JP2006300057A - ブレードの前縁を保護するための部品 - Google Patents

Abstract

【課題】チタン合金から作られた従来技術の部品よりも軽い重量であり、かつ、それらの保護機能を果たすために十分に強い、保護部品を提案する。
【解決手段】外側層７と内側層５とを含む、少なくとも２つの層を備える保護部品３であって、その外側層７は、ＳｉＣの粒子で強化されているアルミニウム合金から作られ、この合金におけるＳｉＣ粒子の含有量が、重量で１５％から４０％の範囲内にあり、一方、内側層５は、任意にＳｉＣ粒子で強化されているアルミニウム合金から作られ、これらの層の内部におけるＳｉＣ粒子の含有量が、内側層から外側層へ向かって増大している。この部品は、ブレード、特にターボ機械におけるブレードあるいはベーン、ヘリコプターブレード、またはプロペラブレードの前縁１ａを保護するために使用される。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、ターボ機械におけるブレード、プロペラブレード、あるいはヘリコプターブレードの前縁を保護するために使用される、保護部品に関する。

航空機の分野では、より詳細には航空機のターボジェットの分野では、ターボジェットの構成部品の重量を軽減することは、永遠の重要課題である。

従って、有機マトリックス複合材料（例えば、シアン酸エステル、ビスマレイミド、あるいはエポキシ樹脂に基づく）から作られた、ターボジェットエンジンのファンあるいはステータのためのブレードが開発されてきており、それらのブレードは、金属ブレードよりも重量が軽い。

それにもかかわらず、そのようなブレードの前縁は、前縁へ取り付けられた保護部品によって、腐食および起こり得る衝突から保護される必要がある。

現在まで、そのような保護部品は、ＴＡ６Ｖ型のチタン合金から作られてきた。その解決策は、その合金が、腐食および衝突に対して良好な抵抗性を示すので、技術的に実行可能なものである。それにもかかわらず、そのような保護部品の重量は限度を超えていることが分かっている。

本発明の目的は、チタン合金から作られた従来技術の部品よりも軽い重量であり、かつ、それらの保護機能を果たすために十分に強い、保護部品を提案することである。

この目的を達成するために、本発明によれば、外側保護面を呈する保護部品であって、前記外側保護面が、ＳｉＣの粒子によって強化されたアルミニウム合金から作られており、このアルミニウム合金におけるＳｉＣ粒子の含有量が、重量で１５％から４０％の範囲内にあり、有利には重量で１５％から３０％の範囲内にあることを特徴とする、保護部品が提供される。

ＳｉＣで強化されたアルミニウム合金の密度は、一般に使用されているチタン合金の密度よりも約４０％小さい。このことにより、重量の顕著な低減がもたらされるとともに、特に、ブレード支持ディスクのハブに作用する遠心力による応力を制限することができる。そのことにより、それほど強いものである必要がなく、かつ、それゆえ重量がより軽いディスクを構成することが可能になり、それによって、ターボジェットの重量がさらに削減される。

ＳｉＣ粒子は、アルミニウムの強度を改善するのに役立つ。ＳｉＣが１５％未満では、この強度は十分ではない。ＳｉＣが４０％を超えると、合金を形成するのがあまりにも困難である。形成を促進するためには、ＳｉＣ含有量は、３０％未満にとどまるのが有利である。

本発明の特定の実施形態では、部品は、外側層と内側層とを含む少なくとも２つの層を備え、外側層は、前記強化されたアルミニウム合金から作られているとともに、内側層は、任意にＳｉＣ粒子で強化されているアルミニウム合金から作られており、これらの層の内におけるＳｉＣ粒子の含有量は、内側層から外側層へ向かって増大している。従って、機械的強度は、部品の内側から外側へ向かって増大している。

内側層についてほとんど強化されていないかあるいは全く強化されていない、アルミニウム合金を使用すると、この層をブレードに固定することがいっそう容易になる。このことは、ブレードが有機マトリックス複合材料（金属マトリックス複合材料とは対照的に）から作られており、かつ、保護部品が接着剤によってそれに接合されているときには、特に当てはまる。実際には、本発明の保護部品を固定するために、ＴＡ６Ｖ型のチタン合金から作られた保護部品を固定するためにすでに使用されているのと同じ接着剤および接着技術を使用することができる。それゆえ、本発明の部品のために特別な接着剤を開発する必要は全くない。

本発明の保護部品は、より詳細には、複合材料、特に有機マトリックス複合材料から作られたブレードに取り付けるために開発されてきた。それにもかかわらず、それは、いくつかの他の種類の材料から作られたブレードに取り付けることもまた可能である。

本発明およびその利点は、添付されている図面を参照する以下の詳細な説明を読むことで、いっそうよく理解することができる。

図１および図２は、ターボ機械のブレード１の翼部分を示している。ブレード１の前縁１ａは、本発明の保護部品３によって覆われている。

保護部品３は、断面が実質的にＵ字状であり、それがブレード１の前縁１ａにわたって配置されるのを可能にしている。部品３は、内側層５と外側層７の２つの層から構成されている。外側層７は、ＳｉＣの粒子で強化されたアルミニウム合金からなり、一方、内側層５は、同じアルミニウム合金から作られているが、ＳｉＣで強化されていない。航空機の用途については、７０００系のアルミニウム合金が選択されるのが好ましい。

