JP6601553B2 - 翼構造体の製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、翼構造体の製造方法に係り、特に、ジェットエンジンに用いられる翼構造体の製造方法に関する。
ジェットエンジンは、圧縮機、タービン等を備えている。これらは、複数の翼を備えた翼構造体から構成されている。圧縮機やタービン等の効率を高めるために、翼構造体の翼面に、誘電体を一対の電極で挟んで形成したプラズマアクチュエータを設けて誘電体バリア放電による誘起気流を生成し、翼周りの空力特性を向上させることが行われている（特許文献１参照）。
特開２００８−１４０５８４号公報
ところで、ジェットエンジンに用いられる圧縮機やタービン等の翼構造体は高温に曝されることから、プラズマアクチュエータは、セラミックスからなるバルクの誘電体を一対の電極で挟んで構成されている。翼構造体の翼形状等は複雑な曲面形状からなるので、硬く変形し難いセラミックスからなるバルクの誘電体の成形加工が困難となり、翼面への誘電体の形成が難しくなる可能性がある。
そこで本開示の目的は、ジェットエンジンに用いられる翼構造体の翼面等に、誘電体バリア放電による誘起気流を生成するためのセラミックスからなる誘電体をより容易に形成することが可能な翼構造体の製造方法を提供することである。
本発明の実施形態に係る翼構造体の製造方法は、ジェットエンジンに用いられる翼構造体の製造方法であって、前記翼構造体は、複数の翼と、前記翼の下端側を支持する支持体と、前記翼の上端側を覆うケースと、を備え、前記翼は、前記翼の長手方向に延びて形成される翼本体と、前記翼本体に設けられ、プラズマを発生させて誘起気流を生成する気流生成部と、を含み、前記気流生成部を形成する工程は、前記翼本体に、第１電極を形成する第１電極形成工程と、前記翼本体に、前記第１電極を覆うようにしてセラミックス粉末を常温衝撃固化して成膜し、誘電体層を形成する誘電体層形成工程と、前記誘電体層の表面に露出させて、前記第１電極と電気的接続されて交流電圧が印加される第２電極を形成する第２電極形成工程と、を有している。
本発明の実施形態に係る翼構造体の製造方法において、前記第１電極形成工程は、前記第１電極を、前記翼本体における前縁側の翼側面に形成し、前記誘電体層形成工程は、前記誘電体層を、前記翼本体における前縁側の翼側面に形成し、前記第２電極形成工程は、前記第２電極を、前記誘電体層における翼本体側と対向する表面に露出させて形成する。
本発明の実施形態に係る翼構造体の製造方法において、前記第１電極形成工程は、前記第１電極を、前記翼本体の翼側面における後縁側の負圧側面から前縁側を通って後縁側の正圧側面まで形成し、前記誘電体層形成工程は、前記誘電体層を、前記翼本体における翼側面の全体に形成し、前記第２電極形成工程は、前記第２電極を、前記誘電体層における翼本体側と対向する表面に露出させて形成する。
本発明の実施形態に係る翼構造体の製造方法において、前記第１電極形成工程は、前記第１電極を、前記翼本体の上端面に形成し、前記誘電体層形成工程は、前記誘電体層を、前記翼本体の上端面に形成し、前記第２電極形成工程は、前記第２電極を、前記誘電体層の側面に露出させて形成する。
本発明の実施形態に係る翼構造体の製造方法において、前記第１電極形成工程は、前記第１電極を、前記翼本体の上端面に形成し、前記誘電体層形成工程は、前記誘電体層を、前記翼本体の上端面に形成し、前記第２電極形成工程は、前記第２電極を、前記誘電体層における翼本体側と対向する表面に露出させて形成する。
本発明の実施形態に係る翼構造体の製造方法において、前記気流生成部を形成する工程は、前記誘電体層の表面に露出させると共に、前記第２電極と離間させて、前記第１電極と電気的接続されて直流電圧が印加される第３電極を形成する第３電極形成工程を有している。
本発明の実施形態に係る翼構造体の製造方法は、ジェットエンジンに用いられる翼構造体の製造方法であって、前記翼構造体は、複数の翼と、前記翼の下端側を支持する支持体と、前記翼の上端側を覆うケースと、を備え、前記翼は、前記翼の長手方向に延びて形成される翼本体を有し、前記ケースは、前記翼の上端側を覆うケース本体を有し、前記翼本体と前記ケース本体とに、プラズマを発生させて誘起気流を生成する気流生成部が設けられており、前記気流生成部を形成する工程は、前記翼本体の上端面に、第１電極を形成する第１電極形成工程と、前記翼本体の上端面に、前記第１電極を覆うようにしてセラミックス粉末を常温衝撃固化して成膜し、誘電体層を形成する誘電体層形成工程と、前記ケース本体における前記誘電体層と対向する表面に露出させて、前記第１電極と電気的接続されて交流電圧が印加される第２電極を形成する第２電極形成工程と、を有する。
本発明の実施形態に係る翼構造体の製造方法において、前記気流生成部を形成する工程は、前記ケース本体における前記誘電体層と対向する表面に露出させると共に、前記第２電極と離間させて、前記第１電極と電気的接続されて直流電圧が印加される第３電極を形成する第３電極形成工程を有する。
本発明の実施形態に係る翼構造体の製造方法は、ジェットエンジンに用いられる翼構造体の製造方法であって、前記翼構造体は、複数の翼と、前記翼の下端側を支持する支持体と、前記翼の上端側を覆うケースと、を備え、前記翼は、前記翼の長手方向に延びて形成される翼本体を有し、前記支持体は、前記翼の下端側を支持する支持体本体を有し、前記翼本体と前記支持体本体とに、プラズマを発生させて誘起気流を生成する気流生成部が設けられており、前記気流生成部を形成する工程は、前記翼本体の翼側面から前記支持体本体の翼側表面に、第１電極を形成する第１電極形成工程と、前記翼本体の翼側面から前記支持体本体の翼側表面に、前記第１電極を覆うようにしてセラミックス粉末を常温衝撃固化して成膜し、誘電体層を形成する誘電体層形成工程と、前記誘電体層における翼本体側及び支持体本体側と対向する表面に露出させて、前記第１電極と電気的接続されて交流電圧が印加される第２電極を形成する第２電極形成工程と、を有する。
