JP2017514018A - 前縁部ガードを製造するための方法 - Google Patents

Abstract

ノーズ（３２）とノーズから延びる第１および第２のウィング（３４、３６）とを有するタイプの金属前縁部ガード（３０）を作るための方法であって、方法は、ノーズ（３２）の第１の部分とウィング（３４、３６）のうちの一方とを備える第１の半体（４２）を金属ブランク材から機械加工するステップであり、ノーズ（３２）の第１の部分が接合面（４４）を含む、機械加工するステップと、ノーズ（３２）の第２の部分と第２のウィングとを備える第２の半体（６２）を電鋳するステップであり、第２の半体（６２）が接合面（４４）にて第１の半体（４２）に接合される、電鋳するステップと、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、一般にはファンブレード保護前縁部、特にこのような前縁部を製造するための方法に関する。

ジェットエンジン用途に使用されるファンブレードは、鳥吸込み事故などの異物衝突損傷を受け易い。炭素繊維強化型複合材料から作られたブレードは、その高い総合比強度および剛性のために魅力的である。しかしながら、炭素複合材は、特に、その低い延性のために異物の衝突中に脆性破壊および剥離を起こし易い。ブレード前縁部、後縁部、および先端は、これらの領域では一般には厚さが薄く、よく知られているように積層型複合材が自由端剥離を受け易いために、特に敏感である。加えて、ブレードの幾何学的形状および航空機速度に比して大きな回転速度が、吸い込んだ物体を前縁部近くのブレードに叩き付ける。

複合材ファンブレードの前縁部に張り合わせられた金属ガードは、衝突損傷保護を行うことが知られている。しかしながら、ファンブレード設計が新しいほど、このようなガードは薄くかつ高密度合金製であることの両方を必要とする。これらの必要条件は、前縁部ガードの製造者が従来の機械加工またはホットクリープフォーミングなどの知られている方法を用いることを難しくさせている。

電鋳プロセスを使用して金属前縁部ガードを形成することが提案されている。しかしながら、提案された方法は、いずれか、電鋳プロセスの後に余剰の材料が残ること、または工作機械設備の多数のセットを使用する複雑なプロセスを必要とする。

したがって、ファンブレード金属前縁部ガードを製作する効率的な方法が依然として求められている。

欧州特許第０７３５１６１Ａ１号

この必要性は、電鋳することと従来の機械加工することとの組合せを使用して金属前縁部ガードを製造するための方法を提供する本発明によって扱われている。

発明の一態様によれば、ノーズとノーズから延びる第１および第２のウィングとを有するタイプの金属前縁部ガードを作るための方法が提供される。方法は、ノーズの第１の部分とウィングのうちの一方とを備える第１の半体を金属ブランク材から機械加工するステップであって、ノーズの第１の部分が接合面を含む、機械加工するステップと、ノーズの第２の部分と第２のウィングとを備える第２の半体を電鋳するステップであって、第２の半体が接合面にて第１の半体に接合される、電鋳するステップと、を含む。

発明の別の一態様によれば、前縁部ガードは、ノーズおよびウィングによって共に画定された内側表面を含み、第１の半体によって画定された内側表面の一部分が、電鋳するステップの前に最終的な寸法に機械加工される。

発明の別の一態様によれば、第１の半体は、電鋳するステップのために導電性マンドレルに装着される。

発明の別の一態様によれば、前縁部ガードは、ノーズおよびウィングによって共に画定された外側表面を含み、電鋳するステップ中に、取付け具が、第１の半体によって画定された外側表面の一部分を覆って装着される。

