JPH1073002A - 流体流装置用羽根及びその製造方法並びに修理方法 - Google Patents

流体流装置用羽根及びその製造方法並びに修理方法

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JPH1073002A
JPH1073002A JP9183973A JP18397397A JPH1073002A JP H1073002 A JPH1073002 A JP H1073002A JP 9183973 A JP9183973 A JP 9183973A JP 18397397 A JP18397397 A JP 18397397A JP H1073002 A JPH1073002 A JP H1073002A
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blade
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metal
blade according
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JP9183973A
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English (en)
Inventor
Siegfried Sikorski
ジークフリート・シコルスキ
Michael Schober
ミヒャエル・ショーバー
Reinhold Schoenacher
ラインホルト・シェーナッハー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
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    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/02—Layer formed of wires, e.g. mesh

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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、浸食保護層が付着された、耐浸
食性の高い流体流装置用の羽根を提供することを課題と
する。 【解決手段】 羽根本体２は繊維強化プラスチック製の
基本層６及び表面の一部または全部に取り付けられた浸
食防止層としての少なくとも一つの金属被覆層７から成
る積層体として作製される。被覆層７は金属の繊維また
は糸９ａ、９ｂを具備し、隣接した基本層６の繊維強化
プラスチックと同じ合成樹脂結合材で結合され、被覆層
７の表面は保護層８で埋められる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ジェット・エンジ
ン等の流体流装置に用いられる羽根に関し、またこの羽
根の製造および修理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ジェット・エンジンの気流に曝される繊
維強化複合材製の部品、特に回転羽根は、気流内の磨滅
性粒子や熱応力により浸食の危険にさらされる。駆動装
置部品の保護のためにドイツ特許公報第４，３４３，９
０４号では耐浸食性無機系ラッカー層を部品に塗布する
ことが提案されている。この方法は比較的単純で部品の
修理方法としても取り入れられるという利点がある。し
かし、部品への付着持続性に問題があり、部品を使用し
ている間にラッカー層を繰り返し塗布する必要がある。
【０００３】一方、ドイツ特許公報第４，２０８，８４
２号では、繊維強化プラスチック製のヘリコプターの回
転翼の浸食を防止する方法として、回転翼の重要な箇所
に金属製薄板を貼り付け、これに金属化合物の粒子をコ
ーティングする方法が開示されている。この場合もその
下にある繊維複合材構造と貼りつけられた金属製薄板の
付着持続性が問題になる。
【０００４】ドイツ特許公報２，６３１，８５６Ｃ２で
は、複合材回転羽根を強い衝撃負荷から守るために、回
転羽根中心構造の繊維複合材に金網を固定する先端保護
方法が提案されている。金網は細い針金により比較的目
が粗く作られており、この方法の長所は、例えば、鳥の
ような大型の異物の衝突から回転羽根を保護できること
である。しかし、例えば、砂による浸食の防止には、こ
の方法は適していない。
【０００５】さらに、米国特許第３，７６２，８３５号
では、複合材製の回転羽根の先端を保護する方法とし
て、圧縮機の回転羽根の異物衝突からの保護に関する方
法が開示されている。この方法では、繊維複合材製の圧
縮機回転羽根の先端部表面の下に細い針金から成るネッ
トもしくは網状の層が配置されている。表面の下にある
この層はニッケルで被覆されており、石や砂のような大
小の異物の衝突による損傷に対する保護層を形成してい
る。表面の下にある層が非すべり性接着剤により固定さ
