JPH04330301A - 翼弦長の長いファンブレード - Google Patents

翼弦長の長いファンブレード

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JPH04330301A
JPH04330301A JP4031308A JP3130892A JPH04330301A JP H04330301 A JPH04330301 A JP H04330301A JP 4031308 A JP4031308 A JP 4031308A JP 3130892 A JP3130892 A JP 3130892A JP H04330301 A JPH04330301 A JP H04330301A
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air foil
laminated
metal
layer
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JP4031308A
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Guy C Murphy
ガイ・クリフ・マーフィ
Barrett J Fuhrmann
バレット・ジョセフ・フーアマン
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General Electric Co
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は積層エアーホイルおよ
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】航空機および航空機エンジンの設計は一
貫して軽量化と効率上昇とを追求してきた。航空機およ
びエンジンの設計を左右する他の要素としては、航空機
およびエンジンのメンテナンスまで含めたコストと寸法
とが挙げられる。これらの領域に大きな関心を払いなが
ら、将来の航空機は寸法が大きくなっており、エンジン
からより大きなスラストを取り出すか、追加のエンジン
を設けることを必要としている。メンテナンスコストと
初期コストとを下げることは、特定の航空機に搭載する
エンジンの数を増すのではなくて、エンジンを大型化し
、エンジンが発生するスラストを大きくすることにより
達成できる。しかし、エンジンが大型になるにつれて、
すべてのエンジン構成要素が大きくならざるを得ないの
で、軽量化が最重要になってくる。
【０００３】次世代の民生用高スラストエンジンは、フ
ァン直径が１０６〜１２４インチとなると考えられる。 ファン直径が大きくなると長いブレードが必要となる。 長いブレードは効率を上げるために長い翼弦長をもつ。 翼弦長は、エアーホイルの後縁と前縁との間の軸線方向
直線寸法であり、ブレード寸法の増加とともに大きくな
る。代表的なファンブレードは現在先端翼弦長が約８〜
１２インチであるが、大型エンジン用の翼弦長の長いフ
ァンブレードは先端翼弦長が約２０〜２８インチの範囲
となるであろう。翼弦長の長いブレードの効率がよいの
は、安定余裕が大きく、長い翼弦長のせいでブレード面
を越えて空気を一層効率よく移動するからである。安定
度が増加するので、ブレードを、（現在のチタンブレー
ドでブレード効率の低下原因となっている）中間径間シ
ュラウドなしで製造できる。ブレード効率の増加は高バ
イパス比タービンエンジンでは重要である。空気の約７
５〜８０％がコアエンジン燃焼器をバイパスし、直接ス
ラストを生成するのに用いられるからである。
【０００４】ターボファンエンジンにおける現在のファ
ンブレードの大部分は中実なチタン構造である。別のフ
ァンブレード構造では、チタン製ハニカムコアにチタン
製スキンを被覆している。中実なチタンで翼弦長の長い
ファンブレードを製造することは、初期の材料コストと
完成後のブレードの最終重量から見て、採用できない。 したがって、大型エンジン用の中実なファンブレードは
、おそらく両方の点で、中間径間シュラウドを有する標
準翼弦長のブレード以上のものとなるであろう。
【０００５】大型エンジンのブレードに関する重量とコ
ストの問題の解決策として、全複合材の翼弦長の長いフ
ァンブレードが提案されている。全複合材の翼弦長の長
いファンブレードを有する大型エンジンは、標準翼弦長
のファンブレードを有する大型エンジンに対して約８０
０ポンドの重量削減と見積もられる。全複合材の翼弦長
の長いファンブレードは、チタン製スキン／チタン製ハ
ニカムブレードと較べても、小さいが、実質的な重量削
減となる。
【０００６】全複合材のブレードの概念は過去に試みら
