JP2021001549A - 複合材翼及び複合材翼の成形方法 - Google Patents

複合材翼及び複合材翼の成形方法 Download PDF

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Abstract

【課題】翼根部と金属パッチとの接合強度の低下を抑制すること。【解決手段】強化繊維と樹脂とを含む複合材層を積層して形成される複合材翼において、翼溝に装着される翼根部と、翼根部から先端側に延在して設けられる翼形部と、翼溝と翼根部との間に設けられ、翼根部に接合される金属パッチと、を備え、翼根部は、複合材層が積層された積層体となっており、翼形部から連続して設けられる翼形積層体と、翼形積層体の内側に設けられる翼根内側積層体と、翼形積層体の外側に設けられる翼根外側積層体と、を含み、翼根内側積層体及び翼根外側積層体は、金属パッチの線膨張係数となるように、強化繊維が配向されている。【選択図】図７

Description

本発明は、複合材翼及び複合材翼の成形方法に関するものである。
従来、翼形部の半径方向の内側端部にあるシャンクと、シャンクに接続されたダブテールとの間に配置された金属パッチを備える複合材翼が知られている（例えば、特許文献１参照）。金属パッチは、シャンク及びダブテールにおける応力集中を低減するために、ダブテールに接着結合して設けられている。
特開２０１６−５２７４２６号公報
特許文献１の複合材翼では、金属パッチとダブテールとは、接着により結合されているが、金属パッチとダブテールとの線膨張係数は異なるものとなっている。このため、金属パッチ及びダブテールが加熱されると、線膨張係数差により、金属パッチとダブテールとの接着界面に対して、せん断応力が発生することから、金属パッチとダブテールとの接着強度が低下する可能性がある。
そこで、翼根部と金属パッチとの接合強度の低下を抑制することができる複合材翼及び複合材翼の成形方法を提供することを課題とする。
本発明の複合材翼は、強化繊維と樹脂とを含む複合材層を積層して形成される複合材翼において、翼溝に装着される翼根部と、前記翼根部から先端側に延在して設けられる翼形部と、前記翼溝と前記翼根部との間に設けられ、前記翼根部に接合される金属パッチと、を備え、前記翼根部は、前記複合材層が積層された積層体となっており、前記翼形部から連続して設けられる翼形積層体と、前記翼形積層体の内側に設けられる翼根内側積層体と、前記翼形積層体の外側に設けられる翼根外側積層体と、を含み、前記翼根内側積層体及び前記翼根外側積層体は、前記金属パッチの線膨張係数となるように、前記強化繊維が配向されている。
本発明の複合材翼の成形方法は、強化繊維と樹脂とを含む複合材層を積層して形成される複合材翼の成形方法において、前記複合材翼は、翼溝に装着される翼根部と、前記翼根部から先端側に延在して設けられる翼形部と、前記翼溝と前記翼根部との間に設けられ、前記翼根部に接合される金属パッチと、を備え、前記翼根部は、前記複合材層が積層された積層体となっており、前記翼形部から連続して設けられる翼形積層体と、前記翼形積層体の内側に設けられる翼根内側積層体と、前記翼形積層体の外側に設けられる翼根外側積層体と、を含み、前記翼根部を成形するための成形型に前記金属パッチを配置する配置工程と、前記金属パッチ上に、前記複合材層を積層して、前記翼形積層体、前記翼根内側積層体及び前記翼根外側積層体を形成する積層工程と、前記翼形積層体、前記翼根内側積層体及び前記翼根外側積層体を加熱して硬化させる硬化工程と、を備え、前記積層工程では、前記翼根内側積層体及び前記翼根外側積層体が、前記金属パッチの線膨張係数となるように、前記強化繊維を配向する。
本発明によれば、翼根部と金属パッチとの接合強度の低下を抑制することができる。
