JP6367818B2 - ターボ機械のモノブロックプリフォーム及びブレード - Google Patents

Description

本発明は、タービンエンジンの羽根又はブレードの繊維プリフォーム、さらに、かかるプリフォームを用いて形成される一体型羽根又はブレード、中間ケーシング、及び、かかる羽根又はブレードを含むタービンエンジンに関する。

かかるプリフォームは、空力プラットフォームを有する一体型羽根又はブレードを製造するのに用いることができる。かかる羽根は、具体的には、案内羽根であってもよく、例えば、かかる羽根は、航空機のターボジェットの中間ケーシングに組み込まれていてもよい。

従来のバイパスターボジェットは、空気流を送達するファンを有し、空気流は、圧縮機、燃焼室、そしてタービンエンジンのタービンを対象とする一次流と、さらに、推力の主な部分を送達する、二次流又はバイパス流の両方に分割される。

二次流は、ジェットの外側ケーシングと、タービンエンジンの加熱部分を含有する内側ケーシングとの間に設けられた二次流路内を流れる。これらの２つのケーシングは、ともに接続され、内側ハブと、外側シュラウドと、複数の構成アーム(structural arm)であって、半径方向に延び、内側ハブと外側シュラウドを接続する構成アームとからなる中間ケーシングによって、適所に保持される。タービンエンジンの全体的な動特性から生じる負荷を支持するこれらの構造機能に加えて、一部の構成アームは、中空であり、このため、流体管、電気ケーブル、又は、機械力を伝達する実際の部材などを通るサービスが可能となる。

さらに、かかるタービンエンジンには、ファンからの二次流を整理する目的で、一般に後置静翼（ＯＧＶ）と称する複数の固定羽根からなるガイドノズルが含まれる。

ターボジェットの重量、そして、ターボジェットを構成する部品の数を低減するために、一部の構成アームを案内羽根に代えた、ノズル機能を組み込んだ中間ケーシングが提案されている。しかしながら、かかる羽根は、空力プラットフォーム又は留め具フランジなどのさらなる要素を設ける必要があり、これらの要素は、羽根に取り付けられ、その全重量、関与する部品の数（特に、羽根に要素を固定するのに必要な留め具によるもの）、及びメンテナンスの複雑性を大幅に増加させる。

上述した態様のうちの一部を改善するために、ある特許文献では、内側及び外側プラットフォームにボルトで固定された２つの複合羽根からなる箱の形態をしたモジュールを設計することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、この解決策によって提供される進歩が既に重要であるが、かかる解決策は、多くの数の部品、特に留め具を伴い、更なる重量の節約、さらに、組立て及びメンテナンス時の時間を節約するために、その数を低減することが望ましい。

重量若しくは用いられる部品の数の低減、又は製造方法の単純化についてのかかる課題は、案内羽根によってのみに遭遇するものではなく、これらの課題は、ターボジェットの全種類のブレード又は羽根、特にファンブレードによってより一般にみられるものである。

したがって、上述した公知のシステムに対する固有の欠点を回避する、繊維プリフォーム、羽根、中間ケーシング及びタービンエンジンの現実的な必要性が存在する。

仏国特許出願第２９５６８７６号

本発明は、一体型三次元製織によって得られる、タービンエンジンのブレード又は羽根用の繊維プリフォームであって、このプリフォームは、羽根根元部を形成するのに適した第１の縦方向部分と、第２の縦方向部分であって、第１の縦方向部分を拡張し、エアーフォイル部を形成するのに適した、第２の縦方向部分と、第１の横方向部分であって、第１の縦方向部分と第２の縦方向部分との間の接合部から横方向に延び、第１のプラットフォームを形成するのに適した、第１の横方向部分と、を備える。

本明細書において、「縦方向」、「横方向」、「下部」、「上部」という用語とこれらの派生語は、本願に係るブレード又は羽根の主方向に対して定義され、「軸線方向」、「半径方向」、「接線方向」、「内側」、「外側」という用語とこれらの派生語は、中間ケーシング及びターボエンジンの主軸線に対して定義される。さらに、「上流」及び「下流」という用語は、製織の進行方向(図中の矢印Ｔ)に対して本明細書に用いられる。

このプリフォームによって、羽根根元部と、エアーフォイル部と、プラットフォームとからなる一体型ブレード又は羽根を設計することが可能であり、この一体型構造によって、ともに設計され組み立てられるのに必要な部品の数を大幅に減らすことが可能になる。特に、留め具、したがって、これに関連する重量及びコストが大幅に節約される。

さらに、ブレード又は羽根自体の設計においてプラットフォームを組み込むことによって、より最適化され、余分な厚み、又はブレード若しくは羽根の種々の要素をともに固定するさらなる部品を必要としない部品が生じる。したがって、かかる羽根は、重量がより軽く、このため、操作時に大幅な節約を提供する。金属又はセラミック製の同様の部品と比較して、複合材料の使用の選択によっても、大幅な節約が提供される。

当然、分解に必要な操作が低減するので、かかる一体型ブレード又は羽根のメンテナンスも容易になり、特に、留め具がそれほど多くなく、留め具により接近しやすいので、翼の下で直接動作することが可能である。

特定の実施形態において、プリフォームには、第２の横方向部分であって、第１の横方向部分を拡張しこの第１の横方向部分から延びた、第１の縦方向部分及び第２の縦方向部分の間の接合部から横方向に延び、第２のプラットフォームを形成するのに適した、第２の横方向部分が含まれる。多くの場合、ブレード又は羽根のいずれかの面において気流通路のための全体的に効率化された壁を提供するために、ブレード又は羽根に、圧力側プラットフォーム及び吸収側プラットフォームを提供することが有利である。

