JP2007313895A - スキンに接合されたハニカムを有する部品の一部を修復する方法および有孔複合部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガスタービンエンジンにおける騒音減衰を目的とする複合構造体の、補修用ハニカムと不均一な積層体との間の接合を向上させる、改良された補修方法を提供する。
【解決手段】 スキン２４に接合されたハニカムを有する部品の一部を修復する方法が、損傷したハニカムを不均一な表面を含む裏側スキン２４から取り外すステップを含む。スキン２４上に接合面４７を形成するために不均一な表面の少なくとも一部が除去される。さらに適合可能な補修材料６６が、任意選択的な接着剤層６８ａ，６８ｂとともに前記接合面４７上に接合される。次いで、代替ハニカム２６´が補修材料の上に接合されて、補修材料層６６に与圧され、これらの層が硬化されて、元の部品と同様の複合構造体が復元される。
【選択図】図４

Description

本発明は、複合材料に関し、さらに詳細には、複合サンドイッチ構造体の補修に関する。

複合構造体は、一般的に知られ、例えば、ガスタービンエンジンにおける空力的フェアリング（ｆａｉｒｉｎｇ）に用いられる。複合材料の１つの種類は、ハニカムコアに接合された表側スキンおよび裏側スキンを有するサンドイッチ構造体である。表側スキンおよび裏側スキンは、各々、１つまたは複数の強化繊維プライを含むエポキシなどの樹脂マトリックスを有する積層構造体である。

積層スキンは、樹脂が充填された強化繊維の複数のプライを、樹脂を硬化させながらともに加圧することを含む処理によって製造される。加圧（ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ）時や硬化処理時に、積層品の成形される各々の面に対して用いられる工具材の表面形状が、得られる積層品の表面に観察されることがある。１つまたは複数の成形される面が非剛性材である場合、工具材の表面形状は、積層体の厚み部分にも転写される可能性がある。例えば、加圧時にハニカムの末端部が局所的にスキンに与圧され、これにより窪み痕が形成される。

場合によっては、衝撃、高温、磨耗、侵食、または他の現象によって損傷したハニカムを、その複合構造体の全体を取り替えるよりも、局部的に取り替えることが望まれることがある。ハニカムは、両側に平面を有するように、機械加工される。これらの平面は、ハニカムコアを押し込まない限り、不均一な表面に対して充分に適合しない。代替ハニカムの末端部を、ハニカム部分を取り外した後に残されている窪み痕と完全に整合させることは実施不可能である。従来の方法では、損傷したハニカムが取り外され、次いで、スキンと代替ハニカムとを互いに接合させるように接着剤が積層体の窪み痕の付いた表面に適用される。通常、接着剤の厚みを増すことによって、窪み痕の不均一さを「緩和（ａｂｓｏｒｂ）」している。しかし、接着剤の接着強度は、厚みが増すと、急速に低下するため、構造的な要求により余分な接着剤を単純に適用する方法は制限される。従って、補修用ハニカムと不均一な積層体との間の接合を向上させる補修法が必要とされている。本発明は、従来技術のこれらの短所および欠点を回避しながら、これらの要求に対処するものである。

スキンに接合されたハニカムを有する部品の一部を修復する例示的な方法が、表側シートおよび元のハニカムを、不均一な表面を備えるスキンから切り離すステップを含む。不均一な接合表面の少なくとも一部が、積層体上により均一な接合表面を形成するように薄くされる。適合可能な層が、接合表面に適用される。次いで、代替ハニカムが、この適合可能な層に与圧される。適合可能な層および接着剤が硬化され、元の部品の構造体が復元される。

例示的な複合部品は、ハニカムと、該ハニカムの両側に接合された積層体と、補修部分と、を有するサンドイッチ構造を含む。補修部分は、元の部品からの不均一な積層体と、ハニカムの補修部品と、代替積層体と、適合可能な層と、補修部分を隣接領域に接合させる接着剤と、を備える。

図１には、騒音減衰を目的として、ガスタービンエンジンのファン‐バイパス領域またはナセルに用いられる音響複合材料のような、例示的な複合構造体２０の選択された部分が示されている。この例では、複合構造体２０は、表側スキン２２を備える。この表側スキン２２は、その厚みを貫通する穿孔２３を備える。表側スキン２２および裏側スキン２４は、ハニカムコア２６に接合されて、複合サンドイッチ構造体を提供する。開示された例では、表側スキン２２および裏側スキン２４の各々は、例えば、連続する織物繊維で補強された樹脂マトリックスから作製される層などの複合層２８を含み、これらの層は、ハニカムコア２６の末端部に対して同時に接合され、かつ与圧される。