本発明の実施形態に係る翼構造体の製造方法において、前記気流生成部を形成する工程は、前記誘電体層における翼本体側及び支持体本体側と対向する表面に露出させると共に、前記第２電極と離間させて、前記第１電極と電気的接続されて直流電圧が印加される第３電極を形成する第３電極形成工程を有する。
本発明の実施形態に係る翼構造体の製造方法において、前記誘電体層形成工程は、前記誘電体層を、エアロゾルデポジション法により形成する。
上記構成によれば、翼本体等に、セラミック粉末を常温衝撃固化して成膜し、誘電体層を形成することから、容易に誘電体層を形成することが可能となる。
本発明の第１実施形態において、ジェットエンジンの構成を示す図である。 本発明の第１実施形態において、翼構造体の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態において、翼の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態において、翼構造体の製造方法における気流生成部を形成する工程を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態において、翼の構成を示す図である。 本発明の第３実施形態において、翼の構成を示す図である。 本発明の第４実施形態において、翼の構成を示す図である。 本発明の第５実施形態において、翼とケースとの構成を示す図である。 本発明の第６実施形態において、翼と支持体との構成を示す図である。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について図面を用いて詳細に説明する。まず、航空機用ターボファンエンジン等のジェットエンジンについて説明する。図１は、ジェットエンジン８の構成を示す図である。ジェットエンジン８は、圧縮機やタービン等を備えている。圧縮機やタービン等は、複数の翼を備えた翼構造体で構成されている。
図２は、翼構造体１０の構成を示す図である。なお、図２において、Ｆは、ジェットエンジン８の軸方向における作動流体の上流側を示しており、Ｒは、ジェットエンジン８の軸方向における作動流体の下流側を示している。翼構造体１０は、複数の翼１２と、翼１２の基端側となる下端側を支持する支持体１４と、翼１２の上端側を覆うケース１６と、を備えている。支持体１４は、翼１２の下端側を支持する支持体本体１４ａを備えている。支持体１４は、例えば、回転可能なディスク等で構成されている。ケース１６は、翼１２の上端側を覆い、翼１２と離間させて設けられ、円筒状等に形成されたケース本体１６ａを備えている。翼１２と、支持体１４と、ケース１６とは、アルミニウム合金、チタン合金、ニッケル合金等の金属材料や、ＳｉＣマトリックスをＳｉＣ繊維で強化したＳｉＣ／ＳｉＣ複合材料等のセラミックス基複合材料（ＣＭＣ）等のセラミックスで形成されている。
図３は、翼１２の構成を示す図である。翼１２は、翼本体２０と、翼本体２０に設けられる気流生成部２２と、を含んでいる。翼１２は、翼１２の長手方向（ジェットエンジン８の径方向）に延びて形成される翼本体２０を備えている。翼本体２０は、作動流体の上流側となる前縁２０ａと、作動流体の下流側となる後縁２０ｂとの間に、凹面状に形成された正圧側面２０ｃと、凸面状に形成された負圧側面２０ｄとを有している。翼本体２０の翼側面は、３次元的な曲面形状で構成されている。
気流生成部２２は、翼本体２０に設けられ、プラズマを発生させて誘起気流を生成する機能を有している。気流生成部２２は、第１電極２４と、誘電体層２６と、第２電極２８と、第３電極３０と、を有しており、誘電体バリア放電により誘起気流を生成する、いわゆるプラズマアクチュエータとしての機能を備えている。
第１電極２４は、翼本体２０に設けられ、翼本体２０における前縁２０ａ側の翼側面に形成されている。第１電極２４は、例えば、翼本体２０における前縁２０ａ側の正圧側面２０ｃから負圧側面２０ｄに設けられており、翼本体２０における前縁２０ａ側の上端から下端の長手方向に沿って形成されている。第１電極２４は、誘電体層２６における翼本体２０側に埋設されており、接地されている。第１電極２４は、金属材料等の導電性材料で形成されており、例えば、アルミニウム合金、チタン合金、ニッケル合金等で形成されている。第１電極２４の厚みは、例えば、約１μｍである。
誘電体層２６は、翼本体２０に設けられ、第１電極２４を覆うようにしてセラミックス粉末を常温衝撃固化して成膜したセラミックス膜で形成されている。誘電体層２６は、翼本体２０における前縁２０ａ側の翼側面に設けられている。誘電体層２６は、例えば、翼本体２０における前縁２０ａ側の正圧側面２０ｃから負圧側面２０ｄに設けられており、翼本体２０における前縁２０ａ側の上端から下端の長手方向に沿って形成されている。誘電体層２６の外表面は、空力特性を高めるために、翼本体２０の正圧側面２０ｃ及び負圧側面２０ｄと連続面で構成されているとよい。
誘電体層２６は、セラミックス粉末を常温衝撃固化したセラミックス膜で形成されている。このセラミックス膜は、セラミックス粉末に常温で衝撃を与えることにより、セラミックス粉末を破砕、変形させて形成される緻密化したセラミックス膜である。誘電体層２６をこのセラミックス膜で形成することにより、耐熱性（温度耐久性）と絶縁耐力（絶縁耐久性）とを高めることができる。セラミックス膜には、イットリア（Ｙ２Ｏ３）膜、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）膜等を適用可能である。