特定の実施形態において、第１の横方向部分は、自由端部の少なくとも一部によって形成され、前述の自由端部と前述の第２の縦方向部分は、連結されないように同時に織り込まれ、この非連結は、第１の縦方向部分と第２の縦方向部分との間の接合部において発生する。

かかる非連結は、横方向部分に連続的に対応する自由端部の製織についての利点を、第１の縦方向部分に提供し、これによって、この利点と構造上関連付けられ、第１の縦方向部分は、全体としてブレード又は羽根を支持するように機能するブレード又は羽根根元部を形成し、さらに、第２の縦方向部分であって、エアーフォイル部を形成し、微細であることが必要な第２の縦方向部分に沿って、下流から厚みをとる。したがって、第１の縦方向部分と第２の縦方向部分との間のかかる境界によって、空力部分になる部分から、構造部分になる部分の製織を分離することが可能であり、自由端部の分離が厚さのこのような変化に既に相当寄与している限り、これらの２つの部分間に必要な厚さの推移は、はるかに容易になる。

特定の実施形態において、第２の横方向部分は、類似する方法により作製される。

他の実施形態において、第２の横方向部分と前述の第１の縦方向部分は、連結されないように一緒に織り込まれ、この非連結は、第１の縦方向部分と第２の縦方向部分と間の接合部において終わる。このようにして、製織によって、縦方向部分において第１の横方向部分を作製するのに必要な層を維持しつつ、プラットフォームの製織に専ら関与する層の数を有利に低減することが可能である。

他の実施形態において、第１の横方向部分は、その一方が他方に折り曲げられている第１及び第２の自由端部の少なくとも一部によって形成され、前述の第１の自由端部及び前述の第１の縦方向部分は、同時であるが連結されないように織り込まれ、前述の第２の自由端部及び前述の第２の縦方向部分は、同時であるが連結されないように織り込まれ、第１の自由端部の糸が第２の縦方向部分において延び、そして、第２の自由端部の糸が第１の縦方向部分から生じるように、第１の縦方向部分と第２の縦方向部分との間の接合部において、層交差部が設けられる。第２の横方向部分は、類似する方法により作製される。

特定の用途において、例えば狭い空間に、又は、特定の厚さを保持するエアーフォイル部に挿入されることを可能にするように、例えば、付加的な構造役割を実行するように、非常に微細な羽根根元部を有することが望ましく、かかる状況下では、羽根根元部とエアーフォイル部との間、すなわち、第１の縦方向部分と第２の縦方向部分との間に必要な厚さ推移は、小さいか又は存在し得ない。そして、かかる層交差部は、第１の縦方向部分と第２の縦方向部分との間のかかる厚さ連続性を提供するように有利に機能する。

特定の実施形態において、第２の縦方向部分の糸の層の数、そして、その厚さは、変化する。これによって、その空力性能を改善するように、エアーフォイル部をより微細にすることが可能になる。

特定の実施形態において、プリフォームには、第３の横方向部分及び第４の横方向部分であって、第１の縦方向部分の上流端部のいずれかの面上に横方向に延び、羽根の留め具フランジを形成するのに適した、第３の横方向部分及び第４の横方向部分が含まれ、前述した第３の横方向部分及び第４の横方向部分は、連結されないように同時に織り込まれ、この非連結は、第１の縦方向部分の上流端部において終わる。このプリフォームによって、フランジは、ブレード又は羽根の設計及び製造に組み込まれ、タービンエンジンのブレード又は羽根を固定するように機能し、これによって、上述の利点が増幅される。さらに、フランジは、根元部を拡張するように直接織り込まれ、このため、根元部とフランジの構造接続が強化され、これによって、全体の機械的強度の増加を保証する。

特定の実施形態において、プリフォームは、第２の縦方向部分を拡張し、羽根頭部を形成するのに適した、第３の縦方向部分と、第５の横方向部分であって、第２の縦方向部分と第３の縦方向部分との間の接合部から横方向に延び、第３のプラットフォームを形成するのに適した、第５の横方向部分と、を更に備える。特定の羽根は固定され、流体流通路のすべてにおいて延び、また、かかる状況下では、通路の外壁にプラットフォームを配置する必要もあり得る。このプリフォームは、同様に、羽根の設計及び製造にかかる上部プラットフォームを組み込むように機能し、これによって、上述の利点が増幅される。

特定の実施形態において、第５の横方向部分は、第１の横方向部分において行われたものに類似して、非連結によって得られる。

他の実施形態において、第５の横方向部分は、第１の横方向部分において行われたものに類似して、層交差によって得られる。

特定の実施形態において、プリフォームには、類似する方法で、第２の上部プラットフォームを形成するのに適した第６の横方向部分が含まれ、これによって、１対の上部プラットフォームが提供され、一方のプラットフォームが吸収側にあり、他方のプラットフォームが圧力側にある。

特定の実施形態において、プリフォームには、第７及び第８の横方向部分であって、第３及び第４の横方向部分に類似し、上部フランジを形成するのに適した、第７及び第８の横方向部分が含まれる。

特定の実施形態において、プリフォームの製織に用いられる糸は、炭素繊維を含む。しかしながら、糸は、他の種類の糸、例えば、ガラス繊維又はケブラー(kevlar)繊維を含む糸であってもよい。

特定の実施形態において、プリフォームの三次元製織に用いられる織込みは、三次元連動型織込み(3D interlock type weave)であり得る。しかしながら、通路の外面の製織は、本質的に二次元であってもよく、例えば、サテン型織込みによって織り込まれていてもよい。