れたことがある。しかし、これらのブレードはいくつか
の理由から成功しなかった。初期の一つの計画では、適
用したコーティングの耐侵食性が乏しく、金属製前縁が
なかったため、侵食問題が発生した。コーティングは、
雨滴衝撃に耐えることができず、損傷を受けた。ひとた
び外部コーティングが損傷され、下側の積層複合構造が
露出されると、下側の積層複合構造は水の吸込みやさら
なる衝撃からの損傷を受けた。これらの条件が原因で、
ブレードにひどい層剥離が起こり、比較的短時間の内に
ブレードの破損を生じた。
【０００７】別の複合材ファンブレード計画は、ブレー
ドが小さな鳥（鳥の大きさ約２．０〜４．０オンス）の
衝撃に耐えることができず、前縁下で層剥離を起こした
時点で、中断された。ブレードはその時のＦＡＡ基準に
合格できたが、ブレードのメンテナンスが問題となると
推測された。これらの層剥離が「見えない」、すなわち
視覚検査で検出できず、伝播して重大なブレード破損に
つながる可能性があったからである。エンジンは、検出
されないこの寸法範囲の衝撃をいつでも受けるので、ブ
レードに内部損傷が起こっていても、事故に気づかずに
過ぎる、と考えられた。
【０００８】したがって、現代のターボファンエンジン
が遭遇する通常の衝撃や運転条件に耐えることのできる
、翼弦長の長い複合ファンブレードの開発が必要とされ
ている。複合ブレードはスチッフネスと軽量の条件を満
たさなければならず、これらはエンジンの寸法およびス
ラストが大きくなるにつれて重要である。しかし、複合
ファンブレードは、衝撃などすべての運転条件で、現行
の金属製ファンブレードと均等かそれより良好な性能を
発揮できなければならない。メンテナンス条件も現行の
ファンブレードと同等でなければならず、それよりゆる
いのが望ましい。
【０００９】
【発明の概要】この発明は、減衰、エネルギー吸収性積
層エアーホイルを提供する。翼弦長の長い形状のエアー
ホイルは、先端部分、ダブテール付け根部分、先端部分
から付け根部分まで延在する前縁、および前縁とは反対
側にあり、先端部分から付け根部分まで延在する後縁を
有する。先端翼弦長は、現行のエンジンの通常の翼弦長
より大きく、約２０インチ以上から大きいと２８インチ
に達する。エアーホイルは、薄い金属ホイルとエラスト
マー層とを交互に積層し、こうして積層複合エアーホイ
ルを形成して構成される。金属ホイルが積層構造の第１
層および最終層を形成し、したがってエアーホイルの外
面は金属ホイルから構成される。交互のエラストマー層
は金属ホイル層を結合する手段であるとともに、積層構
造に固有のエネルギー吸収特性を与える。少なくとも１
つの穴またはアパーチャ、好ましくは複数の穴またはア
パーチャを、ダブテールの傾斜側面それぞれからドリル
穿孔し、ダブテールに少なくとも部分的に貫入させる。 つぎに、高強度金属部材をダブテール付け根部分の穴そ
れぞれに、交互の層をつらぬいて挿入し、接着剤結合に
より所定の位置に固着し、こうして層同士をさらに固着
するとともに、強度を補強する。結合接着剤は、金属ホ
イル層を互いに固着するのに用いたのと同じ材料である
のが好ましい。金属シースをエアーホイルの前縁に接着
剤結合によりと固着する。好適な実施例では、高強度金
属部材がチタン基合金製ピンであり、エアーホイル中の
金属ホイルが約０．００５〜０．０１５インチの均一な
厚さを有するチタン合金ホイルまたはステンレス鋼ホイ
ルである。前縁シースはニッケル基合金ホイルで、その
厚さは両端でそれぞれ約０．００８〜０．０１２インチ
で、エアーホイル前縁で厚さ約０．０４０〜０．０６０
インチに増加する。あるいは、前縁シースは約０．００
８〜０．０１５インチの均一な厚さを有するステンレス
鋼またはチタン合金ホイルである。
【００１０】積層エアーホイルを形成するには、まず金
属ホイルを予備成形する。予備成形を超塑性加工により
行うのが好都合であり、超塑性加工は高温で応力をかけ
ることで達成する。厚さ０．００５〜０．０１５インチ
の予備成形済み金属ホイルをつぎに、普通の切断または
トリミング法により所定の寸法にトリミングする。つぎ
に、金属ホイルと熱流動性エラストマーフィルムとを積
層し、各材料層が交互にくるアセンブリとし、ダイに入
れる。ダイの内腔（キャビティ）は、このホイルアセン
ブリを受け入れ、場合によっては金属製前縁シースも受
け入れる。ダイ内腔はさらに、得られる最終部品が正味
形状または正味に近い形状のエアーホイルとなるように
、設計する。アセンブリは、ダイ内腔に入れたとき、金
属ホイルが第１層および最終層になっており、したがっ
て最終部品の外面が金属になる。プライアセンブリをダ
イに入れた後、通常通りアセンブリをダイ加圧すること
により、エラストマーフィルムを流れさせるのに十分な
