JP6801148B1 - 繊維構造体およびその構造体を組み込んだ複合材料部品 - Google Patents

繊維構造体およびその構造体を組み込んだ複合材料部品 Download PDF

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Abstract

本発明は、複数の緯糸層と、多層三次元織りによって相互に連結された複数の経糸層とを含む繊維構造体（２００）を提供する。繊維構造体（２００）は、経糸方向に隣接する少なくとも第１および第２の部分（２０３および２０４）を有し、第１の部分（２０３）は、経糸および緯糸方向に垂直な方向に、第２の部分（２０４）の厚さよりも大きい厚さを有し、該構造体は、第１の部分（２０３）がそのコア（２０３１）において、模紗織格子の形態で経糸および緯糸を三次元織りすることによって得られる少なくとも１つの繊維織物（ＭＬ）を有することを、特徴とする。前記少なくとも１つの織物（ＭＬ）は、第１の部分（２０３）の表面に存在する２つのスキン（２０３２；２０３３）の間に存在し、且つ前記織物に局部的に偏向される前記スキンに属する経糸（Ｃ３：Ｃ１６）によって、２つのスキン（２０３２；２０３３）に連結される。

Description

本発明は、複合材料から部品を製造することに関し、より詳細には、三次元（３Ｄ）織りまたは多層織りによってそのような部品のための繊維強化構造体を製造することに関する。
本発明の適用分野は、構造用複合材料、すなわちマトリックスによって緻密化された繊維強化構造を有する部品から部品を製造することである。複合材料は、金属材料から製造される場合に、同じ部品の重量よりも軽い全体重量を有する部品を製造することを可能にする。
より詳細には、本発明は、例えば、複合材料部品の厚さの大きな変化を有するゾーンに対応する航空エンジンブレードの根元部に適用されるような、局所的な余分な厚さの１つ以上の部分を含む複合材料から作られた部品に関する。異なった厚さを呈する複合材料で作られる部品については、その部品の強化材を構成する繊維構造体において、厚さの変化が制御される。
タービンエンジン用の複合材料からブレードを作ることは既に提案されている。特に、ＳｎｅｃｍａおよびＳｎｅｃｍａ Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ Ｓｏｌｉｄｅによって共同で出願された米国特許出願公開第２０１１／０３１１３６８号明細書を参照することができる。上記の出願は、マトリクスによって緻密化された繊維補強材を含む複合材料からタービンエンジンブレードを製造することを記載し、補強材を構成する繊維ブランクは、多層織りによって作られており、翼型プリフォームを形成する小さな厚さの第１の部分と、ブレード根元部プリフォームを形成するより大きな厚さの第２の部分とを含む。このような状況の中で、ブレード根元プリフォームは、その根元部に対応する翼の部分に球根状の領域を形成するようにインサートを用いて作られる。
それにもかかわらず、ブレード根元部を形成するためのその技術は、材料の大きな損失をもたらし且つ生産の速度を遅くする困難な取り扱いを必要とするので、ブレードの工業的製造をより複雑にし、その製造コストを増加させる。さらに、複合材料で作られているインサートも緻密化して機械加工する必要があり、それによって追加コストが発生し、場合によっては部品が不合格になる可能性がある。
プリフォームの織物は、本来柔軟であり、インサートと機械的に相互作用し、特に織物の剪断、インサートの曲がり運動、織物のインサート間の連結の損失などをもたらすことがある。
さらに、ブレードの根元部を形成するプリフォームの部分の成形および緻密化は、困難であることが判明している。この困難さは、特に、球根形状の根元部の輪郭に対する許容誤差が非常に小さい（１０分の１ミリメートルのオーダー）からであり、ブレードのこの部分は、ブレードに加えられる力の大部分をブレード根元部が集中させることを考えると、機械的特性に関して厳しい要求を呈示するからである。
特に文献、米国特許第７１０１１５４号明細書および米国特許出願公開第２０１１／０３１１３６８号明細書に記載されているような別の解決策は、３Ｄ繊維構造体が圧縮成形されている間に、厚さを減少させる容積を低下させるために、繊維構造体のより厚い部分の糸の重量（したがって断面）を増加させることにある。それにもかかわらず、高重量の糸の使用は、プリフォーム中の繊維の割合を局所的に増加させる。繊維の割合が大きすぎる場合、得られる細孔の網状組織は、マトリックスの成分がプリフォームのコアに良好に接近することを可能にし、その結果、均一であり、したがって良好な機械的特性を示す複合材料を得るのに十分でないことがある。
米国特許出願公開第２０１１／０３１１３６８号明細書 米国特許第７１０１１５４号明細書