本明細書は、根元部と、エアーフォイル部と、羽根根元部とエアーフォイル部との間の接合部においてエアーフォイル部から横方向に延びるプラットフォームと、を備えた、タービンエンジンのブレード又は羽根であって、このブレード又は羽根が、上述した実施形態のうちのいずれかに係る繊維プリフォームによって複合材料の一体型として製造され、前述のプリフォームが、型内で成形され、マトリックス中に埋め込まれる、タービンエンジンのブレード又は羽根にも関する。

少なくとも１つの羽根根元部、エアーフォイル部及びプラットフォームを組み込んだこの一体型構造によって、機械的強度、重量、コスト、分解適応性及び製造容易性の点から、上述の利点が得られる。

特定の実施形態において、マトリックスは、有機系のものである。具体的には、マトリックスは、エポキシ樹脂であってもよい。

他の実施形態において、マトリックスは、セラミック型のものであってもよい。

本発明は、タービンエンジンの中間ケーシングであって、内側ハブと外側シュラウドとの間に角度をなして配置された、上述した実施形態のうちのいずれかに係る複数の羽根を備える、中間ケーシングも提供する。

本明細書は、上述した実施形態のうちのいずれかに係る複数のブレードを有したタービンエンジンファンも提供する。

そして、本明細書は、少なくとも１つのブレード若しくは羽根を含むタービンエンジン、又は、上述した実施形態のうちのいずれかに係る中間ケーシング若しくはファンに関する。

上述の特徴及び利点並びに他のものは、提案されたプリフォーム、ブレード又は羽根、中間ケーシング及びタービンエンジンの実施形態についての次に示す詳細な説明を理解することで明らかになる。この詳細な説明は、添付の図面を参照する。

添付の図面は概略的であり、とりわけ、本発明の原理を示すことを図るものである。

図面において、一方の図から他方の図まで、同一の構成要素（又は構成要素の部分）は、同一の参照符号によって特定される。さらに、異なる実施形態であるが類似した機能を有する実施形態の構成要素形成部分（又は構成要素の部分）は、１００、２００などの増加する参照番号によって図中で特定される。

本発明のタービンエンジンの断面の正面図である。 実施形態における中間ケーシングの正面図である。 第１の実施形態の羽根の斜視図である。 第１の実施形態の羽根に対応するプリフォーム、及びこのプリフォームがどのように成形されるかについて示す図である。 第１の実施形態の羽根に対応するプリフォーム、及びこのプリフォームがどのように成形されるかについて示す図である。 非連結域の単純化された図である。 図４Ａの箱ＶＩに対応するプリフォームの製織についての部分概略図である。 第２の実施形態のプリフォーム、及びこのプリフォームがどのように成形されるかについて示す図である。 第２の実施形態のプリフォーム、及びこのプリフォームがどのように成形されるかについて示す図である。 第３の実施形態のプリフォーム、及びこのプリフォームがどのように成形されるかについて示す図である。 第３の実施形態のプリフォーム、及びこのプリフォームがどのように成形されるかについて示す図である。 層交差の単純化された図である。 層交差の単純化された図である。 第４の実施形態のプリフォーム、及びこのプリフォームがどのように成形されるかについて示す図である。 第４の実施形態のプリフォーム、及びこのプリフォームがどのように成形されるかについて示す図である。 第４の実施形態のプリフォームにおける層の可能性のある構造について示す図である。 第４の実施形態のプリフォームにおける層の可能性のある構造について示す図である。

本発明をより具体的にするために、添付の図面を参照することによって実施形態を以下に詳細に説明する。本発明がこれらの実施形態に限定されないことを想起する必要がある。

図１は、本発明のバイパスターボジェット１の、主軸線Ａを含有する垂直面における断面図である。気流の流れ方向において上流から下流にかけて、バイパスターボジェットは、ファン２と、低圧圧縮機３と、高圧圧縮機４と、燃焼室５と、高圧タービン６と、低圧タービン７と、を備えている。その上流において、このターボジェット１は、２つの同心通路、一次通路Ｉ及び二次通路ＩＩを画定する、外側ケーシング８と内側ケーシング９とを有する。中間ケーシング１０は、外側ケーシング８及び内側ケーシング９をともに接続している。

動作時に、内側ケーシング９は、ファン２によって加速された空気流を、一次流であって、一次通路Ｉを採用し、圧縮機３、４、燃焼室５及びタービン６、７に供給する、一次流と、さらに、二次流であって、ターボジェットから排出されることによってその推力の大部分を送達する二次通路又は「バイパス」通路ＩＩを採用する、二次流の両方に分割する。

図２は、かかる中間ケーシング１０の正面図である。中間ケーシングは、内側ケーシング９に固定された内側ハブ１１と、外側ケーシング８に固定された外側シュラウド１２と、を備えている。内側ハブ１１及び外側シュラウド１２はともに、構成アーム１３によって一次的に半径方向に、後置静翼（ＯＧＶ）２０によって二次的に接続されている。

構成アーム１３は、中空であり、内側ケーシング９に囲まれたジェットのコアと、ジェット１の周囲との間に供給装置を通す機能を有する。かかる供給装置としては、特に、油圧管、空気圧管、電気ケーブル、及び実際の機械力伝達軸が挙げられる。これらの構成アームは、ターボジェット１の軸線Ａに対して６時及び１２時の位置に、すなわち、ターボジェット１の重量によってかけられたほとんどの機械的負荷が蓄積する垂直面に位置していることが好ましい。