れると、ネットもしくは網状物の隙間の中の接着剤が銀
でコーティングされ、接着剤は原子結合によりネットも
しくは網状物の結び目と結合して金属製帯状物を形成す
る。
【０００６】しかし、圧縮機の回転羽根の先端に金属製
帯状物を巻き付けた保護装置では、場合により、中位の
大きさの鳥と衝突した時に、回転羽根から金属製帯状物
が一部はげ落ちてこの保護手段が失われることがある。
さらに損傷が激しいと繊維層はもはや保護することがで
きない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
課題は、上述したような従来の問題点を解消し、浸食保
護層が付着された、耐浸食性の高い流体流装置用の羽根
を提供することにある。さらに、本発明の課題は、羽根
の浸食保護を継続的に保証することができる、繊維強化
プラスチック製羽根の製造方法および修理方法を提供す
ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】回転羽根に関する本発明
の課題は、特許請求の範囲の請求項１に記載の特徴によ
り解決することができる。
【０００９】本発明には、被覆層として金属製の繊維ま
たは糸を用いることにより、一つは高い耐浸食性を備
え、他方では多数の相互に結合した繊維または糸により
耐欠陥性を備えており、したがって、被覆層が局部的に
損傷を受けても、たとえば、薄板や金網のように自力で
拡散させたり、あるいは被覆層の剥離を防止できる利点
がある。被覆層の下にある基本層への被覆層の付着力が
高いので、共通の合成樹脂結合材により、繊維強化プラ
スチックの層だけでなく被覆層も相互に結合される。合
成樹脂結合材としては、エポキシ樹脂、フェノール樹
脂、ポリイミド等の合成樹脂共重合体を用いることがで
きる。さらに、金属繊維または糸の導電性により、回転
翼やプロペラの場合に望ましい避雷装置ができる。代表
的な直径がμｍオーダーにある金属製繊維または糸から
成るフェルトから被覆層を形成することにより、特に砂
のような小さな粒子に対する浸食保護を効果的に行うこ
とができる。フェルトのもう一つの利点は、フェルトの
繊維の結合は方向性を与えられていないために、異物に
当たっても繊維に亀裂が入る恐れが少なくなることであ
る。それでもなお繊維に亀裂が入ったとしても、織物の
場合のように層全体に亀裂が入らず、フェルトの繊維は
長さが限られているので、損傷は局部的なものになる。
【００１０】さらに、織物では一定の方向に延びている
繊維により必然的に生ずる一定方向の凹凸がフェルトに
はないという点において、織物とフェルトでは違いがあ
る。一定の流入角度の下では、一定方向の凹凸が存在す
ると流体力学的に不利であるが、この発明の被覆層は流
体力学上の負の影響を回避することができる。
【００１１】金属製フェルトに用いられる繊維は、鋼鉄
あるいはニッケルの繊維を用い、その直径は２〜２２μ
ｍの範囲にあり、ジェット・エンジン等の使用条件に応
じて浸食防止を最適に行えるような値に選択することが
できる。同様にフェルトの気孔率も使用要件に合わせ
て、７０〜９８％の範囲で変えることができる。
【００１２】羽根に関する本発明のさらに好ましい態様
は、特許請求の範囲の請求項２から２３までに記載の特
徴により実施される。
【００１３】羽根の製造方法に関する本発明の課題は、
特許請求の範囲の請求項２４に記載の特徴的な方法によ
り解決される。
【００１４】本発明の方法は、少ない製造費用で、金属
の繊維または糸への保護層の付着力を高くすることがで
きることに特徴がある。最上部の繊維もしくは糸を露出
させて粒子ビームにより同時に一定の表面凹凸をつく
り、被覆層への保護層の付着力を高めることができる。
【００１５】羽根の修理方法を提供するという本発明の
課題は、特許請求の範囲の請求項２６に記載の方法によ
り解決することができる。
【００１６】本発明の修理方法により、積層体として形
成された流体流装置の羽根に金属の繊維や糸製の保護層
が設けられるので、少ない費用でその耐浸食性を改良す
ることができる。修理方法は特許請求の範囲の請求項２
７と２８に記載の特徴によりさらに発展させることがで
きる。
【００１７】
【発明の実施の形態】羽根の形成に関する本発明の好ま
しい実施の形態を添付図面について以下に説明する。
【００１８】図１に示される羽根１は図示していないジ
ェット・エンジンの圧縮機の調節可能案内羽根である。
連続積層体として作製された羽根１は羽根本体２と、羽
根本体２の両端３で互いに反対方向を向いた軸受けピボ
ット４を具備している。軸受けピボット４の一つは、屈
曲した調整レバー５として同様に積層加工法により形成
される。図２と３でも明らかなように、積層体の内側に
は繊維強化プラスチック製の基本層６と表面全体に取り
付けられた金属被覆層７が形成されている。さらに、積
層体の浸食防止性を補完するために、図３に明確に示さ
れているように、保護層８で覆われている。被覆層７の
くぼみを保護層８で埋めることにより、非常に滑らかな