発明の別の一態様によれば、接合面は、電鋳するステップにおいて堆積すべき金属の最大厚さがノーズの軸方向長さよりも小さくなるように配置される。

発明の別の一態様によれば、接合面は、ノーズの第１の部分と第２の部分とが実質的に等しい厚さのものになるように配置される。

発明の別の一態様によれば、接合面は、ノーズの第２の部分がノーズの第１の部分よりも著しく薄くなるように配置される。

発明の別の一態様によれば、外側表面は、電鋳するステップに続いて最終的な寸法に機械加工される。

発明の別の一態様によれば、第１および第２の半体は、ニッケル系合金から作られる。

添付の示されている図とともに下記の説明を参照することによって、発明を最もよく理解することができる。

本発明の態様にしたがって作成した前縁部ストライプを組み込んだガスタービンエンジンファンブレードの図である。 図１のファンブレードの一部分の断面図である。 本発明の方法ステップを示すブロック図である。 形成される前縁部ガードの第１の半体の断面図である。 代替の第１の半体構成の断面図である。 形成される前縁部ガードの第２の半体の断面図である。 前縁部ガードの断面図である。 第２の前縁部ガードの断面図である。 最終機械加工プロセス中の前縁部ガードの断面図である。

様々な図の全体を通して同一の参照番号が同じ要素を表している図面を参照すると、図１は、ガスタービンエンジン用の例示的なファンブレード１０を示す。ファンブレード１０は、エーロフォイル１２、シャンク１４、およびダブテール１６を含む。エーロフォイル１２は、翼根１８と先端２０との間に延在し、前縁部２２および後縁部２４がある。対向する凸側および凹側２６と２８は、それぞれ前縁部２２と後縁部２４との間に延在する。

ファンブレード１０を、炭素繊維−エポキシ複合材系などの知られている非金属材料から作ることができる。

ファンブレードには、前縁部２２に取り付けられた金属前縁部ガード３０がある。前縁部ガード３０は、付加的な衝突耐性、腐食耐性および剥離に対する複合材構造の耐性の向上をファンブレード１０に与えることに役立つ。

前縁部ガード３０は、ノーズ３２とノーズから後ろに延びる１対のウィング３４と３６とを含む。ウィング３４と３６は、ノーズ３２から離れるにつれて厚さが先細りになる。ノーズ３２およびウィング３４と３６の外側表面は、共に、前縁部ガード３０の外側表面３８を画定する。外側表面３８の形状および寸法を、エーロフォイル１２の空気力学的な延長部として働くように選択する。前縁部ガード３０を、知られているタイプの接着剤を用いてエーロフォイル１２に取り付けることができる。

ノーズ３２およびウィング３４と３６の内側表面は、共に、前縁部ガード３０の内側表面４０を画定する。内側表面４０の形状および寸法を、エーロフォイル１２の外側にぴったりと合うように選択する。

前縁部ガード３０は、軸方向に測定した全長「Ｌ１」を有する。ノーズ３２は、「Ｌ２」で示した軸方向長さ、および長さに垂直に測定した厚さ「Ｔ１」を有する。これらの寸法のすべては、特定の用途に適するように変わるが、一般に、長さＬ１は、長さＬ２の約３〜６倍である。長さ「Ｌ２」は、典型的には、知られている電鋳プロセスで実現することが可能なものよりも著しく大きい。例えば、長さ「Ｌ２」は、約３．８ｃｍ（１．５インチ）から約１０．２ｃｍ（２．０インチ）であってもよい。

本発明は、前縁部ガード３０を作るための方法を提供する。プロセスを、図３に示したブロック図を参照して説明する。前縁部ガード３０は、ここでは「第１の半体」および「第２の半体」と呼ばれる２つの主要部品から形成された一体のまたは分割できない構成部材である。「半体」という用語は、単に参照のために使用され、２つの構成部材が、サイズ、形状、体積、または質量に関して等しいことを必ずしも意味しない。第１のステップ（ブロック１００）では、従来の機械装置および、ミリング作業などのプロセスを使用して、第１の半体４２を材料のブランク材（図４に破線で模式的に示す）から機械加工する。第１の半体４２によって画定された内側表面４０の一部分を、１つまたは複数の従来のプロセスを使用して最終的な寸法に機械加工する。第１の半体４２によって画定される外側表面３８の一部分を、粗く、すなわち、必要とされる最終的な形状の近くまで機械加工する。

第１の半体４２は、ノーズ３２を通り概して軸方向に延びる平坦な接合面４４を含む。接合面４４の位置を、プロセスと製品特性との最良の釣り合いを与えるように選択することができる。図４に示した例では、接合面４４は、２つの等しい部分にノーズ３２を大雑把に切断し、接合面４４にとっての最大面積を形成する。図５に示した例では、接合面４４は、中心位置から外れてオフセットしている。これは、下記により詳細に説明するように、必要な電鋳法蓄積物の量を減少させる。