誘電体層２６は、プラズマを発生させるために必要な印加電圧に対して絶縁耐力を備える厚みで形成されている。例えば、印加電圧が１０ｋＶｐｐＡＣである場合には、誘電体層２６の厚みは、約１００μｍである。なお、誘電体層２６をアルミナ等のセラミックスのバルク体で形成する場合には、誘電体層２６の厚みは約１ｍｍ必要であるが、セラミックス粉末を常温衝撃固化したセラミックス膜は緻密であることから、誘電体層２６の厚みを薄くすることができる。
第２電極２８は、誘電体層２６の表面に露出させて設けられ、第１電極２４と電気的接続されて交流電圧が印加される。第２電極２８は、誘電体層２６における翼本体２０側と対向する表面に露出させて設けられており、誘電体層２６の外表面に露出させて形成されている。第２電極２８は、例えば、誘電体層２６の正圧側面２０ｃ側に設けられており、誘電体層２６における上端から下端の長手方向に沿って形成されている。第２電極２８は、空力特性を向上させるために、第２電極２８の表面を露出させた状態で誘電体層２６に埋設されるようにしてもよい。第２電極２８は、第１電極２４と同様の導電性材料で形成されている。第２電極２８の厚みは、例えば、約１μｍである。第２電極２８は、第１電極２４と、交流電源（図示せず）を介してケーブル等で電気的接続されている。第２電極２８に交流電圧を印加することにより、プラズマを発生させて誘起気流を生成することができる。
第３電極３０は、誘電体層２６の表面に露出させて設けられ、第２電極２８と離間させて形成され、第１電極２４と電気的接続されて直流電圧が印加される。第３電極３０は、誘電体層２６における翼本体２０側と対向する表面に露出させて設けられており、誘電体層２６の外表面に露出させて形成されている。第３電極３０は、例えば、誘電体層２６の負圧側面２０ｄ側に設けられており、誘電体層２６の上端から下端の長手方向に沿って形成されている。第３電極３０は、空力特性を向上させるために、第３電極３０の表面を露出させた状態で誘電体層２６に埋設されるようにしてもよい。第３電極３０は、第１電極２４と同様の導電性材料で形成されている。第３電極３０の厚みは、例えば、約１μｍである。第３電極３０は、第１電極２４と、直流電源（図示せず）を介してケーブル等で電気的接続されている。第３電極３０に直流電圧を印加することにより、プラズマにより発生した誘起気流の大きさや方向を変えることができる。第３電極３０には、正や負の直流電圧を印加することが可能である。
次に、翼構造体１０の製造方法について説明する。翼構造体１０の製造方法は、気流生成部２２を形成する工程を備えている。図４は、翼構造体１０の製造方法における気流生成部２２を形成する工程を示すフローチャートである。気流生成部２２を形成する工程は、第１電極形成工程（Ｓ１０）と、誘電体層形成工程（Ｓ１２）と、第２電極形成工程（Ｓ１４）と、第３電極形成工程（Ｓ１６）と、を有している。
第１電極形成工程（Ｓ１０）は、翼本体２０に、第１電極２４を形成する工程である。第１電極２４は、翼本体２０における前縁２０ａ側の翼側面に形成される。第１電極２４については、スパッタリング等の物理蒸着法（ＰＶＤ法）や、後述するエアロゾルデポジション法等で導電性材料を成膜して形成することが可能である。翼本体２０が金属材料等の導電性材料で形成されている場合には、絶縁を確保するために、翼本体２０と第１電極２４との間に、アルミナ等のセラミックスからなる絶縁層（図示せず）を設けるとよい。絶縁層（図示せず）については、第１電極２４と同様の成膜方法で形成することが可能である。
誘電体層形成工程（Ｓ１２）は、翼本体２０に、第１電極２４を覆うようにしてセラミックス粉末を常温衝撃固化して成膜し、誘電体層２６を形成する工程である。誘電体層２６は、翼本体２０における前縁２０ａ側の翼側面に形成される。誘電体層２６については、イットリア（Ｙ２Ｏ３）やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックス粉末をエアロゾル化して常温衝撃固化現象により成膜するエアロゾルデポジション法、エアロゾル化ガスデポジション法等の成膜方法により形成することができる。
例えば、エアロゾルデポジション法は、常温（例えば１０℃から３０℃）、減圧雰囲気中で、原料粉末とガスとを混合したエアロゾルを基体に向けて高速で噴射することにより、基体に被膜を成膜する方法である。この被膜は、常温衝撃固化現象により緻密に形成される。成膜時の圧力については、例えば、５ｋＰａから５０ｋＰａである。原料粉末の平均粒径については、例えば、０．１μｍから１μｍである。エアロゾルデポジション法による成膜装置については、基体に被膜を成膜するためのチャンバと、チャンバ内を排気するための排気ポンプと、原料粉末とガスとを混合したエアロゾルを供給するためのエアロゾル供給器と、エアロゾルを噴射するためのノズルと、を備えた公知の装置を用いることが可能である。チャンバのサイズについては、例えば、縦が約５０ｃｍ、横が約５０ｃｍ、高さが約５０ｃｍである。
エアロゾルデポジション法等の成膜方法によれば、溶射法よりも緻密な被膜を形成することが可能であり、スパッタリング等の物理蒸着法（ＰＶＤ法）よりも速い成膜速度で緻密な被膜を形成することができる。また、セラミックスのバルク体を翼面に適用する場合には、バルク体が硬質なため３次元的な曲面形状の加工が困難であるが、エアロゾルデポジション法等の成膜方法によれば、３次元的な曲面形状を有する翼面にも容易にセラミックス膜を形成することができる。更に、誘電体層２６が、セラミックス粉末を常温衝撃固化したセラミックス膜で形成されていることから、樹脂フィルム等で形成されている場合と異なり、ジェットエンジンの運転でセラミックス膜に摩耗が生じた場合でも、エアロゾルデポジション法等により容易に補修することができる。
第２電極形成工程（Ｓ１４）は、誘電体層２６の表面に露出させて、第１電極２４と電気的接続されて交流電圧が印加される第２電極２８を形成する工程である。第２電極２８は、誘電体層２６における翼本体２０側と対向する表面に露出させて形成される。第２電極２８については、第１電極２４と同様の成膜方法により導電性材料を成膜して形成することが可能である。