図１は、実施形態１に係る複合材翼の外観を示す斜視図である。 図２は、実施形態１に係る複合材翼の翼根部を模式的に示す断面図である。 図３は、図１のＡ−Ａ断面図である。 図４は、図１のＢ−Ｂ断面図である。 図５は、図１のＣ−Ｃ断面図である。 図６は、図１のＤ−Ｄ断面図である。 図７は、複合材翼の翼根部における強化繊維の配向割合と線膨張係数との関係を示すグラフである。 図８は、実施形態１に係る複合材翼の成形方法を示す図である。 図９は、実施形態２に係る複合材翼の金属パッチを示す模式図である。 図１０は、実施形態２に係る複合材翼の他の一例の金属パッチを示す模式図である。
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。
［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る複合材翼の外観を示す斜視図である。実施形態１に係る複合材翼１０は、強化繊維及び樹脂からなる複合材を用いて成形された翼である。複合材翼１０としては、例えば、ガスタービンまたはガスタービンエンジン等に用いられる動翼が適用可能である。
（複合材翼）
図１に示すように、複合材翼１０は、固定端となる翼根側から自由端となる翼頂側に向かって延在している。ここで、翼根側と翼頂側とを結ぶ方向が、翼長方向となっており、図１に示すＬ方向となっている。また、複合材翼１０は、図１の翼長方向に直交する方向の一方側が前縁側となっており、他方側が後縁側となっている。そして、前縁側と後縁側とを結ぶ方向が、翼幅方向となっており、図１に示すＷ方向となっている。
複合材翼１０は、強化繊維に樹脂を含浸させたプリプレグ（複合材層）を、複数積層して熱硬化させることで成形される。実施形態１では、プリプレグを用いたが、強化繊維及び樹脂を含むものであればよい。例えば、強化繊維としては、炭素繊維の他、ガラス繊維及びアラミド繊維を適用してもよく、これらに限定されず、プラスチック繊維又は金属繊維であってもよい。また、樹脂は、熱硬化性樹脂が好ましいが、熱可塑性樹脂でもよい。熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂及びビニルエステル樹脂が例示される。熱可塑性樹脂は、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、及びポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等が例示される。ただし、強化繊維に含浸される樹脂は、これらに限定されず、その他の樹脂でもよい。
複合材翼１０は、翼根側に設けられる翼根部２１と、翼根部２１の翼頂側に設けられる翼形部２２と、翼根部２１に設けられる金属パッチ２３と、を備えている。
図１に示すように、複合材翼１０の翼根部２１及び翼形部２２は、翼幅方向に亘って湾曲して形成されており、複合材翼１０の内側から外側に向かって凸となる側が背側となっており、複合材翼１０の内側から外側に向かって凹となる側が腹側となっている。
（翼根部）
翼根部２１は、軸中心に回転するローターの外周に形成される翼溝に装着される。図２は、実施形態１に係る複合材翼の翼根部を模式的に示す断面図である。具体的に、図２は、翼幅方向に直交する面で切った翼根部２１の断面である。この断面において、翼長方向に直交する方向が翼厚方向となっており、翼厚方向の一方側が背側となっており、翼厚方向の他方側が腹側となっている。図２の断面において、翼根部２１は、翼頂側へ向かって先細りとなるテーパ形状となっており、翼厚方向の背側の面と翼厚方向の腹側の面とが、翼溝に当接する当接面（ダブテール面ともいう）３１ａ，３１ｂとなっている。つまり、背側の当接面３１ａと腹側の当接面３１ｂとは、翼頂側へ向かって先細りとなるテーパ面となっている。