したがって、より厚い部分を含むが、上述の欠点を示さない、利用可能な３Ｄまたは多層繊維構造体を有することができることが望ましい。
この目的を達成するため、第１の態様では、本発明は、多層三次元織りによって相互に連結された複数の緯糸層と複数の経糸間層とを含む繊維構造体を提供し、繊維構造体は、経糸方向に隣接する少なくとも第１および第２の部分を有し、第１の部分は、経糸および緯糸方向に垂直な方向において、第２の部分の厚さよりも大きい厚さを呈する。この構造体は、第１の部分が模紗織格子（Ｍｏｃｋ Ｌｅｎｏ ｗｅａｖｅ ｇｒｉｄ）の形態で経糸および緯糸を三次元織りすることによって得られる少なくとも１つの繊維織物を有することと、前記少なくとも１つの織物が第１の部分の表面に存在する２つのスキンの間に存在することと、前記少なくとも１つの織物が前記織物内に局所的に偏向される前記２つのスキンに属する経糸によってこの２つのスキンに連結されることと、を特徴とする。
繊維構造体のコアに模紗織繊維織物を使用することにより、第１の部分のコアの繊維の割合を制御しながら、第１の部分と第２の部分との間の厚さの大きな変化を得ることが可能にする。加えて、この模紗織の織物は、格子の形態のその開放構造のために、マトリックスの成分を繊維構造体にコアまで非常に良好に浸透することを可能にし、高重量の撚り糸の使用に適合する。本発明の繊維構造体は、完全に織物であり（すなわち、いかなる挿入物も追加されていない）、該構造体の糸（複数）は、３Ｄまたは多層織りによって相互に連結され、したがって、該構造が層間剥離され得ないことを確実にすることを可能にする。
模紗織物は、複数の緯糸層を含み、複数の経糸を複数の緯糸で織ることによって形成されるという事実と、少なくとも以下を含むという事実とを特徴とする：すなわち、
・ 経糸（複数）の第１のグループは、織物の第１の層の緯糸を、第１の層に隣接する織物の第２の層の緯糸に連結する少なくとも１つの層間連結経糸を含む、
・ 経糸（複数）の第２のグループは、経糸（複数）の第１のグループとは異なり、緯糸方向に経糸の第１のグループに隣接し、前記第２のグループは、第１の層の緯糸を、第２の層の緯糸に連結する少なくとも１つの層間連結経糸を含み、且つ緯糸に対する第１のグループの層間連結経糸によって呈示される相互連結方向に対して反転される、該緯糸との相互連結方向を呈示する。
本文を通して、またすべての図面において、慣例的に便利な理由から、緯糸を定着させるためにその経路から偏向されているのは経糸であることが、示されている。それにもかかわらず、経糸と緯糸との間のこれらの役割は逆にすることができ、そのような逆も特許請求の範囲によって包含されるものとみなされるべきである。
第１および第２のグループのそれぞれにおける層間連結経糸が、反転された連結方向において緯糸と相互に連結されるという事実は、これらの２つの連結糸（複数）が接触することを回避することを可能にする。この特徴は、経糸の第１および第２のグループ間の緯糸方向に沿った非ゼロ間隔を保持することを可能にし、それによって、その厚さを通して形成されたチャネルを提供する織物に格子形状を与え、これらのチャネルの各々は、２つの経糸の隣接するグループによって緯糸方向に、および２つの緯糸の隣接するグループによって経糸方向に画定される。これらのチャネルの存在は、模紗織物に開放構造を与えることを可能にし、したがって、特に、マトリックスの成分がコアまで十分に浸透することを可能にするのに役立つ。
好ましくは、経糸の第１および第２のグループの各々は、層間連結経糸の両側に位置する少なくとも２つの側部経糸を含み、これらの側部経糸の各々は、第１の層の緯糸と相互に連結する。
また、好ましくは、第１のグループの側部経糸は、第２のグループの側部経糸によって呈示される緯糸との相互連結方向に対して反転された、緯糸との相互連結方向を呈示する。
一実施形態によると、模紗織繊維織物は、経糸および緯糸方向に垂直な方向において、第２の部分に向かって減少する厚さを呈示する。
このような特性は、第１の部分の形状を制御し、第２の部分との厚さの移行を確実にするために有利である。
一実施形態では、第１および第２の部分は、前記第１および第２の部分の間で連続的に織られた同じ数の経糸を有し、第１の部分は、そのコア内に、第２の部分のコア内に存在する経糸層の数よりも多い数の経糸層を含む。
第１の部分のコア内の経糸の層を細分することによって（すなわち、それらの数を変化させることによって）、繊維構造体全体にわたるスキン内の満足な経糸／緯糸比を維持しながら、第１の部分のコア内の繊維の割合を制御することが可能である。例として、第１の部分は、そのコア内に、第２の部分のコア内に存在する経糸層の数の２倍に等しい数の経糸層を含むことができる。
一実施形態では、構造は、炭素糸またはセラミック材料糸を含む。糸のセラミック材料は、例えば、アルミナのような酸化物材料、または炭化ケイ素のような非酸化物材料であってもよい。