第３電極形成工程（Ｓ１６）は、誘電体層２６の表面に露出させると共に、第２電極２８と離間させて、第１電極２４と電気的接続されて直流電圧が印加される第３電極３０を形成する工程である。第３電極３０は、誘電体層２６における翼本体２０側と対向する表面に露出させて形成される。第３電極３０については、第１電極２４と同様の成膜方法により導電性材料を成膜して形成することが可能である。
なお、翼本体２０、支持体本体１４ａ及びケース本体１６ａの形成方法については、ジェットエンジンの圧縮機やタービン等における圧縮機翼、タービン翼、ケース、ディスク等の一般的な形成方法を用いることができる。例えば、翼本体２０を金属材料で形成する場合には、一方向凝固鋳造や単結晶鋳造等により形成することが可能である。また、これらの部品をセラミックス基複合材料（ＣＭＣ）で形成する場合には、セラミックス繊維でプリフォームを形成し、マトリックス用ポリマを含浸した後に焼成してセラミックス化すればよい。マトリックスの形成には、気相含浸法や固相含浸法等を用いることも可能である。
次に、気流生成部２２の作用について説明する。交流電源（図示せず）により、第１電極２４と第２電極２８とを通して誘電体層２６に高周波で高電圧の交流電圧（例えば、１０ｋＶｐｐ、１０ｋＨｚ程度）を印加することで、放電が起こりプラズマが発生する。これにより、第２電極２８側から第１電極２４側に向けて噴流状の誘起気流が生成する。更に、直流電源（図示せず）により、第３電極３０に直流電圧を印加することで、誘起気流の大きさや向きを変えることができる。このように、翼１２の前縁２０ａ側に誘起気流を生成させることで、翼面における気流の剥離を抑制することが可能となる。
なお、気流生成部２２については、第３電極３０を設けずに、第１電極２４と、誘電体層２６と、第２電極２８とから構成することも可能である。これにより、気流生成部２２の形成が容易になる。
以上、上記構成によれば、翼の前縁側に気流生成部を有していることから、翼の前縁側に誘起気流を生成させることで、翼面における気流の剥離を抑制して空力特性を向上させることができる。
上記構成によれば、翼本体に、セラミックス粉末を常温衝撃固化して成膜し、誘電体層を形成することから、複雑で３次元的な翼形状に対しても容易に誘電体層を形成することが可能となる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について図面を用いて詳細に説明する。本発明の第２実施形態では、第１実施形態と気流生成部の構成が相違する。図５は、翼３２の構成を示す図である。なお、同一の要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。翼３２は、翼本体２０と、翼本体２０に設けられる気流生成部３４と、を含んでいる。
気流生成部３４は、翼本体２０に設けられ、プラズマを発生させて誘起気流を生成する機能を有している。気流生成部３４は、第１電極３６と、誘電体層３８と、第２電極４０と、第３電極４２と、を有している。
第１電極３６は、翼本体２０に設けられ、翼本体２０の後縁２０ｂ側の負圧側面２０ｄから前縁２０ａを通って後縁２０ｂ側の正圧側面２０ｃまで形成されている。第１電極３６は、翼本体２０における上端から下端の長手方向に沿って形成されている。第１電極３６は、誘電体層３８の翼本体２０側に埋設され、接地されている。
誘電体層３８は、翼本体２０に設けられ、第１電極３６を覆うようにして、セラミックス粉末を常温衝撃固化して成膜したセラミックス膜で形成されている。誘電体層３８は、翼本体２０における翼側面の全体に設けられており、翼本体２０における翼側面の全周に形成されている。
第２電極４０は、誘電体層３８の表面に露出させて設けられ、誘電体層３８における翼本体２０側と対向する表面に露出させて形成されている。第２電極４０は、第１電極３６と電気的接続されて交流電圧が印加される。第２電極４０は、誘電体層３８の外表面に露出させて設けられている。第２電極４０は、例えば、誘電体層３８における後縁２０ｂの正圧側面２０ｃ側に設けられており、誘電体層３８における上端から下端の長手方向に沿って形成されている。第２電極４０は、第１電極３６と、交流電源（図示せず）を介してケーブル等で電気的接続されている。第２電極４０に交流電圧を印加することにより、プラズマを発生させて誘起気流を生成することができる。
第３電極４２は、誘電体層３８の表面における翼本体２０側と対向する面に露出させて設けられており、第２電極４０と離間させて形成され、第１電極３６と電気的接続されて直流電圧が印加される。第３電極４２は、誘電体層３８の外表面に露出させて設けられている。第３電極４２は、例えば、誘電体層３８における後縁２０ｂの負圧側面２０ｄ側に設けられており、誘電体層３８の上端から下端の長手方向に沿って形成されている。第３電極４２は、第１電極３６と、直流電源（図示せず）を介してケーブル等で電気的接続されている。第３電極４２に直流電圧を印加することにより、プラズマにより発生した誘起気流の大きさや方向を変えることができる。第３電極４２には、正や負の直流電圧を印加することが可能である。
次に、第２実施形態の翼構造体の製造方法における気流生成部３４の形成工程について説明する。第１電極形成工程では、第１電極３６を、翼本体２０の翼側面における後縁２０ｂ側の負圧側面２０ｄから前縁２０ａ側を通って後縁２０ｂ側の正圧側面２０ｃまで形成する。誘電体層形成工程では、第１電極３６を覆うようにしてセラミックス粉末を常温衝撃固化して成膜し、誘電体層３８を、翼本体２０における翼側面の全体に形成する。第２電極形成工程は、第２電極４０を、誘電体層３８における翼本体２０側と対向する表面に露出させて形成する。第３電極形成工程では、誘電体層３８の表面に露出させると共に、第２電極４０と離間させて、第１電極３６と電気的接続されて直流電圧が印加される第３電極４２を形成する。なお、第１電極３６、誘電体層３８、第２電極４０及び第３電極４２の材質、厚み、成膜方法については、第１実施形態と同様であるので詳細な説明を省略する。