図示された例では、ハニカムコア２６は、例えば、衝撃、高温、磨耗、侵食、または他の現象によって損傷している。以下に説明するように、複合構造体２０は、損傷したハニカムコア２６を取り外し、そのハニカムコア２６を代替ハニカムコア２６´（図４）と取り替えることによって補修される。代替ハニカムコア２６´は、複合構造体２０の元の寸法と寸法的に同様な構造的に耐久性のある補修をもたらすように、裏側スキン２４に接合される。

図２に示される例を参照すると、複合構造体２０は、いくつかのステップによって、補修される。この例では、ステップ４２において、損傷した表側スキン２２およびハニカムコア２６が、裏側スキン２４から局部的に取り外される。開示された例では、裏側スキン２４からの取り外しおよび裏側スキン２４への接合について説明しているが、この補修の原理は、表側スキン２２についても適用可能であることを理解されたい。損傷したハニカムコア２６の取外しによって、裏側スキン２４の元の製造に起因する裏側スキン２４の不均一な表面４５が現れる。ステップ４４では、不均一な表面４５は、より均一な接合表面４７を作り出すために、部分的に平らにされる。ステップ４６では、代替ハニカムコア２６´が、裏側スキン２４の接合表面４７に接合される。以下に説明するように、この開示された方法により、裏側スキン２４の表面のばらつきを減少させて代替ハニカムコア２６´と裏側スキン２４との間により強力な接合の形成を可能にするという利点が得られる。

図３には、取外しステップ４２後の裏側スキン２４が示されている。認識されるように、裏側スキン２４は、不均一な表面４５を備える。この例では、不均一な表面４５は、元の複合構造体２０の製造工程の産物である。この例では、複合構造体２０は、周知の方法により与圧され硬化され、その結果、不均一な表面４５がもたらされる。製造工程時に、ハニカムコア２６の末端部５０が、裏側スキン２４に与圧され、図３に示される窪み痕が形成されている。この例では、窪み痕は、ハニカムコア２６の末端部５０が裏側スキン２４に与圧された位置にある圧縮（与圧／固化）部位５２と、末端部５０の間に位置し、その結果、さほど与圧されていない相対的な非与圧部位５４と、を備える。

ハニカムコア２６を取り外すステップ４２の後、接合表面４７を形成するために、不均一な表面４５の一部５６が取り除かれる。この部位５６は、様々な異なる方法によって、取除くことができる。一例では、この部位５６は、研削、研磨、もしくは他の周知の機械的処理によって、機械的に除去される。

図示された例では、裏側スキン２４は、硬化されたエポキシ樹脂マトリックスを含む３つのガラス繊維層２８を備える。この例では、一番上の複合層２８（すなわち、図３における一番上の層）の高い個所が、中間の複合層２８が接合表面４７上に少なくとも部分的に露出するように局部的に取り除かれる。部位５６を裏側スキン２４から取除くことによって、不均一な表面４５の表面のばらつきを低減させるという利点が得られる。これによって、より平坦な接合面が得られ、その結果、この接合面４７と代替ハニカムコア２６´との間により強力な接合が形成されることを可能にする。他の例では、表面のばらつきの所望の低減の度合いに応じて、２つ以上の複合層２８、もしくは１つの複合層２８における一部が取除かれてもよい。

不均一な表面５６の一部を取り除いた後、適合可能な材料６６が接合表面４７の上に配置される。図４に示されるように、接着剤層６８ａが、裏側スキン２４と補修材料６６との間の接合を強化するように、補修材料６６と接合面４７との間に任意選択的に用いられてもよい。この例では、補修材料６６は、複合層２８´である。この複合層２８´は、与圧されておらず、かつ樹脂が硬化されていない以外は、裏側スキン２４に用いられる複合層２８と同様もしくは同一である。例えば、適合可能な補修材料６６は、連続するガラス繊維織物で強化された未硬化のエポキシ樹脂マトリックスからつくられる。複合層２８´を用いることによって、元のハニカムと補修材料６６との公差のばらつきを緩和し、ハニカムの末端部５０との密着を得るための付加的な滑らかさを提供し、非与圧部位５６の除去により失われた構造的な強度を回復させるという利点をもたらし、接着剤の厚みの大きい領域は接着剤の厚みによる強度の欠点を軽減させる繊維によって介在される。

任意選択的に、他の接着剤層６８ｂが、適合可能な材料６６と代替ハニカムコア２６´との間の接合を促進するために、適合可能な補修材料６６の上に用いられる。適合可能な補修材料６６、および任意選択的に接着剤層６８ａ，６８ｂが適所に置かれると、代替ハニカムコア２６´が、適合可能な補修材料６６に対して与圧される。次いで、表側スキン２２が、周知の方法によって代替ハニカムコア２６´の上に設置される。