熱と圧力をアセンブリに加える。この操作により、エラ
ストマーフィルムが交互の金属層に結合するのと同時に
、硬化する。
【００１１】硬化したエアーホイルをダイから取り出し
た後、後続の仕上げ工程を行う。たとえば、ダブテール
付け根部分の側面に穴を穿孔し、接着剤を塗布した高強
度金属部材を挿入し、ダブテール付け根部分を最終切削
し、必要なら最終トリミングし、そしてダイプレス時に
取り付けていない場合には前縁シースを取り付ける。
【００１２】この発明によれば、材料プライを交互に用
いることによりエアーホイル、たとえばファンブレード
、特に翼弦長の長いファンブレードや圧縮機ベーンを形
成することができる。このようにして形成したエアーホ
イルの利点として、同エアーホイルは通常のエアーホイ
ルより軽量であるが、予定の用途に必要とされる強度と
靭性を保持している。エンジンがより大きくかつより強
力となるにつれて、より大きなファンおよびベーンが必
要となるので、軽量化はジェットエンジンの設計にとっ
て一層重要になる。
【００１３】この発明の他の特徴および効果を明らかに
するために、以下にこの発明の好適な実施例を添付の図
面を参照しながら説明し、この発明の原理を具体的に示
す。
【００１４】
【実施例の記載】第１の発明によれば、金属ホイルと軽
量フィルムとを交互に積層し、金属ホイルを第１層およ
び最終層とすることで、エアーホイルの外面を金属とし
た積層エアーホイルが提供される。
【００１５】第２の発明によれば、金属ホイルとエネル
ギー吸収性エラストマーフィルムまたはポリマー複合材
料またはこれらの組合せとから、積層エアーホイルを形
成する方法が提供される。エネルギー吸収性エラストマ
ーフィルムは複合ブレードに耐衝撃性と振動減衰性とを
付与し、このことは異物の取り込みや疲れによるブレー
ド損傷を防止する上で重要である。
【００１６】図１の斜視図は、この発明の積層エアーホ
イルを翼弦長の長いファンブレード１０として実現した
例を示す。ファンブレード１０は、先端部分１２、ダブ
テール付け根（ルート）部分１４、先端部分１２から付
け根部分１４まで延在する前縁１６、および前縁１６と
は反対側にあり、先端部分１２から付け根部分１４まで
延在する後縁１８を有する。ファンブレード１０はさら
に、前縁１６に取り付けた金属シース２０、ダブテール
付け根部分１４の傾斜側面２４に貫通する穴２２および
ダブテール付け根部分の穴２２に配置された高強度金属
部材２６を有する。前縁に取り付けた金属シース２０は
、ファンブレードに追加の耐衝撃性、耐侵食性を与え、
複合構造の耐層剥離性を高める作用をなす。高強度金属
部材２６は、耐層剥離性を向上し、ロータまたはファン
ディスクのダブテール溝内で動きがある程度限定された
ダブテールに耐摩耗性表面を与える。金属部材２６はま
た、複合ファンブレードの主たる荷重支持部分となるこ
とで、ダブテール傾斜側面の圧縮強さを向上する。 エンジンの運転中ダブテール領域には大きな力が作用す
るので、金属部材のこの特徴は重要である。回転に基づ
くファンブレードの応力には、軸線方向の成分と半径方
向外向きの成分とがある。これらの応力は極めて大きい
ので、応力支持性金属部材がなければ、ファンブレード
が外方へ流れ、変形し、その結果ブレードがディスクか
ら脱離したり、複合材が層剥離するおそれがある。ファ
ンブレードは、金属ホイル２８とエネルギー吸収性エラ
ストマー層３０とからなり、これらを交互に積層して、
図１の積層複合ファンブレード１０を形成する。金属ホ
イル２８は交互の層のうち第１層と最終層を形成し、し
たがってファンブレード１０の外面が金属となる。
【００１７】金属ホイルは、航空機エンジン用途に用い
るのに適当な金属製ホイルであればどれでもよい。金属
ホイルを、チタン合金、ニッケル基超合金およびステン
レス鋼よりなる群から選ぶのが好ましい。金属ホイルを
超塑性加工により作製するのが好ましい。超塑性加工は
当業界でよく知られている。超塑性加工法では、超塑性
挙動を示す金属を高温で低いひずみ速度におく。このよ
うな条件下で、金属は非常に大きな量の塑性変形を受け
、したがって薄い金属フィルムを形成することができる
。
【００１８】最適な実施例では、エアーホイルの金属合
金は超塑性加工により作製したチタン合金ホイルである
。Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖチタン合金が、強度対重量比が高
いので好適である。この金属を、当業界でよく知られて
いるように、標準超塑性加工技術により、マンドレルに
対して約１６００°Ｆの温度で、加圧不活性ガスを用い
て超塑性加工し、材料を所望の形状および厚さに形成す
る。最終厚さを約０．００５〜０．０１５インチとする