次に、気流生成部３４の作用について説明する。交流電源（図示せず）により、第１電極３６と第２電極４０とを通して誘電体層３８に高周波で高電圧の交流電圧（例えば、１０ｋＶｐｐ、１０ｋＨｚ程度）を印加することで、放電が起こりプラズマが発生する。これにより、第２電極４０側から第１電極３６側に向けて噴流状の誘起気流が生成する。更に、直流電源（図示せず）により、第３電極４２に直流電圧を印加することで、誘起気流の大きさや向きを変えることができる。このように、翼３２の前縁２０ａ側から後縁２０ｂ側に誘起気流を生成させることで、翼面における気流の剥離を抑制することが可能となる。
なお、気流生成部３４については、第３電極４２を設けずに、第１電極３６と、誘電体層３８と、第２電極４０とから構成することも可能である。これにより、気流生成部３４の形成が容易になる。
以上、上記構成によれば、翼側面全体に気流生成部を有していることから、翼の前縁側から後縁側に誘起気流を生成させることで、翼面における気流の剥離を抑制して空力特性を向上させることができる。また、上記構成によれば、セラミックス粉末を常温衝撃固化して成膜し、誘電体層を形成することから、第１実施形態と同様の効果を奏する。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について図面を用いて詳細に説明する。本発明の第３実施形態では、第１、２実施形態と気流生成部の構成が相違する。図６は、翼４４の構成を示す図である。なお、同一の要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。翼４４は、翼本体２０と、翼本体２０に設けられる気流生成部４６と、を含んでいる。
気流生成部４６は、翼本体２０に設けられ、プラズマを発生させて誘起気流を生成する機能を有している。気流生成部４６は、第１電極４８と、誘電体層５０と、第２電極５２と、を有している。
第１電極４８は、翼本体２０の上端面に形成されている。第１電極４８は、例えば、翼本体２０における上端面の中央部に形成される。第１電極４８は、誘電体層５０の翼本体２０側に埋設され、接地されている。
誘電体層５０は、翼本体２０の上端面に設けられ、第１電極４８を覆うようにして、セラミックス粉末を常温衝撃固化して成膜したセラミックス膜で形成されている。誘電体層５０は、例えば、翼本体２０の上端面における前縁２０ａ側から後縁２０ｂ側の全面に形成されている。
第２電極５２は、誘電体層５０の側面に露出させて設けられており、第１電極４８と電気的接続されて交流電圧が印加される。第２電極５２は、誘電体層５０における翼側面側の外表面に設けられている。第２電極５２は、例えば、誘電体層５０の正圧側面２０ｃ側に形成される。第２電極５２は、第１電極４８と、交流電源（図示せず）を介してケーブル等で電気的接続されている。第２電極５２に交流電圧を印加することにより、プラズマを発生させて誘起気流を生成することができる。
次に、第３実施形態の翼構造体の製造方法における気流生成部４６の形成工程について説明する。第１電極形成工程では、第１電極４８を、翼本体２０の上端面に形成する。誘電体層形成工程では、第１電極４８を覆うようにしてセラミックス粉末を常温衝撃固化して成膜し、誘電体層５０を翼本体２０の上端面に形成する。第２電極形成工程では、第２電極５２を、誘電体層５０の側面に露出させて形成する。なお、第１電極４８、誘電体層５０及び第２電極５２の材質、厚み、成膜方法については、第１実施形態と同様であるので詳細な説明を省略する。
次に、気流生成部４６の作用について説明する。交流電源（図示せず）により、第１電極４８と第２電極５２とを通して誘電体層５０に高周波で高電圧の交流電圧（例えば、１０ｋＶｐｐ、１０ｋＨｚ程度）を印加することで、放電が起こりプラズマが発生する。これにより、第２電極５２側から第１電極４８側に向けて噴流状の誘起気流が生成する。このように、翼４４の上端面側に誘起気流を生成させることで、翼４４とケース１６との間の隙間からの作動流体の漏れを抑制することが可能となる。
なお、気流生成部４６を形成する工程は、誘電体層５０の側面に露出させると共に、第２電極５２と離間させて、第１電極４８と電気的接続されて直流電圧が印加される第３電極（図示せず）を形成する第３電極形成工程を有していてもよい。気流生成部４６が第３電極（図示せず）を有していることにより、第３電極（図示せず）に直流電源を介して直流電圧を印加して、プラズマにより発生した誘起気流の大きさや方向を変えることができる。
以上、上記構成によれば、翼の上端面側に気流生成部を有していることから、翼の上端面側に誘起気流を生成させることで、翼とケースとの間の隙間からの作動流体の漏れを抑制して空力特性を向上させることができる。また、上記構成によれば、セラミックス粉末を常温衝撃固化して成膜し、誘電体層を形成することから、第１実施形態と同様の効果を奏する。
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について図面を用いて詳細に説明する。本発明の第４実施形態では、第１から第３実施形態と気流生成部の構成が相違する。図７は、翼５４の構成を示す図である。なお、同一の要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。翼５４は、翼本体２０と、翼本体２０に設けられる気流生成部５６と、を含んでいる。
気流生成部５６は、翼本体２０に設けられ、プラズマを発生させて誘起気流を生成する機能を有している。気流生成部５６は、第１電極５８と、誘電体層６０と、第２電極６２と、第３電極６３と、を有している。