また、翼根部２１は、図３から図６に示すように、プリプレグを複数積層した積層体を硬化させることで形成されており、複数の積層体を含んで構成されている。図３は、図１のＡ−Ａ断面図である。図４は、図１のＢ−Ｂ断面図である。図５は、図１のＣ−Ｃ断面図である。図６は、図１のＤ−Ｄ断面図である。
翼根部２１は、図４に示すように、翼形部２２から連続して設けられる翼形積層体３５と、翼形積層体３５の内側に設けられる翼根内側積層体３６と、翼形積層体３５の外側に設けられる翼根外側積層体３７と、を含んでいる。また、翼根部２１は、背側と腹側とを結ぶ方向である翼厚方向の中央を通る面を中心面Ｉとすると、この中心面Ｉを中心として、各積層体３５，３６，３７が背側と腹側にそれぞれ設けられている。
翼形積層体３５は、翼根部２１から翼形部２２に亘って設けられる積層体である。翼形積層体３５は、図４及び図５に示す断面において、翼根内側積層体３６と翼根外側積層体３７との間に位置する中間層となっている。翼形積層体３５は、中心面Ｉを挟んで両側に設けられ、背側及び腹側の翼形積層体３５は、翼形部２２において接合される一方で、翼根部２１において背側の翼形積層体３５と腹側の翼形積層体３５とは翼根側へ向かうにつれて離れるように設けられる。
また、翼形積層体３５は、図４及び図５に示すように、翼形部２２が設けられる翼幅方向の中央部の部位に設けられる。一方で、翼形積層体３５は、図３及び図６に示すように、翼形部２２が設けられない翼幅方向の前縁側及び後縁側の部位には設けられない。
翼根内側積層体３６は、図３から図６に示すように、翼幅方向に直交する面で切った断面において、略三角形状に形成されている。翼根内側積層体３６は、翼形積層体３５が設けられる図４及び図５において、背側及び腹側の翼形積層体３５の間の空間に設けられる。つまり、翼根内側積層体３６は、背側及び腹側の翼形積層体３５の中心面Ｉ側（内側）に設けられる。一方で、翼根内側積層体３６は、翼形積層体３５が設けられない図３及び図６において、背側及び腹側の翼根外側積層体３７の間の空間に設けられる。つまり、翼根内側積層体３６は、背側及び腹側の翼根外側積層体３７の中心面Ｉ側（内側）に設けられる。
翼根外側積層体３７は、図３から図６に示すように、翼根部２１の翼厚方向における両外側にそれぞれ設けられている。翼根外側積層体３７は、翼形積層体３５が設けられる図４及び図５において、背側及び腹側の翼形積層体３５の両外側にそれぞれ設けられている。一方で、翼根外側積層体３７は、翼形積層体３５が設けられない図３及び図６において、翼根内側積層体３６の両外側にそれぞれ設けられている。
そして、翼形積層体３５、翼根内側積層体３６及び翼根外側積層体３７は、翼幅方向における所定の位置によって、積層方向における厚さが異なるものとなっている。
（翼形部）
翼形部２２は、翼厚方向における厚さが、翼根側において厚肉となっており、翼頂側に向かうにつれて薄肉に形成されている。また、翼形部２２は、翼幅方向における厚さが、中央部において厚肉となっており、前縁側及び後縁側に向かうにつれて薄肉に形成されている。なお、翼根部２１と翼形部２２との間は、湾曲する湾曲部となっている。
（金属パッチ）
金属パッチ２３は、翼根部２１の当接面３１ａ，３１ｂのみに設けられ、翼根部２１と翼形部２２との間の湾曲部には設けられていない。つまり、金属パッチ２３は、ローターの翼溝と、翼溝に装着される翼根部２１との間に設けられる。金属パッチ２３は、翼根部２１の当接面３１ａ，３１ｂに、接着剤を用いて一体に接合されている。また、腹側の当接面３１ｂが、湾曲する内側の面となっており、背側の当接面３１ａが、湾曲する外側の面となっている。このため、翼根部２１の背側の当接面３１ａに設けられる金属パッチ２３ａは、翼根部２１の腹側の当接面３１ｂに設けられる金属パッチ２３ｂに比して、翼幅方向における長さが長いものとなっている。
また、図２に示すように、金属パッチ２３は、翼根部２１に形成される窪み２５に配置されている。窪み２５は、翼根部２１の当接面３１ａ、３１ｂのそれぞれに対して窪んで形成されており、金属パッチ２３を配置可能に、金属パッチ２３と同形状に形成されている。