開示された例では、表側スキン２２、代替ハニカムコア２６´、および裏側スキン２４の与圧は、適合可能な補修材料６６および接着剤層６８ａ，６８ｂの樹脂を硬化させるために、高温下で圧力が適用されて実施される。与圧および硬化中に、代替ハニカムコア２６´の末端部５０´がこの末端部５０´すぐ下の補修材料６６の部位を与圧するのに対して、末端部５０´の間の補修材料６６は、比較的に与圧されず、これによって、元のサンドイッチ構造体が模倣される。

図５には、補修工程後の複合構造体２０が示されている。この例では、補修材料６６は、補修前（例えば、ハニカムコア２６の損傷前）の複合サンドイッチ構造体２０の寸法ｄ₂および寸法ｃ₂（図１）と、それぞれ、略等しい寸法ｄ₁および寸法ｃ₁が得られるように、充分に硬化され、かつ与圧される。従って、開示された例示的な補修方法により、周囲の補修されていない複合サンドイッチ構造体２０の領域と寸法的かつ機能的に等しい構造的に耐久性のある補修部分が得られる。

本発明の好ましい実施形態について説明したが、当業者であれば、特定の修正が本発明の範囲内に含まれることが認識できるであろう。このため、本発明の真の範囲および意義を画定するには、特許請求の範囲が検討されるべきである。

損傷したハニカムコアを有する例示的な複合構造体を示す図である。 図１の複合構造体を補修する例示的な方法を示す図である。 損傷したハニカムコアを取り除き、接合表面の不均一さをなくした後の複合構造体を示す図である。 補修材料部分を有する複合構造体を示す図である。 補修工程後の複合構造体を示す図である。

符号の説明

２０…複合構造体
２２…表側スキン
２４…裏側スキン
２６´…代替ハニカムコア
２８，２８´…複合層
４７…接合面
５０´…ハニカムコア末端部
６６…補修材料
６８ａ，６８ｂ…接着剤層

Claims (15)

1. スキンに接合されたハニカムを有する部品の一部を修復する方法であって、
   （ａ）第１のハニカムを、不均一な表面を含むスキンから切り離すステップと、
   （ｂ）前記スキン上に接合面を形成するように前記不均一な表面の少なくとも一部を除去するステップと、
   （ｃ）第２の異なるハニカムを前記接合面に接合させるステップと、
   を備えることを特徴とする修復方法。
2. 前記不均一な表面が、与圧部位と、非与圧部位と、を含み、前記ステップ（ｂ）が、前記非与圧部分の少なくとも一部を除去するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の修復方法。
3. 前記ステップ（ｂ）の後で、前記接合面を清浄化するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の修復方法。
4. 前記ステップ（ｃ）が、前記第２のハニカムと前記接合面とを互いに接合させるように、適合可能な補修材料を前記接合面上に配置するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の修復方法。
5. 前記ステップ（ｃ）が、前記第２のハニカムを前記適合可能な補修材料に与圧するステップをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の修復方法。
6. 前記ステップ（ｃ）が、前記第２のハニカムと前記接合面とを互いに接合させるように、前記適合可能な補修材料を硬化させるステップをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の修復方法。
7. 前記ステップ（ｃ）が、第１の接着剤層を前記接合面上に配置し、樹脂マトリックス内に連続的な強化繊維を有する補修材料を前記第１の接着剤層の上に配置し、第２の接着剤層を前記補修材料の上に配置するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の修復方法。
8. 前記スキンが、連続的な繊維複合材料の複数の層を備え、前記ステップ（ｂ）が、前記複数の層のうち一番上の層の一部を、その一番上の層のすぐ下の層が露出するように完全に除去するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の修復方法。
9. 請求項１に記載の方法によって修復された一部を有する有孔複合部品であって、前記ハニカムが前記スキンと有孔スキンとの間に接合されることを特徴とする有孔複合部品。
10. ハニカムと、
    前記ハニカムに接合されたスキンと、
    マトリックス材料および強化繊維を有する複合材料からつくられるとともに、前記ハニカムと前記スキンとを互いに接合させる補修部位と、
    を備えることを特徴とする複合部品。
11. 前記補修部位が、与圧部位と、非与圧部位と、を備えることを特徴とする請求項１０に記載の複合部品。
12. 前記補修部位が、樹脂マトリックス内に連続的な強化繊維を有する補修材料を含むことを特徴とする請求項１０に記載の複合部品。
13. 前記補修部位が、前記スキンと前記補修材料との間に第１の接着剤層を含むことを特徴とする請求項１２に記載の複合部品。
14. 前記補修部位が、前記ハニカムと前記補修材料との間に第２の接着剤層を含むことを特徴とする請求項１３に記載の複合部品。
15. 前記与圧部位が、前記ハニカムの末端部に対応し、前記非与圧部位が、前記ハニカムの前記末端部から離間していることを特徴とする請求項１０に記載の複合部品。

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