中、１又はそれ以上の繊維トウ１０４は、金属構成部品に形成された複数の開口を通って予め織り込まれて、予め織り込まれた金属構成部品７５を形成する。本開示の設計は、共硬化構成のために特別に設計され、ここでは、手動又は機械によりレイアップされた金属構成部品７４の挿入と併せて複合材構成部品７２を形成する複合材レイアップが行われる。本開示の１又はそれ以上の相互に編み込まれた相互連結構成部品を利用して金属構成部品７４と複合材構成部品７２を接合することにより、複合材料と金属材料との間の界面強度を増強し、載荷能力を増大させることを可能にする。１つの実施形態において、複合材レイアップ中に提示されるように金属構成部品７４を通して１又はそれ以上の繊維トウ１０４を相互に編み込むことによって、複合材と金属の連結にて従来の接着結合又は共硬化接合／連結よりも優れた大きな荷重を伝達することができる。１又はそれ以上の繊維トウ１０４は、１又はそれ以上の繊維トウ１０４のレイアップ、複数の開口１０２、及び荷重経路に応じて複合材／金属接合の引張及び／又は剪断能力の増大をもたらす。
【００２６】
ここで、幾つかの実施形態を通じて同じ参照符号が同じ部品を示す、図５〜７を参照すると、図２〜４の上述の複合材物品７０とほぼ同様の複合材物品１１０の１つの実施形態が例示される。この特定の実施形態において、１又はそれ以上の相互連結構成部品１０３は、図２〜４に記載された１又はそれ以上の繊維トウ１０４の代わりに紡織繊維１１２を含む。紡織繊維１１２は、織布、非捲縮織物、編組管体、及び同様のものの１又はそれ以上のストリップから構成することができる。図５に最もよく示されるように、繊維１１２は、複数の開口１０２を介して金属構成部品７４を通って相互に編み込まれるように図示されている。より具体的には、紡織繊維１１２は、第１の又は上側面８１から第２の下側面８３まで複数の開口１０２を通って延びる。図６に最もよく示されるように、この実施形態において、複数の開口１０２は、紡織繊維１１２が金属構成部品７４を通過できるように、実質的に長円形の幾何学的外形で形成される。
【００２７】
同様に幾つかの実施形態を通じて同じ参照符号が同じ部品を示した図８〜９を参照すると、図２〜４の上述の複合材物品７０とほぼ同様の複合材物品１２０の１つの実施形態が例示されているが、但し、この特定の実施形態では、１又はそれ以上の相互連結構成部品１０３、及びより詳細には１又はそれ以上の繊維トウ１０４は、図２〜４の実施形態とは対向する方向に向いて示されている。より具体的には、１又はそれ以上の繊維トウが、複数の開口１０２を介して金属構成部品７４を通って相互に編み込まれるように図示されており、ここで１又はそれ以上の繊維トウは、金属構成部品７４の長軸に実質的に平行の方向に向けられている。図示のように、１又はそれ以上の繊維トウ１０４は、第１の又は上側面８１から第２の下側面８３まで複数の開口１０２を通って延びる。図６に最もよく示されるように、この実施形態において、複数の開口１０２は、１又はそれ以上の繊維トウ１０４が金属構成部品７４を通過できるように、実質的に円形の幾何学的外形で形成される。
【００２８】
加えて、図８に最もよく示されるように、金属構成部品７４は、実質的に矩形の形状を含む。より具体的には、図２〜７の実施形態とは対称的に、金属構成部品７４の第２の部分９０は、複合材構成部品７２の前方縁部８０と後方縁部８２との間の略翼弦方向で第１の部分８８と実質的に等しい幅とすることができる。上述の実施形態と同様に、第２の部分又はタブ９０は、複合材構成部品７２に実質的に又は完全に埋め込まれている。
【００２９】
図８及び９に示すように、１又はそれ以上の繊維トウ１０４は、複数の開口１０２の各々を通って相互に編み込まれる。より具体的には、１又はそれ以上の繊維トウ１０４は、金属構成部品７４を通って相互に編み込まれ、複合材構成部品７２と金属構成部品７４との間の複合材と金属の接合部にて相互連結システムを提供する。上述のように、１又はそれ以上の繊維トウ１０４の各々は、乾燥繊維であり、樹脂注入プロセス（ＲＴＭ）に対応するため実質的に乾燥状態で提供され、或いは、プリプレグ積層構造に対応するため湿潤トウとして提供することができる。
【００３０】
上述のように、相互に編み込まれた接合強度を提供するための１又はそれ以上の繊維トウ又は紡織繊維の使用に関係なく、本明細書で開示される複合材物品を製造するための方法は、共硬化構成必要とする。より具体的には、本方法は、１又はそれ以上の相互連結構成部品を相互に編み込ませた金属構成部品の挿入と併せて複合材料のレイアップを行うことを必要とする。
【００３１】