（翼根部の繊維配向について）
ここで、図７を参照して、翼根部２１における強化繊維の配向割合と、金属パッチ２３の線膨張係数とについて説明する。図７は、複合材翼の翼根部における強化繊維の配向割合と線膨張係数との関係を示すグラフである。金属パッチ２３は、金属材料を用いて構成されていることから、所定の線膨張係数となっている。一方で、翼根部２１は、積層体となっていることから、強化繊維の繊維方向に依存する線膨張係数となっている。すなわち、翼根部２１の線膨張係数は、積層体を構成する複合材層に含まれる強化繊維の繊維方向によって変化するものとなっている。
翼根部２１において、翼根内側積層体３６及び翼根外側積層体３７は、金属パッチ２３の線膨張係数となるように、強化繊維が配向されている。具体的に、金属パッチ２３の線膨張係数は、１０〜１５×１０−６／℃となっている。ここで、翼形部２２が延在する翼長方向を０°方向とする。この場合、翼根内側積層体３６及び翼根外側積層体３７は、繊維方向が０°方向となる強化繊維と、繊維方向が±４５°方向となる強化繊維とを少なくとも含んでいる。そして、翼根内側積層体３６及び翼根外側積層体３７は、線膨張係数を１０〜１５×１０−６／℃とする場合、図７に示すグラフとなるような配向割合とする。
図７は、その横軸が、繊維方向が±４５°方向となる強化繊維の配向比（配向割合）であり、その縦軸が、線膨張係数となっている。図７に示すように、線膨張係数を１０〜１５×１０−６／℃とする場合、翼根内側積層体３６及び翼根外側積層体３７は、繊維方向が±４５°方向となる強化繊維の配向比が、３０％よりも大きく６０％よりも小さいものとなっている。より具体的には、繊維方向が±４５°方向となる強化繊維の配向比は、３５％以上５５％以下となっている。さらに、図７において、３５％以上５５％以下となる範囲においてプロットされているプロット点は３点となっている。この３点のプロット点を含むような、繊維方向が±４５°方向となる強化繊維の配向比は、４４％以上５５％以下となっている。また、翼根内側積層体３６及び翼根外側積層体３７は、繊維方向が０°方向となる強化繊維が、残りの配向比となっている。つまり、翼根内側積層体３６及び翼根外側積層体３７は、繊維方向が±４５°方向となる強化繊維の配向比が３５％以上５５％以下となる場合、繊維方向が０°方向となる強化繊維の配向比が、４５％以上６５％以下となっている。例として、翼根内側積層体３６及び翼根外側積層体３７は、繊維方向が±４５°方向となる強化繊維の配向比が３５％である場合、繊維方向が０°方向となる強化繊維の配向比が６５％となる。また、翼根内側積層体３６及び翼根外側積層体３７は、繊維方向が±４５°方向となる強化繊維の配向比が５５％である場合、繊維方向が０°方向となる強化繊維の配向比が４５％となる。同様に、翼根内側積層体３６及び翼根外側積層体３７は、繊維方向が±４５°方向となる強化繊維の配向比が４４％以上５５％以下となる場合、繊維方向が０°方向となる強化繊維の配向比が、４５％以上５６％以下となっている。
翼根部２１は、翼根内側積層体３６及び翼根外側積層体３７における強化繊維の配向比を上記のようにすることで、金属パッチ２３と同等の線膨張係数である１０〜１５×１０−６／℃とすることができる。
また、翼根部２１における上記の配向比は、翼幅方向において可能な限り均一とすることが好ましい。これは、翼根部２１が加熱された場合において、金属パッチ２３と同様に、翼根部２１も翼幅方向に均一に膨張させることができるためである。