図３は、かかる中間ケーシング１０のノズル羽根２０の第１の実施形態を示している。かかる羽根２０は、羽根根元部２１と、エアーフォイル部２２と、羽根頭部２３と、を有する。エアーフォイル部２２は、羽根２０の空力機能を実行する機能を主に有するが、羽根根元部２１及び頭部２３は、羽根２０を固定し、羽根を機械的に保持する機能を主に有する。

羽根根元部２１は、その下端部において、下部留め具フランジ３３及び３４であって、羽根根元部２１に対して実質的に垂直に延び、羽根２０が中間ケーシング１０の内側ハブ１１に固定することが可能な孔３９を備えた、下部留め具フランジを有する。

羽根頭部２３は、その上端部において、上部留め具フランジ３７及び３８であって、羽根頭部２３に対して実質的に垂直に延び、羽根２０が中間ケーシング１０の外側シュラウド１２に固定することが可能な孔３９´を備えた、上部留め具フランジを有する。

また、羽根２０は、圧力側プラットフォーム３１及び吸収側プラットフォーム３２であって、これらのいずれかの側において、羽根根元部２１とエアーフォイル部２２との間の境界で、エアーフォイル部２２に対して実質的に垂直に延びる、圧力側プラットフォーム及び吸収側プラットフォームも有する。これらの下部プラットフォーム３１及び３２は、下部フランジ３３、３４、そして羽根２０の固定に用いられる留め具、具体的にはねじ又はボルトを覆うように機能し、これによって、滑らかで空力的な通路ＩＩの内壁が再構成される。

同様に、羽根２０は、圧力側上部プラットフォーム３５及び吸収側上部プラットフォーム３６であって、これらのいずれかの側において、羽根頭部２３とエアーフォイル部２２との間の境界で、エアーフォイル部２２に対して実質的に垂直に延びる、圧力側上部プラットフォーム及び吸収側上部プラットフォームを有する。これらの上部プラットフォーム３５及び３６は、上部フランジ３７及び３８、そして羽根２０を固定するように機能する留め具、具体的にはねじ又はボルトを覆うように機能し、これによって、滑らかで空力的な通路ＩＩの外壁が再構成される。

この実施形態では、羽根２０は、４つのプラットフォーム３１、３２、３５及び３６と、４つの留め具フランジ３３、３４、３７及び３８を有するが、他の例では、特定のプラットフォーム及び／又は特定のフランジは、中間ケーシング１０の特定の局所的特徴に適合させるか、又は、特定の態様の組立て及びメンテナンスを容易にするために、欠いていてもよい。

図４Ａは、第１の羽根実施形態２０を製造するのに用いられる三次元（３Ｄ）製織プリフォーム４０を示している。図４Ｂは、成形後の同じプリフォーム４０を示している。プリフォーム４０を、製織方向Ｔにおいて上流から下流にかけて、すなわち、図の下部から上部にかけて、以下に説明する。しかしながら、製織は、他方の端部から実行でき、反対方向において実行できることを理解する必要がある。図６も、図４Ａの箱ＶＩにおけるプリフォーム４０の製織についての概略的な本質的構造を示している。

この実施形態において、プリフォーム４０は、三次元連動織込みを用いて、炭素繊維から三次元的に織り込まれる。プリフォーム４０の表面のみ、サテン型織込みを用いて二次元的に（２Ｄ）織り込まれる。

上流端部において、製織は、第１の非連結域Ｄ１であって、第３の横方向部分５３及び第４の横方向部分５４が、非連結面６１の両面において連結されないように同時に織り込まれている、第１の非連結域によって発生する。「横方向」及び「縦方向」という用語が、本願に係る部分の最終位置の関数として本明細書に用いられ、横方向部分が、横方向に折り曲げられる前に、必ず縦方向に織り込まれることを理解する必要がある。

第１の非連結域Ｄ１から下流において、第１の連結域Ｌ１であって、２つの上方ストリップ５３及び５４が、羽根２０の根元部２１を形成する第１の縦方向部分４１として一体化された、第１の連結域が発生する。

かかる非連結を実行することを可能にする製織方法は、近年、三次元製織の分野において周知である。例示を目的として、図５は、単純化されたかかる非連結製織を示している。連結域Ｌにおいて、縦糸ｃの層（図の面に対して垂直）はすべて、横糸ｔ（図の面において移動）によって互いに固定され、これによって、単一のストリップｂ０が形成される。逆に、非連結域Ｄでは、２つのストリップｂ１及びｂ２が同時であるが連結されないように織り込まれ、すなわち、横糸ｔは、非連結面ｐが２つのストリップｂ１とｂ２との間に残されるように、ストリップｂ１及びｂ２のそれぞれにおいて独立している。当然、かかる連結は、縦方向又は横方向において同様かつ良好に行うことができ、そして、縦糸ストランド及び横糸ストランドによっても同様かつ良好である。

この第１の連結域Ｌ１から下流において、第２の非連結域Ｄ２であって、第１の自由端部５０ａ、第２の縦方向部分４２、及び第２の自由端部５０ｂが、連結されないように同時に織り込まれ、それぞれの非連結面６２及び６３によって分離されている、第２の非連結域が発生する。

さらに、この第２の非連結域Ｄ２内において、層出口は、第２の縦方向部分４２と自由端部５０ａ及び５０ｂのそれぞれとの間の織込みＴに沿って、徐々に形成される。その後、これらの層は、第２の縦方向部分４２の下流端部の前に、徐々に再び組み込まれる。