第２のステップ（図３のブロック２００）では、第１の半体４２をマンドレル４６の上に装着する。マンドレル４６（図６）は、導電性材料から作られ、または導電性材料でコーティングされる。マンドレルには、前縁部ガード３０の内側表面４０に密に一致する表面４８がある。第１の半体４２によって画定された外側表面３８の部分に密に一致する表面５１を有する取付け具５０を、第１の半体４２に接して配置する。取付け具は、第１の半体４２を物理的に位置決めし、電鋳蓄積物から第１の半体をマスクするように働く。

取り付けられた第１の半体４２を、タンク５４、電解液５６、およびソース電極５８を備える電鋳装置５２内に配置する。ソース電極５８およびマンドレル４６を、６０のところに模式的に示した適切な電源を有する電気回路に接続する。

ソース電極５８は、所望の成分の金属合金から作られる。電極５８（およびやはり第１の半体４２）を作成するために適した合金の非限定的な例は、ＩＮＣＯＮＥＬ７１８またはＩＮ７１８として市販されているニッケル系合金である。

回路が閉じられたとき、材料は、電極５８から電解液５６を通って運ばれ、第１の半体４２の接合面４４ならびにマンドレル４６上に堆積し、図６に矢印により示されているように大体の形に第２の半体６２を効果的に蓄積させる。適した厚さが形成された後で、回路を開き、取り付けられた前縁部ガード３０を有するマンドレル４６を、電鋳装置５２から取り外す。

電鋳プロセス中には、蓄積させようとする材料の最大厚さは、ノーズ３２内に存在する。これを「Ｔ２」と示す。本発明の重要な利点は、Ｔ２がＬ２よりもはるかに小さいことであり、Ｌ２は普通なら最大の必要とされる蓄積厚さを表すはずである。例えば、Ｔ２を、Ｌ２の２分の１未満にすることができる。多くのケースでは、寸法Ｌ２は、知られている電鋳プロセスで実際的に可能なものよりも大きく、本発明は、普通なら使用できないはずの電鋳を使用することを可能にする。上記のように、接合面４４の位置を、Ｔ２が所望の寸法になるように選択することができる。

例えば、図７は、接合面４４にて接合された２つの半体４２および６２を有する完成した前縁部ガード３０を図示している。距離Ｔ２は、ノーズ３２をほぼ半分に分割する。対照的に、図８は、接合面４４’にて接合された２つの半体４２’および６２’を有する完成した前縁部ガード３０’を図示している。距離Ｔ２’は、図７に示した距離Ｔ２よりも著しく小さい。

図３のブロック３００を参照すると、前縁部ガード３０の外側表面３８を、従来の機械加工プロセス、および図示したミリングカッタ（図９）などの装置を使用して外側表面の最終的な寸法まで機械加工することができる。最終機械加工プロセス中に前縁部ガード３０を保持する取付け具として、マンドレル４６を使用することができる。あるいは、マンドレル４６を、取り外してもよく、類似の取付け具を最終機械加工プロセス中に前縁部ガード３０を保持するために使用してもよい。

完成した前縁部ガード３０を、従来方式でエーロフォイル１２に取り付けることができる。本明細書において説明したプロセスは、先行技術の方法以上にいくつかの利点を有している。第１の半体４２を事前成形することによって、電鋳で蓄積させることが必要な厚さを減少させ、前縁部ガード３０にとって電鋳を実行可能なプロセスにする。同じ合金を接合面４４の両側に電鋳すると、材料強度は、接合面４４では劣化しない。さらにその上、内側表面４０の内側コーナー半径についての制限または制約がない。

上記は、金属前縁部ガードを作るための方法を説明している。本明細書（いずれかの別記の特許請求の範囲、要約および図面を含む）に開示した特徴のすべて、および／またはこのように開示したいずれかの方法またはプロセスのステップのすべてを、任意の組合せで組み合わせることができるが、このような特徴および／またはステップのうちの少なくともいくつかが相互に相容れない場合の組合せを除く。