このように構成された複合材翼１０は、軸中心に回転するローターの外周に形成される翼溝に装着される。このため、複合材翼１０の金属パッチ３２は、翼溝と翼根部２１との間に位置して、翼溝に当接して設けられる。また、複合材翼１０は、軸中心に回転するローターの外周に、所定の間隔を空けて、周方向に複数並べて設けられている。そして、ローターが回転することで、複合材翼１０同士の間を、流体が前縁側から後縁側に向かって流通する。このとき、ローターが回転することで、複合材翼１０には、翼長方向に遠心力が付与される。複合材翼１０の翼長方向に遠心力が付与されると、翼溝と金属パッチ２３との界面に摩擦力が発生し、この摩擦力が、金属パッチ２３と翼根部２１との界面に伝達され、せん断応力として付与される。このとき、翼根部２１及び金属パッチ２３は、流体が高温流体であるため加熱される。翼根部２１及び金属パッチ２３は、加熱される場合であっても、線膨張係数が同等となっていることから、翼根部２１と金属パッチ２３との接着界面において発生するせん断応力が小さいものとなる。
次に、図８を参照して、複合材翼１０の成形方法について説明する。図８は、実施形態１に係る複合材翼の成形方法を示す図である。複合材翼１０は、背側の部位である背側翼部材１２と、腹側の部位である腹側翼部材１４とを接合させることで形成されている。
背側翼部材１２は、強化繊維に樹脂を含浸させたプリプレグを、複数積層して熱硬化させたものとなっている。背側翼部材１２は、背側成形型４１によって成形される。背側翼部材１２は、複合材翼１０の外表面が凸となる湾曲形状に形成され、複合材翼１０の内面が凹となる湾曲形状に形成されている。背側成形型４１は、背側翼部材１２の外表面を成形する背側成形面４１ａと、背側成形面４１ａの周囲に設けられた平坦な背側型合わせ面４１ｂと、を有する。背側成形面４１ａは、背側翼部材１２の外表面を凸となる湾曲形状に成形すべく、凹状に窪んで形成されている。
腹側翼部材１４は、背側翼部材１２と同様に、強化繊維に樹脂を含浸させたプリプレグを、複数積層して熱硬化させたものとなっている。腹側翼部材１４は、腹側成形型４２によって成形される。腹側翼部材１４は、複合材翼１０の外表面が凹となる湾曲形状に形成され、複合材翼１０の内面が凸となる湾曲形状に形成されている。腹側成形型４２は、腹側翼部材１４の外表面を成形する腹側成形面４２ａと、腹側成形面４２ａの周囲に設けられた平坦な腹側型合わせ面４２ｂと、を有する。腹側成形面４２ａは、腹側翼部材１４の外表面を凹となる湾曲形状に成形すべく、凸状に突出して形成されている。
複合材翼の成形方法において、背側の翼根部２１に設けられる金属パッチ２３ａは、背側成形型４１の翼根部２１に相当する背側成形面４１ａに対して配置される（ステップＳ１：配置工程）。同様に、腹側の翼根部２１に設けられる金属パッチ２３ｂは、腹側成形型４２の翼根部２１に相当する腹側成形面４２ａに対して配置される（ステップＳ１：配置工程）。
この後、背側の金属パッチ２３ａ上にプリプレグを積層して、硬化前となる背側翼部材１２を形成する積層工程を行う（ステップＳ２）。同様に、腹側の金属パッチ２３ｂ上にプリプレグを積層して、硬化前となる腹側翼部材１４を形成する積層工程（ステップＳ２）を行う。このとき、積層工程Ｓ２では、翼根内側積層体３６及び翼根外側積層体３７が、金属パッチ２３の線膨張係数となるように、上記した配向比に基づいてプリプレグが積層される。つまり、積層工程Ｓ２では、翼根内側積層体３６及び翼根外側積層体３７において、３５％以上５５％以下の配向比となるように、繊維方向が±４５°方向となる強化繊維を含むプリプレグを積層し、残りの配向比となる４５％以上６５％以下の配向比となるように、繊維方向が０°方向となる強化繊維を含むプリプレグを積層する。
そして、背側成形型４１の背側型合わせ面４１ｂと、腹側成形型４２の腹側型合わせ面４２ｂとを重ね合わせることで、硬化前となる背側翼部材１２と腹側翼部材１４とを重ね合わせる。この後、背側成形型４１及び腹側成形型４２を介して、背側翼部材１２及び腹側翼部材１４を加熱して硬化させる硬化工程を行うことにより、複合材翼１０を成形する。