表面が得られる。
【００１９】図１に示す実施の形態の積層体の被覆層７
は気孔率約９５％の鋼鉄またはニッケル繊維製の厚さ
０．０５〜３ｍｍのフェルトから作られている。被覆層
７の下には炭素繊維強化プラスチック製の基本層６があ
る。被覆層７にも、また、基本層６にも合成樹脂結合材
としてエポキシ樹脂が用いられており、これら被覆層７
と基本層６との間に、均一な伸び特性を有する強くて付
着力のあるマトリクスを形成している。図３に示される
ように、金属酸化物から成る微粒子８ａを保護層８に添
加することにより耐浸食性をさらに向上させることがで
きる。また、保護層８として、耐熱性ラッカー、熱可塑
性フィルムを用いることもできる。被覆層７は、金属の
繊維または糸を、織る、結ぶ、組む、編む、縒るもしく
は熱融合することにより互いに結合された織物状の層で
あってもよい。さらに、これらの金属の繊維または糸
が、基本層６の繊維強化材のいくつかと織る、結ぶ、組
む、編む、縒るもしくは熱融合することにより互いに結
合されたものでもよい。
【００２０】この実施の形態による羽根は、次のように
して製造される。まず、被覆層７が表側に位置するよう
に、基本層６と被覆層７を部材の形に積み重ねる。この
積層体をその部材の形のまま閉じこめ、エポキシ樹脂を
浸透させて硬化させる。次に、表面に粒子ビームを照射
して被覆層７の一番外側の繊維もしくは糸９ａ、９ｂを
露出させると同時に表面をざらざらに粗面化する。最後
に、このように前処理された積層体の表面上に火炎吹き
付け法により微粉砕された金属粒子から成る保護層８を
形成する。
【００２１】例えば浸食により損傷した羽根の修理は、
まず浸食の危険にさらされた箇所の積層体の最上部の繊
維層を粒子ビームにより露出させる。その上に金属の繊
維または糸９ａ、９ｂから成る被覆層７を取り付ける。
この金属の繊維または糸９ａ、９ｂとして、予め合成樹
脂を浸透させたプリプレグ・フェルトあるいは織り込ま
れた織物を用いることもできる。このように前処理され
た積層体を所望の形状にした後、圧力及び加熱処理によ
り硬化する。被覆層７と保護層８の形成により羽根本体
２が厚くなって、流体力学的に望ましくない結果を招く
ことを防止するために、場合によっては、繊維層の露出
の前に１層以上の繊維層を取り除いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るジェット・エンジン
の羽根を示す縦断面図である。
【図２】図１の羽根本体の横断面図である。
【図３】図２の部分ＩＩＩを示す拡大図である。
【符号の説明】
１ 羽根 ２ 羽根本体 ４ 軸受けピボット ５ 調整レバー ６ 基本層 ７ 被覆層 ８ 保護層 ８ａ 微粒子 ９ａ，９ｂ 金属の繊維または糸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｌ 31:08 (71)出願人 391028384 ＤＡＣＨＡＵＥＲ ＳＴＲＡＳＳＥ 665, 80995 ＭＵＥＮＣＨＥＮ，ＧＥＲＭＡＮ Ｙ (72)発明者 ジークフリート・シコルスキ ドイツ連邦共和国、80997 ミュンヘン、 ラートゲーベルシュトラーセ １ (72)発明者 ミヒャエル・ショーバー ドイツ連邦共和国、80999 ミュンヘン、 クレーゼルシュトラーセ 17アー (72)発明者 ラインホルト・シェーナッハー ドイツ連邦共和国、80999 ミュンヘン、 ジーベルシュトラーセ 50

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流体流に曝される羽根本体を有する流体
    流装置用の羽根であって、 羽根本体が基本層とこの基本層の表面の少なくとも一部
    に設けられた浸食防止用の被覆層とを備え、 前記基本層は合成樹脂結合材で結合された繊維強化材か
    らなり、 前記被覆層は前記基本層と同じ合成樹脂結合材で結合さ
    れた金属の繊維もしくは糸からなると共にその合成樹脂
    結合材により前記基本層上に結合されたことを特徴とす
    る流体流装置用羽根。
  2. 【請求項２】 前記被覆層は、前記基本層の表面の全面
    上に設けられた請求項１に記載の羽根。
  3. 【請求項３】 前記合成樹脂結合材は、前記基本層の繊
    維強化材及び前記被覆層の金属の繊維もしくは糸の一体
    的なマトリクスを形成する請求項１または２に記載の羽
    根。
  4. 【請求項４】 前記被覆層と前記基本層との間に前記合
    成樹脂結合材以外の接着剤を用いない請求項３に記載の
    羽根。
  5. 【請求項５】 前記基本層の繊維強化材は、非金属繊維
    からなる請求項１〜４のいずれか一項に記載の羽根。
  6. 【請求項６】 前記基本層の繊維強化材は、炭素繊維か
    らなる請求項５に記載の羽根。
  7. 【請求項７】 前記合成樹脂結合材は、合成樹脂共重合
    体からなる請求項１〜６のいずれか一項に記載の羽根。
  8. 【請求項８】 前記合成樹脂共重合体は、エポキシ樹