ここで図１０を参照すると、図示され本明細書で記載される１又はそれ以上の実施形態による、複合材と金属の相互連結システムを含む複合材物品を製造する方法１３０の１つの実施構成を示したフローチャートが例示されている。方法１３０は、ステップ１３２において複数のフィラメント強化された複合プライ８６を備えた複合材料を最初にレイアップするステップにより、最終的には複合材と金属の相互連結システムを含む複合材物品を製造することを含む。複数のフィラメント強化された複合プライ８６は、複合材料から形成される。次に、ステップ１３４において、本方法は、複数のフィラメント強化された複合プライのレイアップの間に、予め織り込まれた金属構成部品を複数のフィラメント強化された複合プライに挿入して、複合材と金属の界面を形成するステップを含む。フィラメント強化された複合プライのレイアップは、金属構成部品が完全に密封又は埋め込まれるまで続けられる。図１０に示されるように、相互連結構成部品が乾燥トウ又は紡織繊維から形成される場合には、樹脂注入ステップ１３６を含めることができる。予備含浸又は湿潤されたトウを用いる場合には、注入ステップ１３６は必要ではない。次いで、最後にステップ１３８において、予め織り込まれた金属構成部品を挿入した複数のフィラメント強化された複合プライを共硬化して、完成の複合材物品を形成する。複合層と予め織り込まれた金属構成部品の共硬化は、複合材と金属の界面で相互連結システムを提供する。上記で詳細に述べたように、予め織り込まれた金属構成部品は、第１の面及び第２の面と、該第１の面から第２の面まで延びて形成された複数の開口とを含む。予め織り込まれた金属構成部品は更に、複数の開口のうちの１又はそれ以上を通って相互に編み込まれた少なくとも１つの相互連結構成部品を含む。ステップ１３４において、予め織り込まれた金属構成部品を複合プライに挿入する間に、１又はそれ以上の相互連結構成部品がフィラメント強化された複合プライ内に延びて少なくとも部分的に埋め込まれ、複数のフィラメント強化された複合プライと予め織り込まれた金属構成部品との間に相互連結システムを提供する。
【００３２】
本明細書で開示される１又はそれ以上の繊維トウ又は紡績繊維を金属構成部品に形成された複数の開口内に最初に織り込むことは、多くの変形又は配向を含むことができ、開示された例証に限定されないことは見込まれる。例えば、１つの実施形態において、１又はそれ以上の繊維トウ又は紡績繊維は、２つよりも多い開口を通って且つ金属構成部品のより大きな部分に沿って織り込む又は相互に編み込むことができる。代替の実施形態において、１又はそれ以上の繊維トウ又は紡績繊維は、複数の配向で金属構成部品に形成された開口を通って織り込む又は相互に編み込むことができる。
【００３３】
金属と複合材の接合部における脆弱な連結は、金属構成部品と複合材構成部品の表面間の結合強度であることが明らかになった。提供される複合材物品及び本明細書で開示される製造方法は、金属と複合材の接合強度の増大、及びひいては載荷能力の増大を提供する。この載荷能力の増大は、ブレード及びベーンを含む翼形部並びにケースのような固定構造など、航空機エンジンにおける複合材料の使用を増加させ、これによりこれらの構成部品の重量の全体的な低減を可能にする。
【００３４】
従って、記載されるのは、複合材と金属の相互連結を含む複合材物品及びその製造方法の実施形態である。複合材物品は、複合材構成部品と金属構成部品とを含む。金属構成部品は、１又はそれ以上の繊維トウ又は紡織繊維から構成された１又はそれ以上の相互連結構成部品が予め織り込まれる。予め織り込まれた金属構成部品は、複合材料内に埋め込まれ、レイアッププロセス中に複合材構成部品を形成する。複数の構成部品の共硬化は、相互連結システムを含む複合材物品を提供し、従って、複合材と金属材料との間の強度の増大、及び載荷能力の増大をもたらす。
【００３５】
本開示の複数の実施形態に関する上記の説明は、説明の目的で提示されている。本開示を詳細に説明し例示してきたが、これは単に例証及び実施例を意図しており、限定として捉えるべきではない。上記の教示に照らして、本開示の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。従って、本開示の技術的思想及び範囲は、添付の請求項のみによって限定されるものとする。
【符号の説明】
【００３６】
１０  航空機ターボファンガスタービンエンジン
１２  エンジン中心軸線
１４  ファン
１６  ブースタ又は低圧圧縮機
１８  高圧圧縮機
２０  燃焼器
２２  高圧タービン（ＨＰＴ）
２３  高圧駆動シャフト
２４  低圧タービン（ＬＰＴ）
２５  低圧駆動シャフト
２６  ファン空気
２７  半径方向内側ストリーム
２８  燃焼ガス
２９  半径方向外側ストリーム
３０  ファンナセル
３２  環状ファンフレーム
３４  環状フロースプリッター
３６  環状ファンバイパスダクト
３８  第１の圧縮機段
４０  第２の圧縮機段
４２  第３の圧縮機段
４６  回転ハブ
４８  第１の圧縮機ブレード列
５０  第２の圧縮機ブレード列
５２  第３の圧縮機ブレード列
６２  第１のベーン段
６４  第２のベーン段
６５  圧縮機ベーン
６６  第１のベーン列
６８  第２のベーン列
６９  非回転シェル又は外側バンド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【国際調査報告】
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