なお、上記した複合材翼１０の成形方法では、金属パッチ２３ａ、２３ｂと共に背側翼部材１２及び腹側翼部材１４を加熱して硬化させることで複合材翼１０を成形したが、この方法に限定されない。複合材翼１０の成形方法として、例えば、複合材翼１０を硬化させた後、高温硬化用の接着剤を用いて金属パッチ２３ａ、２３ｂを接着してもよい。
以上のように、実施形態１によれば、翼根内側積層体３６及び翼根外側積層体３７を、金属パッチ２３の線膨張係数と同等なるように、強化繊維を配向することができる。このため、加熱時において翼根部２１及び金属パッチ２３が熱膨張する場合であっても、翼根部２１と金属パッチ２３との接着界面に発生するせん断応力を低下させることができる。よって、翼根部２１と金属パッチ２３との接合強度の低下を抑制することができる。
また、実施形態１によれば、繊維方向が±４５°方向となる強化繊維の配向比を、３５％以上５５％以下とすることで、翼根部２１の線膨張係数を、金属パッチ２３の線膨張係数と同等にすることができる。
また、実施形態１によれば、繊維方向が０°方向となる強化繊維の配向比を、４５％以上６５％以下とすることで、翼根部２１の線膨張係数を、金属パッチ２３の線膨張係数と同等にすることができる。
また、実施形態１によれば、金属パッチ２３は、翼根部２１にのみ設けられることから、翼根部２１と翼形部２２との間の湾曲部へ配置されることがない。ここで、湾曲部には、複合材翼１０の回転時に生じる翼形部２２の引張荷重と、翼根部２１に生じる圧縮荷重とによって、せん断応力が集中する。このとき、金属パッチ２３を翼根部２１にのみ設けていることから、湾曲部における応力集中によって金属パッチ２３が剥がれるリスクを低減することができる。
また、実施形態１によれば、翼根部２１に金属パッチ２３を配置するため窪み２５を形成することができる。このため、金属パッチ２３を設ける位置を明確にでき、また、金属パッチ２３を翼根部２１に接着する接着剤の層の厚みを調整することで、金属パッチ２３の形状管理の自由度を広げることができる。
［実施形態２］
次に、図９及び図１０を参照して、実施形態２に係る複合材翼１０について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図９は、実施形態２に係る複合材翼の金属パッチを示す模式図である。図１０は、実施形態２に係る複合材翼の他の一例の金属パッチを示す模式図である。
実施形態２の複合材翼１０では、金属パッチ２３ａ、２３ｂに複数の切れ目６１、６２を形成している。図９に示す金属パッチ２３は、図９の上側が背側の金属パッチ２３ａとなっており、図９の下側が腹側の金属パッチ２３ｂとなっている。金属パッチ２３ａの切れ目６１及び金属パッチ２３ｂの切れ目６２は、翼根側から切り込まれた切れ目である。切れ目６１、６２は、金属パッチ２３の翼幅方向において所定の間隔を空けて形成された欠損部であり、翼根側を底辺とし、翼頂側を頂点とする三角形状に形成されている。各切れ目６１、６２は、翼長方向に延在して形成されており、金属パッチ２３の翼長方向における全長に対して、３／４以下の長さとなっている。このため、金属パッチ２３ａ、２３ｂの切れ目６１、６２が形成された部位は、翼長方向の一部がつながっている。また、金属パッチ２３ｂの切れ目６２の翼幅方向における幅は、金属パッチ２３ａの切れ目６１に比して広いものとなっている。
また、金属パッチ２３ｂの切れ目６２は、図１０に示すようにしてもよい。つまり、図１に示すように、腹側の翼根部２１は、翼頂側に比して翼根側の翼幅方向における長さが短いことから、金属パッチ２３ｂの切れ目６２は、翼頂側から切り込まれた切れ目となっている。
以上のように、実施形態２によれば、金属パッチ２３に切れ目６１、６２を形成することで、金属パッチ２３が翼幅方向へ広がったり、縮んだりすることを許容することができる。このため、金属パッチ２３は、翼根部２１の熱硬化時における熱伸びを吸収することができる。
１０ 複合材翼
１２ 背側翼部材