のが望ましい。
【００１９】エネルギー吸収性エラストマー層３０は、
変性接着剤フィルム、熱可塑性キャリアを有する接着剤
フィルム、または接着剤層で被覆されたポリウレタンフ
ィルムとすればよい。エラストマー層の、エネルギー吸
収性であること以外のもう一つの特異な特徴は、金属ホ
イルと結合可能なことである。
【００２０】エラストマー層３０が変性接着剤フィルム
である場合、エラストマーとして、流れ特性の小さいエ
ポキシ樹脂、たとえばＦＭ−３００Ｉ（アメリカン・サ
イアナミッド社Ａｍｅｒｉｃａｎ　　Ｃｙａｎａｍｉｄ
製）が好適である。
【００２１】エラストマー層３０が熱可塑性キャリアを
有する接着剤フィルムである場合、エラストマーとして
、ＨＸＴ−４４０あるいはＨＸＴ−４４１のようなビス
マレイミドが好適である（いずれもアメリカン・サイア
ナミッド社製）。
【００２２】エラストマー層３０が接着剤層で被覆され
たポリウレタンフィルムである場合、ポリウレタン−接
着剤被覆フィルムの全厚が約０．００３〜０．０１５イ
ンチである。ここで図２の断面図を参照すると、ポリウ
レタンフィルム３６の両面を接着剤層３２で被覆して形
成したエラストマー層３０が示されている。接着剤層を
有する所定の厚さのポリウレタンフィルムが３Ｍ社から
入手できる。
【００２３】積層エアーホイル１０を形成するには、ま
ず金属ホイルを用意し、必要なら、金属ホイルを所定の
形状に予備成形する。つぎに、標準トリミング技術を用
いて、金属ホイルを所定の寸法に正確にトリミングする
。つぎに、金属ホイル２８と加熱流動性エネルギー吸収
性エラストマー層３０とを、ダイ装置に交互に積層して
ゆく。ダイ装置は、通常の金型アセンブリで、ダイの内
腔が所望の最終製品（この場合積層エアーホイル）の形
状を有する。金属ホイル２８と加熱流動性エラストマー
層３０とをダイ内腔に交互に積層し、この際金属ホイル
がダイ内腔内の第１層と最終層を形成し、したがって、
エアーホイルの外面が金属となる。所望に応じて、金属
材料、好ましくはＴｉ−６Ａｌ−４Ｖなどのチタン合金
でつくった前縁シースをダイ装置に組み込んでもよい。 つぎに、エラストマー層を流れさすのに十分な熱と圧力
を加えながら、このダイ装置をプレスし、こうして同時
に、エラストマー層をホイルおよび前縁シース（ある場
合）に結合するとともに、プライアセンブリを硬化して
、正味の形状または正味に近い形状の硬化エアーホイル
とする。
【００２４】好適な実施例では、たとえばＡＭＳ−４９
１１によれば重量％で約５．５〜６．７５％のＡｌ、３
．５〜４．５％のＶ、０．３０％以下のＦｅ、０．２０
％以下のＯ、０．０８％以下のＣ、０．０５％以下のＮ
、０．０１５％以下のＨ、０．００５％以下のＹおよび
残部量のＴｉおよび０．５％未満の不可避的不純物の公
称組成を有するＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金のようなチタン
合金ホイルと、ポリウレタンフィルム３６の両側を約０
．００２５インチの接着剤層３２で被覆したもの、たと
えばＡＦ１６３−２（３Ｍ社製）のようなエラストマー
層３０とを、ダイ装置内に前述した態様で配置し、約２
３０〜２６０°Ｆの温度に加熱し、その温度で約５０〜
１５０ｐｓｉの圧力を約２時間加え、正味に近い形状の
エアーホイルを形成する。
【００２５】つぎにエアーホイルをダイ装置から取り出
し、必要ならトリミングする。図１に示すように、ダブ
テール付け根部分の傾斜側面２４に穴２２をドリル穿孔
し、接着剤を被覆した高強度金属部材２６をこれらの穴
２２に挿入する。金属部材２６はエアーホイルの強度を
高める。このように強度を増加する必要があるのは、ダ
ブテールがブレードのこの部分に通常見られる圧縮荷重
を支えられるようにするためである。つぎに、好ましく
はブレードの金属ホイルと同じ合金、好適例ではＴｉ−
６Ａｌ−４Ｖチタン合金からつくった金属シース２０を
ブレードの前縁１６に、接着剤、好ましくはエラストマ
ー層に用いたのと同じ接着剤または材料で取り付ける。 所望に応じて、積層エアーホイルプレホーム体の作製後
かつそのプレホーム体のダイ装置への挿入前に、接着剤
で被覆した金属シースをエアーホイル前縁に取り付けて
もよく、この場合には前縁をエアーホイルと同時硬化さ
せる。
【００２６】この発明の好適な実施例では、ダブテール
付け根部分の穴２２それぞれに挿入する高強度金属部材
２６はチタン合金、好ましくはＴｉ−６Ａｌ−４Ｖのピ
ンである。これらのピンを、通常エラストマー層に用い
たのと同種の接着剤で被覆する。接着剤はピンの金属と
、付け根部分の穴２２を構成する複合層とに結合可能で
なければならない。
【００２７】この発明の別の実施例では、上述した形式