当然ではあるが、保護部品には、それぞれの層におけるＳｉＣ粒子の含有量が内側から外側へ向かって増大している、３つ以上の層があってもよい。従って、図示されていない実施形態では、保護部品は、４つの層Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、およびＣ４から作られていて、ＳｉＣ含有量は、内側層Ｃ１ではゼロであり、Ｃ２では重量で約１０％、Ｃ３では重量で約２０％、および外側層Ｃ４では重量で約３０％である。

保護部品の層を互いに組み付けるために、様々な技術を使用することができる。

有利には、共押出法あるいは圧延接合法が使用されるが、これら２つの技術は、アルミニウム合金が、ＳｉＣで強化されていてもいなくても、アルミニウム合金で良好に作用する。

共押出法は、ＳｉＣで強化されたアルミニウム合金からなるスリーブによって包囲された、強化されていないアルミニウム合金からなる棒材を、ダイ（低減用コーン）に通すことからなる。圧縮力と２つの材料間の界面での摩擦によって発生した熱とによって、２つの材料が密接に接合することが保証される。これによって、強化されていないアルミニウム合金のコアと、ＳｉＣで強化されたアルミニウム合金の被覆体とからなる、棒材が作製される。この方法によって得られた棒材は、その後、例えばスタンピングによって形成されることができる。

圧延接合法は、複数のアルミニウム合金板材を互いに接合するために、熱間かあるいは冷間かのいずれかで、複数のアルミニウム合金板材をともにプレスすることからなる。図１に示されたような２つの層５および７を有している保護部品３を得るために、ＳｉＣで強化されたアルミニウム合金板材が、強化されていないアルミニウム合金の板材に押圧される。一般的に、２つの円筒状ローラが使用されて、これらの間に板材が通される。その後、最終的な板材が、例えば鍛造によってあるいはスタンピングによって、（Ｕ字形をなすように）形成される。

保護部品３が形成されると、保護部品は、ブレード１の前縁１ａへ接合される。

ＳｉＣで強化されたアルミニウム合金からなる前記スリーブあるいは前記板材を作るために、従来の粉末冶金技術が使用されるが、この技術は、アルミニウム合金粉末にＳｉＣ粉末を混合することと、所望形状を付与するために、粉末混合物を例えば焼結によって稠密化することとからなっている。

ブレード１は、ターボ機械におけるブレードあるいはベーンの翼部分である。より詳細には、そのブレードは、ターボジェットのためのファンブレードあるいはステータベーンの一部を形成することができる。ブレードの翼部分は、ブレード基部の上にある部分であり、一方、ブレード基部は、ブレードをターボ機械の残り部分へ固定するために使用される部分である。

ブレード１がファンブレードであるときには、そのブレードは、ファイバプリフォームに樹脂を射出することによって作ることができる。その後、ファイバプリフォームおよび樹脂は、それぞれ、その結果得られた複合材料のファイバ強化材およびマトリックスを構成する。ファイバプリフォームは、特にウィービングによって得ることができ、また、樹脂トランスファー成形（ＲＴＭ）法を含む、ファイバプリフォームへ樹脂を射出する様々な知られている方法を使用することができる。

ブレード１は、プロペラブレードあるいはヘリコプターブレードであってもよい。

ブレード前縁へ取り付けられた本発明の保護部品を有しているブレードの斜視図であって、その断面を示している。 図１のブレードの断面の拡大縮尺における詳細図である。

符号の説明

１ ブレード
１ａ 前縁
３ 保護部品
５ 内側層
７ 外側層

Claims (10)

1. 外側保護面を呈する保護部品であって、前記外側保護面が、ＳｉＣの粒子によって強化されたアルミニウム合金から作られており、前記アルミニウム合金におけるＳｉＣ粒子の含有量が、重量で１５％から４０％の範囲内にあることを特徴とする、保護部品。
2. 前記アルミニウム合金におけるＳｉＣ粒子の含有量が、重量で１５％から３０％の範囲内にあることを特徴とする、請求項１に記載の保護部品。
3. 外側層（７）と内側層（５）とを含む少なくとも２つの層を備え、外側層が、前記強化されたアルミニウム合金から作られており、かつ、内側層が、任意にＳｉＣ粒子で強化されているアルミニウム合金から作られており、２つの層におけるＳｉＣ粒子の含有量が、内側層から外側層へ向かって増大していることを特徴とする、請求項１または２に記載の保護部品。
4. 少なくとも２つの層（５、７）を備えることと、該２つの層が、共押出法によってあるいは圧延接合法によって互いに組み付けられることとを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の保護部品。
5. 実質的にＵ字状である断面を呈することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の保護部品。
6. ブレード（１）の前縁（１ａ）を保護するための、請求項１から５のいずれか一項に記載の保護部品。
7. ブレード（１）、特にターボ機械ブレードあるいはベーン、ヘリコプターブレード、またはプロペラブレードの前縁（１ａ）を、請求項１から６のいずれか一項に記載の保護部品を使用して保護するための方法。
8. 前縁（１ａ）を呈するブレード（１）と、前縁（１ａ）を保護するために前縁（１ａ）に取り付けられた請求項１から６のいずれか一項に記載の保護部品（３）とを備える、組立体。
9. 前記保護部品（３）が、接着剤によって前縁（１ａ）に接合されることを特徴とする、請求項８に記載の組立体。
10. ブレード（１）は、有機マトリックス複合材料から作られることを特徴とする、請求項８または９に記載の組立体。

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