本発明はまた、マトリックスによって緻密化された繊維強化材を含む複合材料部品を提供し、前記繊維強化材は、上述のような繊維構造体によって構成される。
一実施形態によると、該部品はタービンブレードに相当し、繊維補強材のブレード根元部分を構成する繊維構造体の第１部分である。
本発明はまた、複数の緯糸と経糸との間の多層三次元織りによって繊維構造体を製造する方法にして、繊維構造体は、経糸方向に隣接する少なくとも第１および第２の部分を有し、第１の部分は、経糸および緯糸方向に垂直な方向に、第２の部分の厚さよりも大きい厚さを呈する方法であって、前記第１の部分が経糸層および緯糸層を三次元織りするステップによって作製され、該ステップでは、繊維織物が、第１の部分の表面でスキンと一緒に第１の部分のコア内に模紗織格子の形態で形成され、スキンの織物は、前記スキンから特定の経糸を偏向させるように、且つそれらを模紗織織物と一緒に織るように、局所的に変化されることを特徴とする、方法を提供する。
このような方法の実施態様において、模紗織織物は、経糸および緯糸方向に垂直な方向において、第２の部分に向かって減少する厚さを呈示する。
このような方法の実施態様では、第１および第２の部分は、第１および第２の部分の間で連続的に織られた同じ数の経糸を有し、第１の部分は、第１の部分のコア内に、第２の部分のコア内に存在する経糸層の数よりも多い数の経糸層を含む。
そのような方法の実施において、第１の部分は、第１の部分のコア内に、第２の部分のコア内に存在する経糸層の数の２倍に等しい数の経糸層を含む。
そのような方法の実施態様において、繊維構造体は、炭素糸またはセラミック材料糸を含む。糸のセラミック材料は、例えば、アルミナなどの酸化物材料、または炭化ケイ素などの非酸化物材料であってもよい。
本発明の他の特徴および利点は、非限定的な例として与えられ、添付の図面を参照して説明される本発明の特定の実施形態の以下の説明から明らかになる。
本発明の一実施形態における航空エンジンブレード航空エンジンブレードを製造するための繊維構造体の多層織りを示す図である。 図１の繊維構造体における厚さのより大きい部分の織物の部分１６の連続した平面を部分的に示す拡大スケールでの緯糸断面図である。 図１の繊維構造体における厚さのより大きい部分の織物の部分１６の連続した平面を部分的に示す拡大スケール上の緯糸断面図である。 図１の繊維構造体における厚さのより大きい部分の織物の部分１６の連続した平面を部分的に示す拡大スケール上の緯糸断面図である。 図１の繊維構造体における厚さのより大きい部分の織物の部分１６の連続した平面を部分的に示す拡大スケール上の緯糸断面図である。 図１の繊維構造体における厚さのより大きい部分の織物の部分１６の連続した平面を部分的に示す拡大スケール上の緯糸断面図である。 図１の繊維構造体における厚さのより大きい部分の織物の部分１６の連続した平面を部分的に示す拡大スケール上の緯糸断面図である。 図１の繊維構造体における厚さのより大きい部分の織物の部分１６の連続した平面を部分的に示す拡大スケール上の緯糸断面図である。 図１の繊維構造体における厚さのより大きい部分の織物の部分１６の連続した平面を部分的に示す拡大スケール上の緯糸断面図である。 図１の繊維構造体における厚さのより大きい部分の織物の部分１６の連続した平面を部分的に示す拡大スケール上の緯糸断面図である。 図１の繊維構造体における厚さのより大きい部分の織物の部分１６の連続した平面を部分的に示す拡大スケール上の緯糸断面図である。 図１の繊維構造体における厚さのより大きい部分の織物の部分１６の連続した平面を部分的に示す拡大スケール上の緯糸断面図である。 図１の繊維構造体における厚さのより大きい部分の織物の部分１６の連続した平面を部分的に示す拡大スケール上の緯糸断面図である。 図１の繊維構造体における厚さのより大きい部分の織物の部分１６の連続した平面を部分的に示す拡大スケール上の緯糸断面図である。 図１の繊維構造体における厚さのより大きい部分の織物の部分１６の連続した平面を部分的に示す拡大スケール上の緯糸断面図である。 図１の繊維構造体における厚さのより大きい部分の織物の部分１６の連続した平面を部分的に示す拡大スケール上の緯糸断面図である。 図１の繊維構造体における厚さのより大きい部分の織物の部分１６の連続した平面を部分的に示す拡大スケール上の緯糸断面図である。 図１のファイバ構造から得られたブレードファイバプリフォームの概略斜視図である。 図１８のプリフォームをマトリックスで緻密化することによって得られた複合材料プリフォームの概略斜視図である。 模紗織で織られた織物を示す写真である。
実施形態の詳細な説明
本発明は、一般に、複合材料部品、特に航空エンジンブレードを製造する際に使用するための繊維強化材またはプリフォームを構成するのに適した繊維構造体を製造することに適用され、この部品は、繊維構造体をマトリックスで緻密化することによって得られる。比較的低い温度、典型的には３００℃までで使用される複合材料の場合、マトリックスは、典型的には、樹脂、または、熱構造である複合材料を製造する場合には、炭素またはセラミック、例えば、炭化ケイ素のような耐火材料である。