のエアーホイルを、金属ホイル２８とポリマー複合層と
を交互に積層して積層複合エアーホイルを形成すること
により作製する。この実施例では、ポリマー複合層を、
前述したエラストマー層３０と同様の方法で使用する。 この場合も、金属ホイルがダイに積み上げる際の第１層
および最終層を形成し、エアーホイルの外面が金属とな
る。合金および積層複合材両方に結合できる接着剤で被
覆したチタン合金ピンを、各ダブテール付け根部分の穴
２２に配置する。さらに、接着剤の最低許容硬化温度が
、積層複合材の硬化温度とだいたい同じである必要があ
る。最後に、接着剤はブレードを構成する積層複合材と
化学的に適合性でなければならない。接着剤として、３
Ｍ社から入手できるＡＦ１９１およびＡＦ１６３−２、
アメリカン・サイアナミッド社から入手できるＦＭ２３
８およびＢ．Ｆ．グッドリッチ社から入手できるＰＬ７
７７を使用できる。接着剤を塗布後、ピンをダブテール
付け根部分の穴に挿入する。
【００２８】好適な実施例では、ポリマー複合層は、繊
維を流動性樹脂に基づく母材に埋設して単層を形成した
ものである。強度対重量比が高く、金属に結合可能な樹
脂を含有するならば、どのようなポリマー複合層でも使
用できる。この発明の最適な実施例では、強化材は、個
々の繊維の断面厚さが約５ミクロンである中間モジュラ
スの炭素繊維の１２Ｋフィラメントトウ（束）である。 流動性樹脂に基づく母材は、エポキシ、ＢＭＩおよびポ
リシアネートから選ぶ。強化エポキシであるＦ３９００
および８５５１−７が好適である。厚さ約０．００５〜
０．００６インチの未硬化ポリマー複合材料の薄い層が
市販されており、たとえば、ヘクセル社（Ｈｅｘｃｅｌ
　　Ｃｏｒｐ．）から商品名Ｆ３９００／ＩＭ−７にて
、あるいはハーキュリス社（Ｈｅｒｃｕｌｅｓ　　Ｃｏ
ｒｐ．）から商品名８５５１−７／ＩＭ−７にて入手で
きる。金属ホイルとしては前述したようなチタン合金ホ
イルが好適で、ダブテール付け根部分側面の穴に挿入す
る高強度金属部材はチタン合金ピンが好適である。
【００２９】エラストマー層の代わりにポリマー複合層
を用いて積層エアーホイルを形成する方法は、前述した
方法と同様である。金属ホイルおよび未硬化ポリマー複
合プライ両方を所定の寸法に正確に予備成形しトリミン
グした後、金属ホイルおよびポリマー複合プライを交互
に重ねて交互の層からなるプライアセンブリとする。こ
の際金属ホイルがアセンブリの第１層および最終層を形
成し、したがってエアーホイル（プライアセンブリ）の
外面が金属となる。つぎにこのプライアセンブリをダイ
内腔に入れ、ポリマー複合母材を流れさせるのに十分な
熱および圧力を用いて圧縮し、こうして同時にポリマー
複合母材を金属ホイルに結合するとともに、プライアセ
ンブリを硬化し、完成または半完成エアーホイルを得る
。所望に応じて、プライアセンブリをダイ内腔に入れる
前に、金属前縁をプライアセンブリに取付けてもよい。 この場合、硬化後のエアーホイルは金属前縁をすでに有
する。
【００３０】硬化後のエアーホイルを仕上げるには、ダ
ブテール付け根部分の側面に穴をドリル穿孔し、接着剤
塗布金属部材をその穴に挿入して強度を補強する。この
作業に続いて、ダブテール側面を最終的に研削加工し、
また必要ならトリミングする。金属シース２０、通常プ
ライアセンブリに用いた金属ホイルと同じ材料の金属シ
ース２０を、接着剤を用いてブレードの前縁１６に取り
付ける（この部品をダイ内でエアーホイルアセンブリと
ともに硬化しなかった場合）。接着剤としては、３Ｍ社
から入手できるエポキシ基材接着剤であるＡＦ−１６３
−２が適当である。
【００３１】チタン合金金属ホイル、たとえばＴｉ−６
Ａｌ−４Ｖおよび未硬化ポリマー複合プライ、たとえば
Ｆ３９００／ＩＭ−７を用いる好適な実施例では、プラ
イアセンブリをダイ内腔に入れ、約３２５−３７５°Ｆ
の温度に加熱し、その温度で約１００−２００ｐｓｉの
圧力を約２時間加える。
【００３２】この発明のさらに他の実施例では、図３の
部分的断面図に示すように、前述した通りの積層エアー
ホイルを製造するのに、金属ホイル２８、ポリマー複合
プライ５０およびエネルギー吸収性エラストマー層３０
を交互に積層して、積層複合エアーホイルアセンブリを
形成する。この実施例では、エラストマー層３０を金属
ホイル２８とポリマー複合プライ５０の各層の間に介在
させて、金属ホイル２８をポリマー複合プライ５０に接
合する。この場合も、金属ホイル２８がプライアセンブ
リの第１層および最終層を形成し、したがってエアーホ
イルの外面が金属となる。
【００３３】ポリマー複合プライ５０は、中間モデュラ
スの炭素繊維を前述したタイプの樹脂基母材に埋設した
構成で、たとえばＦ３９００／ＩＭ−７または８５５１