第１電極５８は、翼本体２０の上端面に形成されている。第１電極５８は、例えば、翼本体２０における上端面の中央部に形成される。第１電極５８は、誘電体層５０の翼本体２０側に埋設され、接地されている。
誘電体層６０は、翼本体２０の上端面に設けられ、第１電極５８を覆うようにして、セラミックス粉末を常温衝撃固化して成膜したセラミックス膜で形成されている。誘電体層６０は、例えば、翼本体２０の上端面における前縁２０ａ側から後縁２０ｂ側の全面に形成されている。
第２電極６２は、誘電体層６０における翼本体２０側と対向する表面に露出させて設けられており、第１電極５８と電気的接続されて交流電圧が印加される。第２電極６２は、誘電体層６０の外表面であって、翼本体２０の上端面と反対側に露出させて設けられている。第２電極６２は、例えば、誘電体層６０の負圧側面２０ｄ側に設けられている。第２電極６２は、第１電極５８と、交流電源（図示せず）を介してケーブル等で電気的接続されている。第２電極６２に交流電圧を印加することにより、プラズマを発生させて誘起気流を生成することができる。
第３電極６３は、誘電体層６０における翼本体２０側と対向する表面に露出させて設けられており、第２電極６２と離間させて形成され、第１電極５８と電気的接続されて直流電圧が印加される。第３電極６３は、誘電体層６０の外表面であって、翼本体２０の上端面と反対側に露出させて設けられている。第３電極６３は、例えば、誘電体層６０の正圧側面２０ｃ側に設けられている。第３電極６３は、第１電極５８と、直流電源（図示せず）を介してケーブル等で電気的接続されている。第３電極６３に直流電圧を印加することにより、プラズマにより発生した誘起気流の大きさや方向を変えることができる。第３電極６３には、正や負の直流電圧を印加することが可能である。
次に、第４実施形態の翼構造体の製造方法における気流生成部５６を形成する工程について説明する。第１電極形成工程では、第１電極５８を、翼本体２０の上端面に形成する。誘電体層形成工程では、第１電極５８を覆うようにしてセラミックス粉末を常温衝撃固化して成膜し、誘電体層６０を、翼本体２０の上端面に形成する。第２電極形成工程では、第２電極６２を、誘電体層６０における翼本体２０側と対向する表面に露出させて形成する。第３電極形成工程では、誘電体層６０に露出させると共に、第２電極６２と離間させて、第１電極５８と電気的接続されて直流電圧が印加される第３電極６３を形成する。なお、第１電極５８、誘電体層６０、第２電極６２及び第３電極６３の材質、厚み、成膜方法については、第１実施形態と同様であるので詳細な説明を省略する。
次に、気流生成部５６の作用について説明する。交流電源（図示せず）により、第１電極５８と第２電極６２とを通して誘電体層６０に高周波で高電圧の交流電圧（例えば、１０ｋＶｐｐ、１０ｋＨｚ程度）を印加することで、放電が起こりプラズマが発生する。これにより、第２電極６２側から第１電極５８側に向けて噴流状の誘起気流が生成する。更に、直流電源（図示せず）により、第３電極６３に直流電圧を印加することで、誘起気流の大きさや向きを変えることができる。このように、翼５４の上端面側に誘起気流を生成させることで、翼５４とケース１６との間の隙間からの作動流体の漏れを抑制することが可能となる。
なお、気流生成部５６については、第３電極６３を設けずに、第１電極５８と、誘電体層６０と、第２電極６２とから構成することも可能である。これにより、気流生成部５６の形成が容易になる。
以上、上記構成によれば、翼の上端面側に気流生成部を有していることから、翼の上端面側に誘起気流を生成させることで、翼とケースとの間の隙間からの作動流体の漏れを抑制して空力特性を向上させることができる。また、上記構成によれば、セラミックス粉末を常温衝撃固化して成膜し、誘電体層を形成することから、第１実施形態と同様の効果を奏する。
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について図面を用いて詳細に説明する。本発明の第５実施形態では、第１から第４実施形態と気流生成部の構成が相違する。図８は、翼６４とケース６５との構成を示す図である。なお、同一の要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
気流生成部６６は、翼本体２０とケース本体１６ａとに設けられ、プラズマを発生させて誘起気流を生成する機能を有している。気流生成部６６は、第１電極６８と、誘電体層７０と、第２電極７２と、第３電極７４と、を有している。
第１電極６８は、翼本体２０の上端面に形成されている。第１電極６８は、例えば、翼本体２０における上端面の中央部に形成される。第１電極６８は、誘電体層７０の翼本体２０側に埋設され、接地されている。
誘電体層７０は、翼本体２０の上端面に設けられ、第１電極６８を覆うようにして、セラミックス粉末を常温衝撃固化して成膜したセラミックス膜で形成されている。誘電体層７０は、例えば、翼本体２０の上端面における前縁２０ａ側から後縁２０ｂ側の全面に形成されている。
第２電極７２は、ケース本体１６ａにおける誘電体層７０と対向する表面に露出させて設けられており、第１電極６８と電気的接続されて交流電圧が印加される。第２電極７２は、例えば、ケース本体１６ａにおける誘電体層７０の前縁２０ａ側と対向する表面に設けられている。第２電極７２は、第１電極６８と、交流電源（図示せず）を介してケーブル等で電気的接続されている。第２電極７２に交流電圧を印加することにより、プラズマを発生させて誘起気流を生成することができる。
第３電極７４は、ケース本体１６ａにおける誘電体層７０と対向する表面に露出させて設けられており、第２電極７２と離間させて形成され、第１電極６８と電気的接続されて直流電圧が印加される。第３電極７４は、例えば、ケース本体１６ａにおける誘電体層７０の後縁２０ｂ側と対向する表面に設けられている。第３電極７４は、第１電極６８と、直流電源（図示せず）を介してケーブル等で電気的接続されている。第３電極７４に直流電圧を印加することにより、プラズマにより発生した誘起気流の大きさや方向を変えることができる。第３電極７４には、正や負の直流電圧を印加することが可能である。