かかる層出口を実行することを可能にする製織方法は、近年、三次元製織の分野において周知である。具体的には、図６において理解することができるように、横糸ｔは、「浮遊」糸と称する特定の縦糸ｃ´を自由にさせ、いずれの横糸ｔにも取り付けられていないので、縦糸ｃ´は「浮遊」しており、その後、切って除去することができる。このようにして、層を完全に又はその一部分を除去することが可能であり、これによって、プリフォームの特定区域の厚さを低減することができる。この実施形態において、これは、第２の縦方向部分４２をより微細にし、そして、第２の縦方向部分から得られるエアーフォイル部２２をより微細にするように機能する。

この項目において、製織が行われる間、これらの層出口が、この実施形態において、プリフォーム４０の内部で形成され、このため、浮遊した糸ｃ´が、一方の面の第２の縦方向部分４２と、他方の面の自由端部５０ａ又は５０ｂとの間に囲まれ、すなわち、その間に隠されることに留意する必要がある。

この第２の非連結域Ｄ２から下流において、上述のストリップ５０ａ、４２及び５０ｂは、羽根２０の頭部２３が形成される第３の縦方向部分４３を形成するように、第２の連結域Ｌ２内に再び一体化される。

そして、この第２の連結域Ｌ２から下流において、第３の非連結域Ｌ３であって、第７及び第８の横方向部分が、非連結面６４を有するように連結されずに同時に織り込まれている、第３の非連結域が発生する。

製織が完了すると、自由端部５０ａ及び５０ｂは、第１の横方向端部５１及び第５の横方向端部５５、並びに第２の横方向端部５２及び第６の横方向端部５６がそれぞれ形成するように切り取られる。その後、これらの４つの端部５１、５５、５２及び５６は、これらの最終横方向位置を占めるように、矢印により表わされているとおりに、外側へ折り曲げられ、これらの４つの端部は、圧力側下部プラットフォーム３１及び吸収側下部プラットフォーム３２、並びに圧力側上部プラットフォーム３５及び吸収側上部プラットフォーム３６をそれぞれ形成するのに用いられる。

自由端部５０ａ及び５０ｂが切り取られると、第２の縦方向部分４２の表面に位置する浮遊した縦糸ｃ´は、接近しやすくなり、切ることができる。

そして、第３の横方向部分５３、第４の横方向部分５４、第７の横方向部分５７及び第８の横方向部分５８は、これらの最終横方向位置を占めるように、矢印により表わされているとおりに、外側へ折り曲げられ、これらは、下部フランジ３３及び３４、並びに上部フランジ３７及び３８を形成するにそれぞれ用いられる。プリフォーム４０のかかる最終構造を図４Ｂに示す。

プリフォーム４０は、より柔軟にし、繊維をより容易に組み立てるために、湿らせる。その後、プリフォームは、プリフォーム４０の所望の形状と一致する内部空間の成形型に挿入される。

次いで、プリフォーム４０を硬化させるように乾燥させ、これによって、成形時に課される形状に固定される。そして、プリフォーム４０を、所望の最終羽根２０の寸法を有した注入型に入れ、マトリックス、この実施形態ではエポキシ樹脂を型に注入する。例示として、かかる注入は、樹脂移送成形（ＲＴＭ）法によって行ってもよい。この工程の終了時に、複合材料羽根２０は、エポキシマトリックス中に埋め込まれている炭素繊維により織り込まれたプリフォーム４０から得られる。必要に応じて、機械加工段階を用いて、工程を完了し、羽根２０を仕上げてもよい。

図７Ａは、上部プラットフォームがないこと以外は第１の羽根実施形態２０に完全に類似する、第２の羽根実施形態を製造するための、第２の実施形態の三次元製織プリフォーム１４０を示している。図７Ｂは、成形後の同じプリフォーム１４０を示している。

このプリフォーム１４０の製織は、第１の実施形態のものに大部分が類似しており、このため、再度完全に説明しない。

このように、製織方向Ｔにおいて上流から下流にかけて、製織は、第１の非連結域Ｄ１、第１の連結域Ｌ１、及び第１の実施形態のものに類似する第２の非連結域Ｄ２によって発生する。一方、第２の非連結域Ｄ２は、第３の非連結域Ｄ３´によって延び、自由端部１５０ａ及び１５０ｂの非連結製織は連続しているが、第３の縦方向部分１４３は、第２の縦方向通路１４２を拡張している。したがって、第３の縦方向部分１４３は、当然、第１の実施形態ほど厚くない。三次元製織の分野において周知である、厚さ推移技術を用いることによって、この効果を補うことが可能である。

そして、この第３の非連結域Ｄ３´から下流において、第４の非連結域Ｄ４´であって、自由端部１５０ａ及び１５０ｂの非連結製織が連続しているが、第３の縦方向部分１４３から得られるストリップが、第７の横方向部分１５７及び第８の横方向部分１５８を形成するように、第１の実施形態のものに類似して分割されている、第４の非連結域が発生する。

この第２のプリフォーム実施形態１４０の成形、及び最終羽根を形成する方法は、同様に、第１の実施形態のものに類似している。プリフォーム１４０の最終構造を図７Ｂに示す。

図８Ａは、第１の羽根実施形態に類似する羽根を製造するのに適した、第３の実施形態の三次元製織プリフォーム２４０を示している。図８Ｂは、成形後の同じプリフォーム２４０を示している。このプリフォーム２４０は、第１のプリフォーム実施形態４０と多くの特徴を共有し、これらの特徴を再度説明しない。プリフォーム２４０を、製織方向Ｔにおいて上流から下流にかけて、すなわち、図の下部から上部の方にかけて説明する。しかしながら、製織は、他方の端部から実行でき、反対方向において実行できることを理解する必要がある。