本明細書（いずれかの別記の特許請求の範囲、要約および図面を含む）に開示した各々の特徴を、別段明示的に述べない限り、同じ目的、等価な目的または類似の目的にかなう代替の特徴により置き換えることができる。このように、別段明示的に述べない限り、開示した各々の特徴は、等価な特徴または類似の特徴の一般的な一連のもののうちの一例に過ぎない。

発明は、上記の実施形態の詳細に制約されない。発明は、本明細書（いずれか別記の新規性の可能性のある点、要約および図面を含む）に開示した特徴のうちの任意の新規なもの、もしくは任意の新規な組合せに、またはこのように開示した任意の方法もしくはプロセスのステップのうちのいずれかの新規なもの、もしくはいずれかの新規な組合せに及ぶ。

１０ ファンブレード
１２ エーロフォイル
１４ シャンク
１６ ダブテール
１８ 翼根
２０ 先端
２２ 前縁部
２４ 後縁部
２６ 凸側
２８ 凹側
３０ 前縁部ガード
３２ ノーズ
３４ ウィング
３６ ウィング
３８ 外側表面
４０ 内側表面
４２ 第１の半体
４４ 接合面
４６ マンドレル
４８ 表面
５０ 取付け具
５１ 表面
５２ 電鋳装置
５４ タンク
５６ 電解液
５８ ソース電極
６０ 電源
６２ 第２の半体

Claims (10)

1. ノーズ（３２）と前記ノーズから延びる第１および第２のウィング（３４、３６）とを有するタイプの金属前縁部ガード（３０）を作るための方法であって、
   前記ノーズ（３２）の第１の部分と前記ウィング（３４、３６）のうちの一方とを備える第１の半体（４２）を金属ブランク材から機械加工するステップであり、前記ノーズ（３２）の前記第１の部分が接合面（４４）を含む、機械加工するステップと、
   前記ノーズ（３２）の第２の部分と前記第２のウィングとを備える第２の半体（６２）を電鋳するステップであり、前記第２の半体（６２）が前記接合面（４４）にて前記第１の半体（４２）に接合される、電鋳するステップと、
   を含む、方法。
2. 前記前縁部ガード（３０）が、前記ノーズ（３２）および前記ウィング（３４、３６）によって共に画定された内側表面（４０）を含み、前記第１の半体（４２）によって画定された前記内側表面（４０）の一部分が、前記電鋳するステップの前に最終的な寸法に機械加工される、請求項１記載の方法。
3. 前記第１の半体（４２）が、前記電鋳するステップのために導電性マンドレル（４６）に装着される、請求項１記載の方法。
4. 前記前縁部ガード（３０）が、前記ノーズ（３２）および前記ウィング（３４、３６）によって共に画定された外側表面（３８）を含み、前記電鋳するステップ中に、取付け具（５０）が、前記第１の半体（４２）によって画定された前記外側表面（３８）の一部分を覆って装着される、請求項１記載の方法。
5. 前記接合面（４４）は、前記電鋳するステップにおいて堆積すべき金属の最大厚さが前記ノーズ（３２）の軸方向長さよりも小さくなるように配置される、請求項１記載の方法。
6. 前記接合面（４４）は、前記ノーズ（３２）の前記第１の部分と第２の部分とが実質的に等しい厚さのものになるように配置される、請求項１記載の方法。
7. 前記接合面（４４）は、前記ノーズ（３２）の第２の部分が前記ノーズ（３２）の前記第１の部分よりも著しく薄くなるように配置される、請求項１記載の方法。
8. 前記外側表面（３８）が、前記電鋳するステップに続いて最終的な寸法に機械加工される、請求項１記載の方法。
9. 前記第１および第２の半体（４２、６２）が、ニッケル系合金からなる、請求項１記載の方法。
10. 前記前縁部ガード（３０）の全体的な軸方向長さ（Ｌ１）が、前記ノーズ（３２）の軸方向長さ（Ｌ２）の約３〜６倍である、請求項１記載の方法。