次に、第５実施形態の翼構造体の製造方法における気流生成部６６を形成する工程について説明する。第１電極形成工程では、翼本体２０の上端面に、第１電極６８を形成する。誘電体層形成工程では、第１電極６８を覆うようにしてセラミックス粉末を常温衝撃固化して成膜し、誘電体層７０を翼本体２０の上端面に形成する。第２電極形成工程では、ケース本体１６ａにおける誘電体層７０と対向する表面に露出させて、第１電極６８と電気的接続されて交流電圧が印加される第２電極７２を形成する。第３電極形成工程では、ケース本体１６ａにおける誘電体層７０と対向する表面に露出させると共に、第２電極７２と離間させて、第１電極６８と電気的接続されて直流電圧が印加される第３電極７４を形成する。なお、第１電極６８、誘電体層７０、第２電極７２及び第３電極７４の材質、厚み、成膜方法については、第１実施形態と同様であるので詳細な説明を省略する。
次に、気流生成部６６の作用について説明する。交流電源（図示せず）により、第１電極６８と第２電極７２とを通して誘電体層７０に高周波で高電圧の交流電圧（例えば、１０ｋＶｐｐ、１０ｋＨｚ程度）を印加することで、放電が起こり、プラズマが発生する。これにより、第２電極７２側から第１電極６８側に向けて噴流状の誘起気流が生成する。更に、直流電源（図示せず）により、第３電極７４に直流電圧を印加することにより、誘起気流の大きさや向きを変えることができる。このように、翼６４の上端面側に誘起気流を生成させることで、翼６４とケース６５との間の隙間からの作動流体の漏れを抑制することが可能となる。
なお、気流生成部６６については、第３電極７４を設けずに、第１電極６８と、誘電体層７０と、第２電極７２とから構成することも可能である。これにより、気流生成部６６の形成が容易になる。
以上、上記構成によれば、翼及びケースに気流生成部を有していることから、翼の上端面側に誘起気流を生成させることで、翼とケースとの間の隙間からの作動流体の漏れを抑制して空力特性を向上させることができる。また、上記構成によれば、セラミックス粉末を常温衝撃固化して成膜し、誘電体層を形成することから、第１実施形態と同様の効果を奏する。
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態について図面を用いて詳細に説明する。本発明の第６実施形態では、第１から第５実施形態と気流生成部の構成が相違する。図９は、翼７６と支持体７８との構成を示す図である。
気流生成部８０は、翼本体２０と支持体本体１４ａとに設けられ、プラズマを発生させて誘起気流を生成する機能を有している。気流生成部８０は、第１電極８２と、誘電体層８４と、第２電極８６と、第３電極８８と、を有している。
第１電極８２は、翼本体２９の翼側面から支持体本体１４ａの翼側表面に設けられている。第１電極８２は、誘電体層８４の翼本体２０側及び支持体本体１４ａ側に埋設され、接地されている。第１電極８２は、例えば、前縁２０ａと後縁２０ｂとの間の中央部に形成される。
誘電体層８４は、翼本体２０の翼側面から支持体本体１４ａの翼側表面に設けられ、第１電極８２を覆うようにしてセラミックス粉末を常温衝撃固化して成膜したセラミックス膜で形成されている。誘電体層８４は、例えば、翼本体２０の正圧側面２０ｃ側に設けられている。
第２電極８６は、誘電体層８４の翼本体２０側及び支持体本体１４ａ側と対向する表面に露出させて設けられ、第１電極８２と電気的接続されて交流電圧が印加される。第２電極８６は、誘電体層８４の外表面に形成されている。第２電極８６は、例えば、誘電体層８４の前縁２０ａ側に設けられる。第２電極８６は、第１電極８２と、交流電源（図示せず）を介してケーブル等で電気的接続されている。第２電極８６に交流電圧を印加することにより、プラズマを発生させて誘起気流を生成することができる。
第３電極８８は、誘電体層８４の翼本体２０側及び支持体本体１４ａ側と対向する表面に露出させて設けられ、第２電極８６と離間させて形成され、第１電極８２と電気的接続されて直流電圧が印加される。第３電極８８は、誘電体層８４の外表面に形成されている。第３電極８８は、例えば、誘電体層８４の後縁２０ｂ側に設けられる。第３電極８８は、第１電極８２と、直流電源（図示せず）を介してケーブル等で電気的接続されている。第３電極８８に直流電圧を印加することにより、プラズマにより発生した誘起気流の大きさや方向を変えることができる。第３電極８８には、正や負の直流電圧を印加することが可能である。
次に、第６実施形態の翼構造体の製造方法における気流生成部８０を形成する工程について説明する。第１電極形成工程では、翼本体２０の翼側面から支持体本体１４ａの翼側表面に、第１電極８２を形成する。誘電体層形成工程では、翼本体２０の翼側面から支持体本体１４ａの翼側表面に、第１電極８２を覆うようにしてセラミックス粉末を常温衝撃固化して成膜し、誘電体層８４を形成する。第２電極形成工程では、誘電体層８４における翼本体２０側及び支持体本体１４ａ側と対向する表面に露出させて、第１電極８２と電気的接続されて交流電圧が印加される第２電極８６を形成する。第３電極形成工程では、誘電体層８４における翼本体２０側及び支持体本体１４ａ側と対向する表面に露出させると共に、第２電極８６と離間させて、第１電極８２と電気的接続されて直流電圧が印加される第３電極８８を形成する。なお、第１電極８２、誘電体層８４、第２電極８６及び第３電極８８の材質、厚み、成膜方法については、第１実施形態と同様であるので詳細な説明を省略する。