上流端部において、製織は、第１の非連結域Ｄ１´´であって、第１の横方向部分２５１の第１の自由端部２５１ａ、第３の横方向部分２５３、第４の横方向部分２５４、及び第２の横方向部分２５２の第１の自由端部２５２ａがすべて、それぞれの非連結面２６５、２６１及び２６６と連結されないように、ともに織り込まれている、第１の非連結域によって発生する。

第１の非連結域Ｄ１´´から下流において、第２の非連結域Ｄ２´´であって、第１の横方向部分２５１及び第２の横方向部分２５２の第１の自由端部２５１ａ、２５２ａの非連結製織が連続しているが、第３の横方向部分２５３及び第４の横方向部分２５４から得られるストリップが、羽根２０の根元部２１を形成する第１の縦方向部分２４１において一体化された、第２の非連結域が発生する。

この第２の非連結域Ｄ２´´から下流において、第１の層交差域Ｃ１´´は、第３の非連結域Ｄ３´´との界面を形成し、第１の自由端部２５０ａ、第２の縦方向部分２２２、及び第２の自由端部２５０ｂは、対応する非連結面２６２及び２６３とともに連結されないように同時に織り込まれている。

第１の層交差域Ｃ１´´において、層は、第１の横方向部分２５１及び第２の横方向部分２５２の第１の自由端部２５１ａ及び２５２ａからの糸の層が、第２の縦方向部分２４２の方へ延びるように交差しているが、自由端部２５０ａ及び２５０ｂを構成する糸の層は、第１の縦方向部分２４１から得られる。

このように層が交差することを可能にする製織方法は、近年、三次元製織分野において周知である。例示を目的として、図９Ａは、単純化されたかかる層交差の図である。層交差域Ｃにおいて、上流上部ストリップｍ１において縦糸ｃの層とともに保持している横糸ｔ１は、下流下部ストリップｖ２の縦糸ｃの層によって層交差域Ｃから下流に固定されるように、下方へ迂回するが、上流下部ストリップｍ２の層を固定する横糸ｔ２は、下流上部ストリップｖ１の層をともに固定するように、上方へ迂回する。したがって、層交差域Ｃにおいて、横糸ｔ１及びｔ２は交差する。非連結技術に関係する場合、この層交差技術は、主シートｍ１、ｖ１に確実に取り付けられることを保証して、互いに延びるように、連結されていない２つの端部ｍ２及びｖ２を織り込むことができる。

先の例において、それぞれの層の複数の糸ｔ１及ｔ２は層交差に関係するが、図９Ｂの一つとして他の例において、それぞれの層の糸ｃ１、ｃ２のみが層交差に関係し得る。また、この他の例は、層交差が縦糸ｃ１、ｃ２、及び横糸ｔ１、ｔ２によって、同様かつ良好に実行できることも示す。

図８Ａ及び８Ｂ並びにプリフォーム２４０の製織に戻り、第３の非連結域Ｄ３´´内において、層出口は、第２の縦方向部分２４２と３つの端部２５０ａ及び２５０ｂのそれぞれとの間の織込みＴに沿って、徐々に形成される。これらの層は、その後、第２の縦方向部分２４２の下流端部の前に、徐々に再び再び組み込まれる。

この第３の非連結域Ｄ３´´から下流において、第２の層交差域Ｃ２´´は、第４の非連結域Ｄ４´´との界面を形成し、第５の横方向部分２５５の第２の端部２５５ｂ、第３の縦方向部分２４３、及び第６の横方向部分２５６の第２の自由端部２５６ｂは、それぞれの非連結面２６７、２６４及び２６８と、連結されないように同時に織り込まれている。

第２の層交差域Ｃ２´´において、自由端部２５０ａ及び２５０ｂの糸の層が、第３の縦方向部分２４３の方へ延びるように、層は交差しているが、第１の横方向部分２５５及び第２の横方向部分２５６の第２の自由端部２５５ｂ、２５６ｂを構成する糸の層は、第２の縦方向部分２４２から生じる。

そして、第４の非連結域Ｄ４´´から下流において、第５の非連結域Ｄ５´´であって、第１の横方向部分２５５及び第２の横方向部分２５６の第２の自由端部２５５ｂ、２５６ｂの非連結製織は、連続しているが、第３の縦方向部分２４３から生じるストリップが、第７の横方向部分２５７及び第８の横方向部分２５８を形成するために、第１の実施形態に類似するように分割する、第５の非連結域が発生する。

製織が完了すると、自由端部２５０ａ及び２５０ｂが切り取られ、第１の横方向部分２５１の第２の自由端部２５１ｂ、第５の横方向部分２５５の第１の自由端部２５５ａ、さらに、第２の横方向部分２５２の第２の自由端部２５２ｂ、及び第６の横方向通路２５６の第１の自由端部２５６ａがそれぞれ形成される。

その後、横方向部分２５１、２５２、２５５及び２５６のそれぞれの第１及び第２の自由端部は、これらの最終横方向位置を占めるように、矢印により示されているとおりに、互いの方へ折り曲げられる。接着剤又は縫合は、それぞれの第１の自由端部と第２の自由端部との間に提供され得る。横方向部分２５１、２５２、２５５及び２５６はそれぞれ、圧力側下部プラットフォーム３１及び吸収側下部プラットフォーム３２、並びに、羽根２０の圧力側上部プラットフォーム３５及び吸収側上部プラットフォーム３６を形成する。