本発明の繊維構造体は、三次元織りまたは多層織りによって得られる。
「三次元織り」または「３Ｄ織り」という用語は、本明細書では、経糸の少なくともいくつかが複数の緯糸層にわたって緯糸を相互に連結する織り方を意味するために使用される。
「多層織り」という用語は、本明細書では、各層の素地織りが、平織り、繻子織り、または綾織りなどの従来の２Ｄ織りと同等であるが、織りのある点（複数）が緯糸層を互いに連結する複数の緯糸層を有する３Ｄ織りを示すために使用される。
３Ｄまたは多層織りによって繊維構造体を作ることは、層間の連結を得ることを可能にし、したがって、単一の織物操作を実施しながら、繊維構造体および得られる複合材料部品に対して良好な機械的挙動を有することを可能にする。
機械加工による仕上げ作業を回避または制限するために、または樹脂マトリックス複合物中に樹脂の塊が形成されるのを回避するために、緻密化後に、大きな凹凸がない、すなわち仕上げの良好な状態を有する表面状態を得ることを向上させることが重要である。この目的のために、内部部分またはコアと、繊維構造体の外面に隣接する外部部分またはスキンとを有する繊維構造体について、スキンは、好ましくは、表面の凹凸を制限するために平織り、繻子織り、または綾織りで織ることによって作製され、繻子織りはまた、滑らかな表面外観を提供する。例えば、強い結合を優先する平織りから滑らかな表面状態を優先する繻子タイプの織りに変化するなどによって、所望の特定の特性を付与するように、スキンは、繊維構造体の外側表面において変化されることができる。
本発明によれば、大きな厚さの部分の繊維の割合を制御しながら繊維構造体中に大きな厚さの部分を形成するように、模紗織タイプの繊維織物が繊維構造体のコアを織るために使用される。経糸繊維体積分率と緯糸繊維体積分率との間の所望の限界内の比を得るように、コアとスキンとの間および／または経糸と緯糸との間に異なる重量の糸または撚り糸を使用することも可能である。
複合材料部分内で可能な限り不均一でない機械的特性を得るように、特に化学気相含浸法（ＣＶＩ）による緻密化を行う場合に、繊維構造体のコアとそのスキンとの間で可能な限り小さい緻密化勾配で強化繊維構造体の緻密化を強化することも有利である。この目的のために、プリフォームのコアへのアクセスを強化するように、コアは、その開放構造格子形状の理由のために、マトリックスの成分のための容易な連通を提供する模紗タイプの織りで織られる。
特に、コアとスキンとの間および／または経糸と緯糸との間で異なる重量の糸または撚り糸を使用することによって、繊維構造体を織るために使用される糸または撚り糸の重量、すなわち断面を変化させることが望ましい場合がある。コアとスキンとの間の重量を減少させることは、ＣＶＩ緻密化を行うときにスキンを通過するガスのためのコアへのアクセスを容易にする。重量はまた、経糸繊維体積分率と緯糸繊維体積分率との間の所望の限界内の比を得るように選択されてもよい。
一例では、繊維構造体のコアの全部または一部を形成するために編み糸を使用すること、および繊維構造体のスキン内の編み糸よりも小さい厚さの糸または撚り糸を使用することが可能である。このような例によれば、平均の繊維の割合を制御しつつ、繊維構造体の厚みをさらに増大させることができる。
特に酸化または摩耗に耐える能力に関して、結果として得られる複合材料部品に特定の特性を付与するように、繊維構造体の様々な部分の間、特にコアとスキンの間で異なる化学的性質の糸を使用することも望ましい。
本発明による繊維構造体の実施形態が以下に説明される。この実施形態では、製織はジャカード型織機で行われる。
図１は、航空エンジンブレードの繊維補強材を形成する繊維構造体２００の相当に概略化した図である。
繊維構造体２００は、３次元織り（または「３Ｄ織り」）によって、または多層織りによって得られ、３次元織りまたは多層織りは、複数の層内において、経糸の束または撚り糸２０１を有するジャカード型織機を使用して既知の方法で実施され、経糸は、複数の層内に配置された緯糸２０２を互いに連結する。航空エンジン用のブレードの繊維強化材を形成する繊維プリフォームの詳細な実施形態は、特に、以下の文献、米国特許第７１０１１５４号明細書、米国特許第７２４１１１２号明細書、および国際公開第２０１０／０６１１４０号に記載されている。