次に、気流生成部８０の作用について説明する。交流電源（図示せず）により、第１電極８２と第２電極８６とを通して誘電体層８４に高周波で高電圧の交流電圧（例えば、１０ｋＶｐｐ、１０ｋＨｚ程度）を印加することで、放電が起こりプラズマが発生する。これにより、第２電極８６側から第１電極８２側に向けて噴流状の誘起気流が生成する。更に、直流電源（図示せず）により、第３電極８８に直流電圧を印加することで、誘起気流の大きさや向きを変えることができる。このように、翼７６と支持体７８との周りに誘起気流を生成させることで、衝撃波や２次流れを抑制することが可能となる。
なお、気流生成部８０については、第３電極８８を設けずに、第１電極８２と、誘電体層８４と、第２電極８６とから構成することも可能である。これにより、気流生成部８０の形成が容易になる。
以上、上記構成によれば、翼から支持体に気流生成部を有していることから、翼と支持体との周りに誘起気流を生成させることで、衝撃波や２次流れを抑制して空力特性を向上させることができる。また、上記構成によれば、セラミックス粉末を常温衝撃固化して成膜し、誘電体層を形成することから、第１実施形態と同様の効果を奏する。
本開示は、翼本体等に、気流を生成するためのセラミックスからなる誘電体層を容易に形成することが可能となることから、ジェットエンジンの圧縮機やタービン等に有用なものである。

Claims (6)

  1. ジェットエンジンに用いられる翼構造体の製造方法であって、
    前記翼構造体は、複数の翼と、前記翼の下端側を支持する支持体と、前記翼の上端側を覆うケースと、を備え、前記翼は、前記翼の長手方向に延びて形成される翼本体と、前記翼本体に設けられ、プラズマを発生させて誘起気流を生成する気流生成部と、を含み、
    前記気流生成部を形成する工程は、
    前記翼本体に、第１電極を形成する第１電極形成工程と、
    前記翼本体に、前記第１電極を覆うようにしてセラミックス粉末を常温衝撃固化して成膜し、誘電体層を形成する誘電体層形成工程と、
    前記誘電体層の表面に露出させて、前記第１電極と電気的接続されて交流電圧が印加される第２電極を形成する第２電極形成工程と、
    を有し、
    前記第１電極形成工程は、前記第１電極を、前記翼本体の翼側面における後縁側の負圧側面から前縁側を通って後縁側の正圧側面まで形成し、
    前記誘電体層形成工程は、前記誘電体層を、前記翼本体における翼側面の全体に形成し、
    前記第２電極形成工程は、前記第２電極を、前記誘電体層における翼本体側と対向する表面に露出させて形成する、翼構造体の製造方法。
  2. ジェットエンジンに用いられる翼構造体の製造方法であって、
    前記翼構造体は、複数の翼と、前記翼の下端側を支持する支持体と、前記翼の上端側を覆うケースと、を備え、前記翼は、前記翼の長手方向に延びて形成される翼本体と、前記翼本体に設けられ、プラズマを発生させて誘起気流を生成する気流生成部と、を含み、
    前記気流生成部を形成する工程は、
    前記翼本体に、第１電極を形成する第１電極形成工程と、
    前記翼本体に、前記第１電極を覆うようにしてセラミックス粉末を常温衝撃固化して成膜し、誘電体層を形成する誘電体層形成工程と、
    前記誘電体層の表面に露出させて、前記第１電極と電気的接続されて交流電圧が印加される第２電極を形成する第２電極形成工程と、
    を有し、
    前記第１電極形成工程は、前記第１電極を、前記翼本体における前縁側の翼側面に形成し、前記第１電極は、前記翼本体における前縁側の正圧側面から負圧側面に設けられ、
    前記誘電体層形成工程は、前記誘電体層を、前記翼本体における前縁側の翼側面に形成し、前記誘電体層は、前記翼本体における前縁側の正圧側面から負圧側面に設けられ、
    前記第２電極形成工程は、前記第２電極を、前記誘電体層における翼本体側と対向する表面に露出させて形成する、翼構造体の製造方法。
  3. 請求項１または２に記載の翼構造体の製造方法であって、
    前記気流生成部を形成する工程は、前記誘電体層の表面に露出させると共に、前記第２電極と離間させて、前記第１電極と電気的接続されて直流電圧が印加される第３電極を形成する第３電極形成工程を有している、翼構造体の製造方法。
  4. ジェットエンジンに用いられる翼構造体の製造方法であって、
    前記翼構造体は、複数の翼と、前記翼の下端側を支持する支持体と、前記翼の上端側を覆うケースと、を備え、前記翼は、前記翼の長手方向に延びて形成される翼本体を有し、前記ケースは、前記翼の上端側を覆うケース本体を有し、
    前記翼本体と前記ケース本体とに、プラズマを発生させて誘起気流を生成する気流生成部が設けられており、
    前記気流生成部を形成する工程は、
    前記翼本体の上端面に、第１電極を形成する第１電極形成工程と、
    前記翼本体の上端面における前縁側から後縁側の全面に、前記第１電極を覆うようにしてセラミックス粉末を常温衝撃固化して成膜し、誘電体層を形成する誘電体層形成工程と、
    前記ケース本体における前記誘電体層と対向する表面に露出させて、前記第１電極と電気的接続されて交流電圧が印加される第２電極を形成する第２電極形成工程と、
    を有する、翼構造体の製造方法。
  5. 請求項４に記載の翼構造体の製造方法であって、
    前記気流生成部を形成する工程は、前記ケース本体における前記誘電体層と対向する表面に露出させると共に、前記第２電極と離間させて、前記第１電極と電気的接続されて直流電圧が印加される第３電極を形成する第３電極形成工程を有する、翼構造体の製造方法。
  6. 請求項１から５のいずれか１つに記載の翼構造体の製造方法であって、
    前記誘電体層形成工程は、前記誘電体層を、エアロゾルデポジション法により形成する、翼構造体の製造方法。
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