    脂、フェノール樹脂、及びポリイミドのうちの一つであ
    る請求項７に記載の羽根。
  9. 【請求項９】 前記被覆層は、金属の繊維もしくは糸か
    ら作られたフェルトを有する請求項１〜８のいずれか一
    項に記載の羽根。
  10. 【請求項１０】 前記フェルトは、方向性を持たず且つ
    互いに直接接続されない金属繊維からなる請求項９に記
    載の羽根。
  11. 【請求項１１】 前記フェルトは、７０〜９８％の気孔
    率を有する請求項９または１０に記載の羽根。
  12. 【請求項１２】 前記フェルトは、鋼鉄またはニッケル
    の繊維から作られた請求項９〜１１のいずれか一項に記
    載の羽根。
  13. 【請求項１３】 前記被覆層は、金属の糸が織る、結
    ぶ、組む、編む、縒るもしくは熱融合することにより互
    いに結合された織物状の層を有する請求項１〜１２のい
    ずれか一項に記載の羽根。
  14. 【請求項１４】 少なくともいくつかの前記金属の糸
    は、織物状の層の全長にわたって連続的に伸張している
    請求項１３に記載の羽根。
  15. 【請求項１５】 少なくともいくつかの前記金属の糸
    は、前記基本層の繊維強化材のいくつかと織る、結ぶ、
    組む、編む、縒るもしくは熱融合することにより結合さ
    れている請求項９〜１４のいずれか一項に記載の羽根。
  16. 【請求項１６】 前記金属の繊維もしくは糸は、２〜２
    ２μｍの範囲の直径を有する請求項１〜１５のいずれか
    一項に記載の羽根。
  17. 【請求項１７】 前記被覆層は、０．０５〜３ｍｍの範
    囲の厚さを有する請求項１〜１６のいずれか一項に記載
    の羽根。
  18. 【請求項１８】 前記羽根本体は、前記被覆層の表面の
    少なくとも一部の上に被覆された耐浸食性保護層を有す
    る請求項１〜１７のいずれか一項に記載の羽根。
  19. 【請求項１９】 前記耐浸食性保護層は、前記被覆層の
    表面の全面上に形成された請求項１８に記載の羽根。
  20. 【請求項２０】 前記耐浸食性保護層は、耐熱性ラッカ
    ーからなる請求項１８または１９に記載の羽根。
  21. 【請求項２１】 前記耐浸食性保護層は、熱可塑性フィ
    ルムからなる請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の
    羽根。
  22. 【請求項２２】 前記耐浸食性保護層は、金属粒子を有
    する請求項１８〜２１のいずれか一項に記載の羽根。
  23. 【請求項２３】 前記金属粒子は、金属酸化物からなる
    請求項２２に記載の羽根。
  24. 【請求項２４】 （ａ）繊維強化材からなる少なくとも
    一つの基本層と金属の繊維もしくは糸からなる少なくと
    も一つの被覆層とを、被覆層が表面側になるように積み
    重ねて積層体を形成し、（ｂ）この積層体に合成樹脂を
    浸透させ、（ｃ）合成樹脂を浸透させた積層体を硬化さ
    せ、（ｄ）被覆層の最上部に位置する金属の繊維または
    糸を露出させ、（ｅ）被覆層の露出した繊維もしくは糸
    の上に耐浸食性保護層を形成する工程を有することを特
    徴とする流体流装置用羽根の製造方法。
  25. 【請求項２５】 工程（ｄ）は、粒子ビームを用いて最
    上部の金属繊維または糸を露出させる請求項２４に記載
    の製造方法。
  26. 【請求項２６】 流体流に曝される羽根本体が繊維強化
    材からなる積層体として作製されている、流体流装置用
    羽根の修理方法であって、（ａ）羽根本体の表面の少な
    くとも一部の上の繊維強化材の繊維の最上層を露出させ
    ると共にその表面を粗面化し、（ｂ）露出した繊維の最
    上層の上に金属の繊維または糸からなる少なくとも一つ
    の被覆層を形成し、（ｃ）少なくとも露出した繊維の最
    上層と被覆層の金属の繊維または糸に合成樹脂を浸透さ
    せ、（ｄ）合成樹脂を硬化させると共に羽根本体に圧力
    と加熱処理を加えて被覆層を羽根本体の露出した繊維の
    最上層に結合させる工程を有することを特徴とする流体
    流装置用羽根の修理方法。
  27. 【請求項２７】 工程（ｂ）は、合成樹脂が予め浸透さ
    れたプレプレグ層を被覆層として使用する請求項２６に
    記載の修理方法。
  28. 【請求項２８】 さらに、工程（ａ）の前もしくは工程
    （ａ）の間に、浸食により損傷した羽根本体の部分を機
    械的に除去する請求項２６または２７に記載の修理方
    法。
JP9183973A 1996-07-11 1997-07-09 流体流装置用羽根及びその製造方法並びに修理方法 Pending JPH1073002A (ja)

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