繊維構造体２００は、作成されるブレードの長手方向に対応する方向Ｘに一般的に延在する細長い片の形態で織り込まれる。繊維構造体は、変化する厚さを呈示し、それは、長手方向の厚さおよび作られるべきブレードの翼形の輪郭に応じて決定される。根元部プリフォームを形成することであるその部分において、繊維構造体２００は、作られるべきブレード根元部の厚さに応じて決定される、より大きな厚さの部分２０３を呈示する。繊維構造体２００は、ブレードのタングを形成するための厚さが減少している部分２０４にわたって延在し、続いてブレードの翼形部を形成する部分２０５が延在する。方向Ｘに垂直な方向において、ブレードの前縁を形成することになるそのエッジ２０５ａと、作られるブレードの後縁を形成することになるエッジ２０５ｂとの間で厚さが変化する輪郭を、部分２０５は呈示する。
繊維構造体２００は、単一片として織られ、非織糸を切断した後、ブレードのほぼ最終的な形状および寸法（すなわち、その「網織物」形状）を呈する必要がある。この目的のために、繊維構造体の厚さが変化する部分において、減少する厚さの部分２０４におけるように、プリフォームの厚さの減少は、織りながら緯糸層を漸進的に引き抜くことによって得られる。
この例では、より厚い部分２０３では、厚さが減少する部分２０４と同数の経糸が使用される。この目的のために、より厚い部分２０３のコアに存在する経糸の層は、厚さが減少する部分２０４よりも厚い部分２０３において、より数が多い経糸層を得るように広げられる。厚さがより大きい部分２０３のコアに存在する経糸の層は、厚さが減少する部分２０４に存在する経糸の層よりも少ないカウントを与える。用語「カウント」は、ここでは、経糸方向および緯糸方向の単位長さ当たりの糸の数を示すために使用される。
図２〜図１７は、３Ｄ織りによって得られた繊維構造体２００のより厚い部分２０３における織りの１６個の連続する平面の一部を示し、緯糸は断面で見える。
より厚い部分２０３において、繊維構造体２００は、２２の緯糸層、特に４４の緯糸半層ｔ１〜ｔ４４を含む。第１のスキン２０３２は、緯糸半層ｔ１〜ｔ１０を有し、第２のスキン２０３３は、緯糸半層ｔ３５〜ｔ４４を有し、コアは、緯糸半層ｔ１１〜ｔ３４を有する。対向するスキン２０３２と２０３３との間に位置するコア２０３１において、３Ｄ織りは、模紗織タイプ（織物ＭＬ）である。スキン２０３２および２０３３では、織りは３次元織りである。スキン２０３２において、緯半層ｔ１およびｔ２は、不規則な繻子タイプの織りによって互いに連結される。同様に、スキン２０３３において、緯糸半層ｔ４３およびｔ４４は、不規則な繻子タイプの織りによって互いに連結される。複数の経糸Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ１６、Ｃ１７、およびＣ１８は、スキン２０３２および２０３３において緯糸２０を互いに連結する。コア２０３１の模紗織物ＭＬは、経糸をスキンからこの織物ＭＬに偏向させることによって、スキン２０３２および２０３３と連結される（例えば、図３の糸Ｃ３およびＣ１６を参照のこと）。これらの経糸のたわみは、模紗織物ＭＬをスキン２０３２および２０３３に連結する連結点ＰＬを形成する。
減少する厚さの部分２０４において、緯糸は、ブレードの翼形部を形成する部分２０５と適合する多数の緯糸に到達するように漸進的に引き抜かれる。
第１の部分２０３のコア２０３１に存在する模紗織物ＭＬは、複数の緯糸層ＣＴ１ ＣＴ１２を含む（特に図２参照）。図示の実施形態では、模紗織物は、緯糸の１２の層を有するが、他の数の緯糸層を有する場合であっても、本発明の範囲を超えるものではない。図２に見られる、例えば、Ｃ５１、Ｃ７１、Ｃ９１、Ｃ１１１、Ｃ１３１、およびＣ１５１などの経糸は、この織物ＭＬの緯糸２１および３０と相互に連結される。
また、模紗織物ＭＬは、経糸および緯糸方向に垂直な方向に、第２の部分２０４に向かって減少する厚さを呈示する。この織物ＭＬの厚さを漸進的に減少させることによって、より厚い部分２０３の終わりと減少する厚さの部分２０４の始まりとの間の遷移に対応するゾーン２０３ａ、すなわち繊維構造体の厚さが減少し始めるゾーンにおける繊維の割合を制御することが可能である。現在説明されている実施形態では、模紗織物ＭＬの緯糸は、経糸方向において、減少する厚さの部分２０４および繊維構造体のスキン２０３２および２０３３に存在する緯糸２０と同じ重量を有する緯糸２４によって徐々に置き換えられる。
模紗織物ＭＬでは、緯糸の各層ＣＴ１−ＣＴ１２は、例えば、織物ＭＬの第１の層ＣＴ１の緯糸のグループについてはＧＴ１として、織物ＭＬの第４の層の緯糸のグループについてはＧＴ４として、図２で参照される緯糸の複数のグループも有する。
模紗織物ＭＬの緯糸の隣接する列は、経糸方向に沿って非ゼロ間隔ｅＴで離間される。特に、単一層ＣＴｉ（ここで、ｉは、示される例では１から１２まで変化する）における緯糸の隣接するグループは、間隔ｅＴだけ離間される。間隔ｅＴは、図示されるように、経糸方向に沿って実質的に一定であってもよく、または変形形態では、経糸方向に沿って変化してもよい。
模紗織物ＭＬは、その厚さに沿って貫通チャネルを有する格子の形態である。以下により詳細に記載されるように、これらの貫通チャネルの各々の存在は、最初に緯糸の隣接するグループの間に存在し、次に経糸の隣接するグループの間に存在する非ゼロ間隔の結果である。