−７／ＩＭ−７である。エラストマー層は、変性接着剤
フィルム、たとえばＦＭ−３００Ｉ、熱可塑性キャリア
を有するエポキシ接着剤フィルム、たとえばＨＸＴ−４
４０、または熱可塑性キャリアを有するビスマレイミド
接着剤フィルム、たとえばＨＸＴ−４４１とするのが好
適である。金属ホイルは、チタンまたはチタン合金、ニ
ッケル基超合金およびステンレス鋼から選び、超塑性加
工により作製するのがよい。しかし、金属ホイルを、超
塑性加工により作製したＴｉ−６Ａｌ−４Ｖチタン合金
ホイルとするのが好ましい。ポリマー複合プライ、金属
ホイルおよびエラストマー接着剤を用いて積層エアーホ
イルを形成する方法は、前述したエアーホイル形成方法
と同様である。金属ホイル２８とポリマー複合プライ５
０を予備成形し、所定の寸法に正確にトリミングする。 つぎに、金属ホイル２８とポリマー複合プライ５０とを
交互に積層して積層アセンブリとし、エラストマー接着
剤を金属ホイル２８とポリマー複合プライ５０の各層の
間に介在させる。金属ホイルがアセンブリの第１層およ
び最終層を形成する。つぎに積層アセンブリをダイ内腔
に入れる。所望に応じて、金属シース前縁２０を、前述
した態様でダイ内で積層アセンブリと組み立ててもよい
。つぎに、エラストマー接着剤を流れさせるのに十分な
熱と圧力を加えながら、積層アセンブリをダイ内で加圧
し、これにより同時に繊維埋設ポリマー複合母材を金属
ホイルに結合するとともに、熱と圧力によりポリマー複
合母材を硬化する。つぎに硬化したエアーホイルをダイ
から取り出す。
【００３４】必要なら、硬化済みエアーホイルをトリミ
ングする。エアーホイルのダブテール付け根部分の側面
１４に穴２２を穿孔し、接着剤塗布チタン合金製ピンを
これらの穴に差し込む。ダイ内での硬化工程の一部とし
て金属前縁を積層エアーホイルアセンブリに付着してい
ない場合には、金属ホイルと同じ合金製の金属シースを
エアーホイルの前縁１６に、エポキシ接着剤を用いて取
り付ける。
【００３５】この別のアセンブリの好適な実施例では、
プライアセンブリを約２５０−３５０°Ｆの温度に加熱
し、約１００−２００ｐｓｉの圧力を約２時間加える。 この発明の積層エアーホイルは、タービンエンジンの翼
弦長の長いファンブレードとして特に有効である。この
発明の積層エアーホイルは、タービンエンジンの圧縮機
部分に用いるベーンとしても使用できる。
【００３６】この発明の複合エアーホイルのいずれにも
、図４に示すような先端キャップ６０を取り付けること
ができる。先端キャップ６０はチタン、チタン合金また
はステンレス鋼製の標準加工キャップとすればよい。 しかし、先端キャップを設ける場合、これをブレードア
センブリに用いた金属と同じ金属とするのが好ましい。 したがって、好適な実施例では、先端キャップを超塑性
加工したＴｉ−６Ａｌ−４Ｖとする。タービンエンジン
ブレード技術で周知のように、エンジンの運転中エンジ
ンとの接触が生じるので、図４に層６２として示すよう
な研磨材層を先端キャップ６０に塗布してブレードの摩
耗特性を改良するのがよい。
【００３７】以上の説明から、この発明はここに記載し
た実施例、方法および組成に限定されないことが、当業
者には明らかである。種々の変更、変形、置き換えおよ
び均等物が当業者に明らかであり、これらのすべてがこ
の発明の範囲内に入る。
【図面の簡単な説明】
【図１】ダブテール付け根部分および金属シース前縁を
有するファンブレードエアーホイルの斜視図である。
【図２】ポリウレタンフィルムの両側を接着剤層または
複合エラストマー接着剤で被覆したエラストマー層の断
面図である。
【図３】金属ホイル、エラストマー材料およびポリマー
複合プライを交互に積層した積層ブレードの部分的断面
図である。
【図４】ダブテール付け根部分、金属先端キャップ、金
属前縁および金属先端キャップに施した研磨材層を有す
るファンブレード・エアーホイルの斜視図である。
【符号の説明】
１０　　ブレード １２　　先端部分 １４　　ダブテール付け根部分 １６　　前縁 １８　　後縁 ２０　　金属シース ２２　　穴 ２４　　傾斜側面 ２６　　金属部材 ２８　　金属ホイル ３０　　エラストマー層 ３２　　接着剤フィルム ５０　　ポリマー複合プライ ６０　　先端キャップ ６２　　研磨材層

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】先端部分、ダブテール付け根部分、先端部
    分から付け根部分まで延在する前縁、および前縁とは反
    対側にあり、先端部分から付け根部分まで延在する後縁
    を有するエネルギー吸収性積層エアーホイルにおいて、
    金属ホイルとエラストマー層とを交互に積層して積層複