１４ 腹側翼部材
２１ 翼根部
２２ 翼形部
２３ 金属パッチ
２５ 窪み
３１ａ、３１ｂ 当接面
３５ 翼形積層体
３６ 翼根内側積層体
３７ 翼根外側積層体
４１ 背側成形型
４２ 腹側成形型
６１ 切れ目
Ｉ 中心面

Claims (9)

  1. 強化繊維と樹脂とを含む複合材層を積層して形成される複合材翼において、
    翼溝に装着される翼根部と、
    前記翼根部から先端側に延在して設けられる翼形部と、
    前記翼溝と前記翼根部との間に設けられ、前記翼根部に接合される金属パッチと、を備え、
    前記翼根部は、前記複合材層が積層された積層体となっており、
    前記翼形部から連続して設けられる翼形積層体と、
    前記翼形積層体の内側に設けられる翼根内側積層体と、
    前記翼形積層体の外側に設けられる翼根外側積層体と、を含み、
    前記翼根内側積層体及び前記翼根外側積層体は、前記金属パッチの線膨張係数となるように、前記強化繊維が配向されている複合材翼。
  2. 前記翼形部が延在する方向を０°方向とすると、
    前記翼根内側積層体及び前記翼根外側積層体は、前記強化繊維の繊維方向が±４５°方向となる配向割合が、３０％よりも大きく６０％よりも小さい請求項１に記載の複合材翼。
  3. 前記翼根内側積層体及び前記翼根外側積層体は、前記強化繊維の繊維方向が±４５°方向となる配向割合が、３５％以上５５％以下となっている請求項２に記載の複合材翼。
  4. 前記翼根内側積層体及び前記翼根外側積層体は、前記強化繊維の繊維方向が０°方向となる配向割合が、±４５°方向となる配向割合の残りとなる、４５％以上６５％以下となっている請求項３に記載の複合材翼。
  5. 前記翼根内側積層体及び前記翼根外側積層体は、前記強化繊維の繊維方向が±４５°方向となる配向割合が、４４％以上５５％以下となっている請求項３に記載の複合材翼。
  6. 前記翼根部と前記翼形部との間は、湾曲する湾曲部となっており、
    前記金属パッチは、前記翼根部にのみ設ける請求項１から５のいずれか１項に記載の複合材翼。
  7. 前記翼根部は、前記金属パッチを配置するために形成される窪みを有する請求項１から６のいずれか１項に記載の複合材翼。
  8. 前記金属パッチが配置される前記翼根部の設置面内において、前記翼根部側から先端側に向かう方向を長さ方向とし、前記長さ方向に直交する方向を幅方向とすると、
    前記金属パッチは、前記幅方向において所定の間隔ごとに形成される切込みを有する請求項１から７のいずれか１項に記載の複合材翼。
  9. 強化繊維と樹脂とを含む複合材層を積層して形成される複合材翼の成形方法において、
    前記複合材翼は、
    翼溝に装着される翼根部と、
    前記翼根部から先端側に延在して設けられる翼形部と、
    前記翼溝と前記翼根部との間に設けられ、前記翼根部に接合される金属パッチと、を備え、
    前記翼根部は、前記複合材層が積層された積層体となっており、
    前記翼形部から連続して設けられる翼形積層体と、
    前記翼形積層体の内側に設けられる翼根内側積層体と、
    前記翼形積層体の外側に設けられる翼根外側積層体と、を含み、
    前記翼根部を成形するための成形型に前記金属パッチを配置する配置工程と、
    前記金属パッチ上に、前記複合材層を積層して、前記翼形積層体、前記翼根内側積層体及び前記翼根外側積層体を形成する積層工程と、
    前記翼形積層体、前記翼根内側積層体及び前記翼根外側積層体を加熱して硬化させる硬化工程と、を備え、
    前記積層工程では、前記翼根内側積層体及び前記翼根外側積層体が、前記金属パッチの線膨張係数となるように、前記強化繊維を配向する複合材翼の成形方法。
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