図２〜図１７に示す例では、緯糸のグループの各々は、少なくとも２本の側糸２１と、それらの間に存在する少なくとも１本の中央糸３０とを含む。したがって、緯糸のグループの各々は、少なくとも３つの糸を含む。図示の例では、中央糸３０は、２本の側糸２１の直径よりも大きい直径の撚り糸である。図示の例は、それぞれが３本の緯糸を含む緯糸のグループに関する。それにもかかわらず、緯糸のグループの各々が３つより多い緯糸を含むことは、本発明の範囲を超えるものではない。変形形態では、撚り糸３０は、側糸２１の直径と等しいかまたは異なる直径を有する、並んで配置されたブレードまたは実際には複数の中央糸によって置き換えられることができる。さらに、以下に詳細に説明するように、図示の例の織物ＭＬは、それぞれが８本の経糸を含む複数の経糸のグループを有する。模紗織物が、それぞれが８本以外の数の経糸を有する経糸のグループを有することは、本発明の範囲を超えるものではない。したがって、より一般的には、経糸のグループの各々は、少なくとも３つの経糸を有してもよい。さらに、示された例では、経糸のグループの各々における経糸の数は、緯糸のグループの各々における緯糸の数とは異なるが、これらの２つの糸の数が等しいことは、本発明の範囲を超えるものではない。
経糸と緯糸との相互の連結は、図２〜図１７に示された種々の異なる緯糸部分を参照して以下により詳細に説明される。所与の緯糸断面において、模紗織織物の経糸は、すべて、緯糸と相互に連結する同じ方向を有する。したがって、簡潔にするために、単一の経糸と緯糸との連結を、図２〜図１７に示す織り平面の各々について以下に説明する。
図４において、経糸の第１のグループの層間連結経糸Ｃ８３は、模紗織物の層ＣＴ４の緯糸を、この織物の層ＣＴ５の緯糸と一緒に連結することが分かる。より正確には、経糸Ｃ８３は、第１の層ＣＴ４の緯糸のグループＧＴ４の各糸の上を、第２の層ＣＴ５の緯糸のグループＧＴ５の各糸の下を交互に通過する。具体的には、糸Ｃ８３は、第１の層ＣＴ４の緯糸の第１のグループＧＴ４の糸の各々の上を通過し、次いで、第２の層ＣＴ５の緯糸の第２のグループＧＴ５の糸の各々の下を通過し、次いで、第１の層ＣＴ４の緯糸の第３のグループＧＴ４の糸の各々の上をもう一度通過する、などである。
以上の第１のグループの層間連結経糸Ｃ８３についての説明は、第１のグループの層間経糸Ｃ８５についても同様である（図６参照）。
同様のことが、経糸の第１のグループの連結経糸Ｃ７４およびＣ７６にも当てはまる（図５および７参照）。これらの連結経糸の各々は、模紗織物の層ＣＴ３の緯糸をこの織物の層ＣＴ４の緯糸と一緒に連結する。
経糸の第２のグループに対して、図１２を参照すると、経糸の第２のグループの各層間連結経糸Ｃ８１１は、模紗織物の層ＣＴ４の緯糸を同じ織物の層ＣＴ５の緯糸と一緒に連結することが分かる。より正確には、経糸Ｃ８１１は、第１の層ＣＴ４の緯糸のグループＧＴ４の各糸の上を、第２の層ＣＴ５の緯糸のグループＧＴ５の各糸の下を交互に通過する。具体的には、糸Ｃ８１１は、第１の層ＣＴ４の緯糸の第１のグループＧＴ４の糸のそれぞれの上を通過し、次いで、第２の層ＣＴ５の緯糸の第２のグループＧＴ５の糸のそれぞれの下を通過し、次いで、第１の層ＣＴ４の緯糸の第３のグループＧＴ４の糸のそれぞれの上をもう一度通過する、などである。
第２のグループの層間連結経糸Ｃ８１１についての上記説明は、第２のグループの層間連結経糸Ｃ８１３にも適用可能である（図１４参照）。
同様のことが、模紗織物の層ＣＴ３の緯糸の各々をこの織物の層ＣＴ４の緯糸と連結する第２のグループの経糸の連結経糸Ｃ７１２およびＣ７１４にも当てはまる（図１３および図１５参照）。
それにもかかわらず、経糸Ｃ８１１は、経糸Ｃ８５によって呈示される緯糸との連結方向に対して反転された、緯糸との連結方向を呈示することに注目されたい。換言すれば、所与の緯糸列について、経糸Ｃ８１１が第１の層ＣＴ４の緯糸のグループの各糸の上を通過するとき、経糸Ｃ８５は、第２の層ＣＴ５の緯糸のグループの各糸の下を通過する。同様に、所与の緯糸列について、経糸Ｃ８１１が第２の層ＣＴ５の緯糸のグループの各糸の下を通過するとき、経糸Ｃ８５は、第１の層ＣＴ４の緯糸のグループの各糸の上を通過する。第１のグループの連結糸Ｃ８３はまた、連結糸Ｃ８１３によって呈示される緯糸との連結方向に対して反転される、緯糸との連結方向を呈示する。
上述のように、経糸の第１および第２のグループの層間連結糸の間のこの反転相互連結方向は、経糸の第１および第２のグループの間にゼロでない間隔を得ることに関与し、したがって、改善されたアクセス可能性を示す細孔チャネル（複数）を有する格子の形態である繊維織物を形成することに関する。また、経糸の所与のグループの連結糸（複数）が緯糸と同じ連結方向を有するという事実は、経糸の所与のグループの連結糸（複数）を互いに接近させることを可能にし、したがって、細孔チャネル（複数）（所与のグループの糸（複数）のコンパクトなグループ化）の形成にも関与することを可能にすることにも注目されたい。