自由端部２５０ａ及び２５０ｂが切り取られると、第２の縦方向部分２４２の表面に存在する浮遊糸ｃ´が利用可能になり、切ることができる。

そして、第３の横方向部分２５３、第４の横方向部分２５４、第７の横方向部分２５７、及び第８の横方向部分２５８は、これらの最終横方向位置を占めるように、矢印により示されているとおりに、外側へ折り曲げられ、これらは、下部フランジ３３及び３４、並びに上部フランジ３７及び３８をそれぞれ形成する。

プリフォーム２４０のかかる最終構造を図８Ｂに示す。このプリフォーム２４０から羽根２０を形成する方法は、第１の実施形態のものに類似している。

図１０Ａは、第４の実施形態のブレードを製造することを可能にする、第４の実施形態の三次元製織プリフォーム３４０を示している。上述した３つの第１の実施形態とは異なり、この第４の実施形態は、中間ケーシングの案内羽根ではなく、ファン２のブレードを表している。しかしながら、上述の製織方法は、同様かつ良好に、他の種類のブレード、さらに、他の種類の羽根に適合し得る。かかる状況下では、例えば、３つの第１の実施形態のうちのいずれか１つに類似するように、留め具フランジを提供することが可能である。図１０Ｂは、成形後の同じプリフォーム３４０を示している。

このプリフォーム３４０の製織は、第１の実施形態のものに大部分が類似しており、このため、再度完全に説明しない。主な相違は、プラットフォームの製織にＮ層のみが専ら関与することを可能にする、「中継」構造における非連結使用にあり、上述の実施形態には２Ｎ層が必要である。

したがって、製織方向Ｔにおいて上流から下流にかけて、製織は、第１の非連結域Ｄ１´´´であって、第１の横方向部分３５１及び第１の縦方向部分３４１は、これらの間の非連結面３６５と連結されないように一緒に織り込まれている、第１の非連結域によって発生する。そして、製織時に、第１の横方向部分３５１は、第１の縦方向部分３４１の第１の面（図の右側）に沿って延びる。

第１の非連結域Ｄ１´´´から下流において、第２の非連結域Ｄ２´´´であって、自由端部３５０及び第２の縦方向部分３４２は、これらの間の非連結面３６と連結されないように一緒に織り込まれている、第２の非連結域が発生する。そして、この第２の非連結域Ｄ２´´´において、自由端部３５０は、第２の縦方向部分３４２の第２の面、すなわち、第１の横方向部分３５１とは反対側（図の左側）に沿って延びる。したがって、第１の自由端部３５１の層は第２の縦方向部分３４２に延びるが、自由端部３５０の層は第１の縦方向部分３４１から得られる。

製織が完了すると、第２の横方向部分３５２は、上述の実施形態に類似するように、自由端部３５０を切ることによって得られる。かかる状況下では、第１の横方向部分３５１及び第２の横方向部分３５２は、これらの最終横方向位置を占めるように、図１０Ｂの矢印に沿って外側へ折り曲げられ、これらは、ブレードの圧力側及び吸収側プラットフォームをそれぞれ形成する。

この第４の実施形態によるプリフォーム３４０の成形、及び最終ブレードを形成する方法の他の態様は、同様に、上述の成形及び形成に類似している。プリフォーム３４０の最終構造を図１０Ｂに示す。このプリフォーム３４０がファンブレードを製造するのに用いられるので、プリフォーム３４０には第３の縦方向部分はなく、また、第３及び第４の横方向部分がないことを理解することができる。

種々の層遷移は、非連結域Ｄ１´´´とＤ２´´´との間の界面において提供することができる。図１１Ａに示されている第１の構造において、これらは、単純に連結せず、第１の横方向部分３５１の層は、その最外層を形成するために、第２の縦方向部分３４２へ直線的に延び、同様に、自由端部３５０の層は、第１の縦方向部分３４１の最外層から直線的に得られる。

第１の縦方向部分３４１が、その下端部付近に相当な厚さを提供し、そして、特に層出口の利用によって、第２の縦方向部分３４２の方へ厚くなってもよい点に留意する必要があり得る。これによって、ファンディスクのスロットに搭載できるあり溝形状を提供するように、さらに、第２の縦方向部分３４２から得られるエアーフォイルが適切に薄いことも保証して、この第１の縦方向部分３４１を用い、ブレード根元部を作製することができる。

図１１Ｂは、層交差が非連結域Ｄ１´´´とＤ２´´´との間の界面において提供される、変形例を示している。かかる変形例では、第２の横方向部分３５２又は第１の横方向部分３５１をそれぞれ形成するのに用いられる、第１の縦方向部分３４１又は第２の縦方向部分３４２のそれぞれの最外ストランドのみであり、この例におけるこれらの横方向部分３５１、３５２のストランドのうちの一部は、縦方向部分３４１、３４２のコアに近い層から得られる。かかる交差織込みの使用によって、中継構造において、非連結Ｄ１´´´及びＤ２´´´によって発生可能な不均衡の良好な減衰が提供され、このため、プラットフォームレベルにおける推移は、より滑らかになる。

この第４の実施形態の特定の利点は、プラットフォームの製織に専ら関与する層の数を低減することである。プラットフォームがそれぞれＮ層を有する場合、１つのＮ層厚さのみが、両方のプラットフォームの製織目的で、縦方向部分の層に加えて必要であるが、３つの第１の実施形態には、２倍のＮ層が必要であり、すなわち、２つの面のそれぞれにＮ層が必要である。