    合エアーホイルを形成し、この際金属ホイルが第１層お
    よび最終層を形成し、少なくとも１つの穴がダブテール
    付け根部分の傾斜側面それぞれからダブテール付け根部
    分の一部に貫通し、高強度金属部材をダブテール付け根
    部分の穴内に配置し、金属シースを前縁に取り付けた積
    層エアーホイル。
  2. 【請求項２】金属ホイルがチタン合金、ニッケル基超合
    金およびステンレス鋼から選ばれる請求項１に記載の積
    層エアーホイル。
  3. 【請求項３】金属ホイルが超塑性加工により作製された
    チタン合金ホイルである請求項１に記載の積層エアーホ
    イル。
  4. 【請求項４】エラストマー層が熱可塑性キャリアを有す
    る接着剤フィルム、変性接着剤フィルムおよび接着剤層
    を被覆したポリウレタンフィルムから選ばれる請求項１
    に記載の積層エアーホイル。
  5. 【請求項５】熱可塑性キャリアを有する接着剤フィルム
    がＨＸＴ−４４０またはＨＸＴ−４４１である請求項４
    に記載の積層エアーホイル。
  6. 【請求項６】変性接着剤フィルムがＦＭ−３００Ｉであ
    る請求項４に記載の積層エアーホイル。
  7. 【請求項７】接着剤層を被覆したポリウレタンフィルム
    の接着剤がＡＦ１６３−２である請求項４に記載の積層
    エアーホイル。
  8. 【請求項８】高強度金属部材がチタン合金ピンである請
    求項１に記載の積層エアーホイル。
  9. 【請求項９】エアーホイルがタービンエンジン用の翼弦
    長の長いファンブレードである請求項１に記載の積層エ
    アーホイル。
  10. 【請求項１０】エアーホイルがタービンエンジン用のベ
    ーンである請求項１に記載の積層エアーホイル。
  11. 【請求項１１】先端部分、ダブテール付け根部分、先端
    部分から付け根部分まで延在する前縁、および前縁とは
    反対側にあり、先端部分から付け根部分まで延在する後
    縁を有するエネルギー吸収性積層エアーホイルにおいて
    、金属ホイルとポリマー複合層とを交互に積層して積層
    複合エアーホイルを形成し、この際金属ホイルが第１層
    および最終層を形成し、少なくとも１つの穴がダブテー
    ル付け根部分の傾斜側面それぞれからダブテール付け根
    部分の一部に貫通し、高強度金属部材をダブテール付け
    根部分の穴内に配置し、金属シースを前縁に取り付けた
    積層エアーホイル。
  12. 【請求項１２】ポリマー複合層が繊維を流動性樹脂基母
    材に埋設したものである請求項１１に記載の積層エアー
    ホイル。
  13. 【請求項１３】ポリマー複合層の繊維が炭素繊維であり
    、母材がエポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂およびポリ
    シアネート樹脂から選ばれる請求項１２に記載の積層エ
    アーホイル。
  14. 【請求項１４】ポリマー複合層がＦ３９００／ＩＭ−７
    または８５５１−７／ＩＭ−７である請求項１３に記載
    の積層エアーホイル。
  15. 【請求項１５】金属ホイルがチタン合金、ニッケル基超
    合金およびステンレス鋼から選ばれる請求項１１に記載
    の積層エアーホイル。
  16. 【請求項１６】金属ホイルが超塑性加工により作製され
    たチタン合金ホイルである請求項１１に記載の積層エア
    ーホイル。
  17. 【請求項１７】高強度金属部材がチタン合金ピンである
    請求項１１に記載の積層エアーホイル。
  18. 【請求項１８】エアーホイルがタービンエンジン用のフ
    ァンブレードである請求項１１に記載の積層エアーホイ
    ル。
  19. 【請求項１９】エアーホイルがタービンエンジン用のベ
    ーンである請求項１１に記載の積層エアーホイル。
  20. 【請求項２０】先端部分、ダブテール付け根部分、先端
    部分から付け根部分まで延在する前縁、および前縁とは
    反対側にあり、先端部分から付け根部分まで延在する後
    縁を有するエネルギー吸収性減衰積層エアーホイルにお
    いて、金属ホイルとポリマー複合層とエラストマー層と
    を交互に積層して積層複合エアーホイルを形成し、この
    際金属ホイルが第１層および最終層を形成し、エラスト
    マー層が金属ホイルおよびポリマー複合層の各層間に介
    在し、少なくとも１つの穴がダブテール付け根部分の傾
    斜側面それぞれからダブテール付け根部分の一部に貫通
    し、高強度金属部材をダブテール付け根部分の穴内に配