また、緯糸方向に進むとき、模紗織物ＭＬは、反転された連結方向を有する経糸の第１のグループと経糸の第２のグループとの間の交互反復を呈示することにも注目されたい。言い換えれば、緯糸方向に進むとき、模紗織物ＭＬは、経糸第１のグループと、次に経糸の第２のグループとを連続して呈示し、その後、経糸の第１のグループがもう一度続き、次いで、経糸の第２のグループがもう一度続く、などである。経糸の該第１のグループ（複数）の各々は、経糸の第２のグループに隣接している。
図２および図８を参照すると、経糸の第１のグループはまた、層間連結糸Ｃ８３の第１の側に位置する少なくとも１つの第１の側部経糸Ｃ７１と、連結糸Ｃ８３の第２の側に位置する少なくとも１つの第２の側部経糸Ｃ７７とを含み、第２の側は、緯糸方向において第１の側とは反対であることが分かる。すなわち、側部経糸Ｃ７１とＣ７７との間には、層間連結糸Ｃ８３が存在する。より正確には、示された例では、経糸の第１のグループの層間連結糸Ｃ８３およびＣ８５は、両方とも、経糸の第１のグループの側糸Ｃ７１およびＣ７７の間に存在する。側部経糸Ｃ７１およびＣ７７の各々は、緯糸の第１の層ＣＴ４の複数のグループＧＴ４と相互に連結される。
経糸Ｃ７１は、緯糸の第１のグループＧＴ４の第１の側糸２１の下を通過し、次いでこの第１のグループの中央糸３０の上を通過し、次いでこの第１のグループの第２の側糸２１の下を通過する。経糸Ｃ７１は、次に、経糸方向において第１のグループに隣接する緯糸の第２のグループＧＴ４の第１の側糸２１の上を通過し、次いで、この第２のグループの中央糸３０の下を通過し、次いで、この第２のグループの第２の側糸２１の上を通過する、などである。経糸Ｃ７１は、緯糸のグループＧＴ４の側糸２１の下を、経糸方向に隣接する経糸のグループＧＴ４の側糸２１の上を交互に通過する。経糸Ｃ７１は、経糸方向において、緯糸（複数）のグループＧＴ４の中央糸３０の上と、隣接する緯糸のグループＧＴ４の中央糸３０の下とを交互に通過する。
同様のことが、第１の経糸Ｃ７１（図８参照）と同じ緯糸との相互に連結方向を示す第２の側部経糸Ｃ７７にも当てはまる。
同様のことは、経糸の第１のグループの側部経糸Ｃ６２およびＣ６８にも当てはまり、その各々は、第３の緯糸層ＣＴ３内の緯糸の複数のグループＧＴ３と相互に連結される（図３および９参照）。
図示されていない変形形態では、緯糸のグループが、少なくとも２つの中央緯糸が間に存在する２つの側部緯糸を有し、緯糸の第１のグループの第１の側糸の下を通過し、次いで第１のグループの中央糸のそれぞれの上を通過し、次いでこの第１のグループの第２の側糸の下を通過する経糸を有することが可能である。次いで、この経糸は、経糸方向において第１のグループに隣接する緯糸の第２のグループの第１の側糸上を通過し、次いで、この第２のグループの中央糸のそれぞれの下を通過し、次いで、この第２のグループの第２の側糸上を通過することができる、などである。これは、このような変形形態における模紗織物に存在する経糸の第１および第２のグループに対して有効である。
経糸の第２のグループに関して、経糸の第２のグループはまた、連結糸Ｃ８１１の第２の側に位置する少なくとも１つの第２の側部経糸Ｃ７１５と共に、層間連結糸Ｃ８１１の第１の側に位置する少なくとも１つの第１の側部経糸Ｃ７９を有し、第２の側は、緯糸方向において第１の側と反対であることが、図１０および図１６を参照して理解され得る。すなわち、側部経糸Ｃ７９とＣ７１５との間には、層間連結糸Ｃ８１１が存在する。より正確には、示された例では、経糸の第２のグループの層間連結糸Ｃ８１１およびＣ８１３は、両方とも、経糸の第２のグループの側部の糸Ｃ７９およびＣ７１５の間に存在する。側部経糸Ｃ７９およびＣ７１５の各々は、第１の層ＣＴ４の緯糸の複数のグループと相互に連結される。
経糸Ｃ７９は、緯糸の第１のグループＧＴ４の第１の側糸２１の上を通過し、次いでこの第１のグループの中央糸３０の下を通過し、次いでこの第１のグループの第２の側糸２１の上を通過する。その後、経糸Ｃ７９は、経糸方向において第１のグループに隣接する緯糸の第２のグループＧＴ４の第１の側糸２１の下を通過し、次いでこの第２のグループの中央糸３０の上を通過し、次いでこの第２のグループの第２の側糸２１の下を通過する、などである。経糸Ｃ７９は、緯糸のグループＧＴ４の側糸２１上を、および経糸方向に隣接する緯糸のグループＧＴ４の側糸２１の下を交互に通過する。緯糸Ｃ７９は、緯糸のグループＧＴ４の中央糸３０の下を、および経糸方向に隣接する緯糸のグループＧＴ４の中央糸３０の上を交互に通過する。
第１の経糸Ｃ７９（図１６参照）と同様な、緯糸との相互連結方向を示す第２の側部経糸Ｃ７１５にも同じことが言える。