層の数のこの低減から直接生じる第１の利点は、より単純な構造の織機の使用、又は、より厚いか若しくはより複雑なブレード又は羽根の製造の可能性である。

さらに、根元部とエアーフォイルとの間の界面における厚さ推移は小さいほど、好ましい。

そして、この製織は、少ない屑しか発生せず、これによって、当然生産コストが低減し、この第４の実施形態では、他の実施形態における２つの自由端部とは異なり、１つの自由端部しか切断する必要がない。

本説明において上述された実施形態は、非限定例によって示されており、本説明に照らして、当業者であれば、本発明の範囲内に入るように、これらの実施形態を容易に変更することができるか、又は、他のものを想定することができる。

さらに、これらの実施形態の種々の特徴は、単独で又は組み合わせて用いることができる。これらの特徴を組み合わせる場合、上述したように、これらの特徴は組み合わせることができ、又は、さらに、本発明は、本明細書に記載されている特定の組合せに限定されない。具体的には、特に断りのない限り、いずれかの一実施形態を参照することによって説明されているいずれの特徴も、類似する方法により、他の実施形態に適用することができる。

Claims (9)

1. 一体型三次元製織によって得られるタービンエンジンのブレード又は羽根の繊維プリフォームであって、
   該繊維プリフォームは、
   根元部（２１）を形成するのに適した第１の縦方向部分（２４１）と、
   該第１の縦方向部分（２４１）を拡張し、エアーフォイル部（２２）を形成するのに適した、第２の縦方向部分（２４２）と、
   前記第１の縦方向部分（２４１）と前記第２の縦方向部分（２４２）との間の接合部から横方向に延び、第１のプラットフォーム（３１）を形成するのに適した、第１の横方向部分（２５１）と、を備える繊維プリフォームにおいて、
   第１の横方向部分（２５１）が、その一方が他方に折り曲げられている第１の自由端部（２５１ａ）及び第２の自由端部（２５１ｂ）の少なくとも一部によって形成され、前記第１の自由端部（２５１ａ）が、第１の縦方向部分（２４１）と一緒に連結されないように織り込まれ、さらに、前記第２の自由端部（２５１ｂ）も、第２の縦方向部分（２４２）と一緒に連結されないように織り込まれ、層交差（Ｃ１´´）が、前記第１の自由端部（２５１ａ）の糸が前記第２の縦方向部分（２４２）に延びるように、そして、前記第２の自由端部（２５１ｂ）の糸が前記第１の縦方向部分（２４１）から生じるように、前記第１の縦方向部分（２４１）と前記第２の縦方向部分（２４２）との間の接合部において提供されることを特徴とする、繊維プリフォーム。
2. 第２の横方向部分（２５２）であって、前記第１の横方向部分（２５１）を拡張し前記第１の横方向部分から延びた、前記第１の縦方向部分（２４１）及び前記第２の縦方向部分（２４２）の間の接合部から横方向に延び、第２のプラットフォーム（３２）を形成するのに適した、前記第２の横方向部分が更に含まれることを特徴とする、請求項１に記載のプリフォーム。
3. 前記第２の縦方向部分（２４２）の糸の層の数、そして、その厚さが変化することを特徴とする、請求項１又は２に記載のプリフォーム。
4. 第３の横方向部分（２５３）及び第４の横方向部分（２５４）であって、前記第１の縦方向部分（２４１）の製織方向（Ｔ）における上流端部のいずれかの面上に横方向に延び、羽根又はブレード（２０）の留め具フランジ（３３、３４）を形成するのに適した、前記第３の横方向部分及び前記第４の横方向部分が含まれ、
   前記第３の横方向部分（２５３）及び前記第４の横方向部分（２５４）が、連結されないように一緒に織り込まれ、非連結（Ｄ１）が、前記第１の縦方向部分（２４１）の上流端部において終わることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプリフォーム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のプリフォームであって、
   該プリフォームが、
   前記第２の縦方向部分（２４２）を拡張し、頭部（２３）を形成するのに適した、第３の縦方向部分（２４３）と、
   前記第２の縦方向部分（２４２）と前記第３の縦方向部分（２４３）との間の接合部から横方向に延び、第３のプラットフォーム（３５）を形成するのに適した、第５の横方向部分（２５５）と、を更に備えることを特徴とする、前記プリフォーム。
6. タービンエンジンのブレード又は羽根であり、該ブレード又は羽根は、
   根元部（２１）と、
   エアーフォイル部（２２）と、
   前記根元部（２１）と前記エアーフォイル部（２２）との間の接合部においてエアーフォイル（２２）から横方向に延びる、プラットフォーム（２３）と、を備える、前記ブレード又は羽根であって、
   前記ブレード又は羽根（２０）が、請求項１〜５のいずれか１項に記載の繊維プリフォーム（４０）によって複合材料の一体型として製造され、前記繊維プリフォーム（４０）が型内で成形され、マトリックス中に埋め込まれることを特徴とする、ブレード又は羽根。
7. ２つの同心通路を画定する、外側ケーシング（８）及び内側ケーシング（９）と接続している、タービンエンジンの中間ケーシングであって、該中間ケーシングが、内側ハブ（１１）と外側シュラウド（１２）との間に角度をなして配置された、請求項６に記載の複数の羽根（２０）を備えることを特徴とする、中間ケーシング。
8. 請求項６に記載の複数のブレード（２）を備えることを特徴とする、タービンエンジンファン。
9. 請求項６に記載の少なくとも１つのブレード若しくは羽根（２０）、又は請求項７に記載の少なくとも１つの中間ケーシング（１０）、又は請求項８に記載の少なくとも１つのファン（２）が含まれることを特徴とする、タービンエンジン。

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