    置し、金属シースを前縁に取り付けた積層エアーホイル
    。
  21. 【請求項２１】ポリマー複合層が繊維を樹脂基母材に埋
    設したものである請求項２０に記載の積層エアーホイル
    。
  22. 【請求項２２】ポリマー複合層の繊維が炭素繊維であり
    、母材がエポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂およびポリ
    シアネート樹脂から選ばれる請求項２１に記載の積層エ
    アーホイル。
  23. 【請求項２３】金属ホイルがチタン合金、ニッケル基超
    合金およびステンレス鋼から選ばれる請求項２０に記載
    の積層エアーホイル。
  24. 【請求項２４】金属ホイルが超塑性加工により作製され
    たチタン合金ホイルである請求項２０に記載の積層エア
    ーホイル。
  25. 【請求項２５】高強度金属部材がチタン合金ピンである
    請求項２０に記載の積層エアーホイル。
  26. 【請求項２６】エラストマー層が変性接着剤フィルムで
    ある請求項２０に記載の積層エアーホイル。
  27. 【請求項２７】変性接着剤フィルムがＦＭ−３００Ｉで
    ある請求項２６に記載の積層エアーホイル。
  28. 【請求項２８】エラストマー層が熱可塑性キャリアを有
    する接着剤フィルムである請求項２０に記載の積層エア
    ーホイル。
  29. 【請求項２９】熱可塑性キャリアを有する接着剤フィル
    ムがＨＸＴ−４４０またはＨＸＴ−４４１である請求項
    ２８に記載の積層エアーホイル。
  30. 【請求項３０】エアーホイルがタービンエンジン用のフ
    ァンブレードである請求項２０に記載の積層エアーホイ
    ル。
  31. 【請求項３１】エアーホイルがタービンエンジン用のベ
    ーンである請求項２０に記載の積層エアーホイル。
  32. 【請求項３２】金属ホイルを予備成形し、金属ホイルを
    所定の寸法に正確にトリミングし、熱流動性エラストマ
    ーフィルムを選択し、熱流動性エラストマーフィルムを
    所定の寸法にトリミングし、予備成形しトリミングした
    金属ホイルと熱流動性エラストマーフィルムとを交互に
    積層し、この際金属ホイルを第１層および最終層とし、
    こうしてプライアセンブリを形成し、プライアセンブリ
    をダイに入れ、フィルムを流動させるのに十分な熱およ
    び圧力を加えながら、プライアセンブリを加圧し、こう
    して同時にフィルムをホイルに結合するとともにプライ
    アセンブリを硬化して硬化エアーホイルとする工程を含
    む複合エアーホイルの製造方法。
  33. 【請求項３３】金属ホイルを予備成形し、金属ホイルを
    所定の寸法に正確にトリミングし、繊維を熱流動性母材
    に埋設したポリマー複合層を予備成形し、ポリマー複合
    層を所定の寸法に正確にトリミングし、エラストマー層
    を選択し、エラストマー層を所定の寸法にトリミングし
    、予備成形しトリミングした金属ホイルおよび予備成形
    しトリミングしたポリマー複合層とを両者間にエラスト
    マー層をはさんで交互に積層してプライアセンブリとし
    、この際金属ホイルをアセンブリの第１層および最終層
    とし、積層アセンブリをダイに入れ、エラストマー層を
    流動させるのに十分な熱および圧力を加えながら、プラ
    イアセンブリを加圧し、こうして同時にエラストマー層
    をポリマー複合層および金属ホイルに結合するとともに
    プライアセンブリを熱硬化してエアーホイルとする工程
    を含む積層エアーホイルの製造方法。
  34. 【請求項３４】金属ホイルを予備成形し、金属ホイルを
    所定の寸法に正確にトリミングし、繊維を熱流動性ポリ
    マー母材に埋設した未硬化ポリマー複合層を予備成形し
    、ポリマー複合層を所定の寸法に正確にトリミングし、
    予備成形しトリミングした金属ホイルと予備成形しトリ
    ミングしたポリマー複合層とを交互に積層して、この際
    金属ホイルを第１層および最終層とし、こうしてプライ
    アセンブリを形成し、プライアセンブリをダイに入れ、
    ポリマー母材を流動させるのに十分な熱および圧力を加
    えながら、プライアセンブリを加圧し、こうして同時に
    繊維埋設母材を金属ホイルに結合するとともにプライア
    センブリを硬化して完成エアーホイルとする工程を含む
    複合エアーホイルの製造方法。
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