経糸の各々が、第３の緯糸層ＣＴ３の緯糸の複数のグループＧＴ３と相互に連結する、経糸の第２グループの側部経糸Ｃ６１０およびＣ６１６にも同様のことが言える（図１１および１７参照）。
それにもかかわらず、経糸Ｃ７９は、経糸Ｃ７７によって呈示される緯糸との連結方向に対して反転される、緯糸との連結方向を呈示することに注目されたい。換言すれば、このような状況下で、経糸Ｃ７９が所与のグループの緯糸の側糸２１の各々の上を通過するとき、経糸Ｃ７７は、そのグループの側糸２１の各々の下を通過する。同様に、そのような状況下で、経糸Ｃ７９が緯糸の所与のグループの中央糸３０の下を通過するとき、経糸Ｃ７７はそのグループの中央糸３０の上を通過する。経糸Ｃ７１はまた、経糸Ｃ７１５によって緯糸と呈示される緯糸との連結方向に対して反転される、緯糸との連結方向を呈示する。
上述のように、経糸の第１および第２のグループの側糸の間のこの反転相互連結方向は、経糸の第１および第２のグループの間にゼロでない間隔を得ることに寄与し、したがって、細孔チャネル（複数）が特にアクセス可能な格子の形態の繊維織物を形成することに寄与する。また、経糸の所与のグループの側糸が、緯糸と同じ相互に連結方向を有するという事実は、経糸の所与のグループの側糸を互いに接近させることを可能にし、したがって、細孔チャネル（複数）の形成（所与のグループにおける糸のコンパクトなグループ化）にも寄与することにも注目されたい。
繊維構造体の第１の部分のコアに模紗織物を使用することにより、コア中の平均の繊維の割合を制御しながら、繊維構造体の厚さをかなり増大させることが可能になる。これはコア中により大きな重量を有する糸のみを使用する場合には当てはまらない。具体的には、構造体のコアに高い重量を有する糸を使用することによって、構造体の厚さを局所的に増加させることが実際に可能であるが、これは、必要とされる機械的特性に適合しないコア中の平均の繊維の割合の増加をもたらす。コア中の平均の繊維の割合が大きすぎる場合、マトリックスの成分が繊維構造体のコアに良好に接近することを可能にするのに十分な細孔網状組織を有することは不可能である。その場合、コア中に存在するマトリックスの量は不十分であり、これは、必要な機械的特性を均一に示す複合材料部品を得ることができないことを意味する。この問題は、模紗織物を使用することによって解決され、模紗織物は、その厚みに形成された貫通チャネルのために、平均の繊維の割合の増加を制限しながら構造の厚さを局所的に増加させることを可能にする。このようにして、緻密化されている間に、マトリックスの成分が、より厚い部分の構造のコアに非常に良好に接近できる繊維構造体が得られる。
例示として、図２０は、繊維構造体の第１の部分のコアに使用するのに適した模紗織物ＭＬの一例を示す。貫通チャネル（複数）ＣＡは、織物の厚さを通って延在し、マトリックスによって容易に浸透される開放構造をそれに与えることが観察されることができる。
特に、本発明の繊維構造体は、炭素繊維、炭化ケイ素繊維のようなセラミック繊維、またはアルミナ繊維のような酸化物繊維から作られた糸から織ることができるが、これらに限定されるものではない。
繊維構造体２００が織られると、非織糸は切り取られる。これにより、単一片として織られた図１８に示す繊維プリフォーム１００が製造される。
その後、図１９に示すように、複合材料のブレード１０を形成するために繊維プリフォーム１００が緻密化される。マトリックスを構成する材料をプリフォームの全体積または一部の細孔に充填させることにより、製造部品の繊維強化材を形成することになる繊維プリフォームは緻密化される。この緻密化は、液体圧密化法または化学気相含浸（ＣＶＩ）法を使用して、または実際には両方の方法を連結させることによって、既知の方法で実施され得る。
液体圧密法は、母材の材料のための前駆体を含有する液体組成物を母材に含浸させることからなる。前駆体は、一般に、高性能エポキシ樹脂などのポリマーの形態であり、場合によっては溶媒中で希釈される。プリフォームは、密閉されるのに適し、成形される最終ブレードの形状を有するキャビティを有する金型内に配置される。その後、該型を閉じ、マトリックス液体前駆体（例えば、樹脂）をキャビティ全体に注入して、プリフォームの繊維部分全体に含浸させる。
前駆体は、溶媒を除去した後、ポリマーを硬化させた後、一般に型を加熱することによって熱処理を行うことによってマトリックスに変換され、すなわち、前駆体は重合され、プリフォームは、製造される部品の形状に一致する形状を有する型内に全体にわたって保持される。
炭素またはセラミックマトリックスを形成する場合、熱処理は、使用される前駆体および熱分解条件に応じて、マトリックスを炭素またはセラミックマトリックスに変換するように、前駆体を熱分解することからなる。例として、セラミック、特にＳｉＣのための液体前駆体は、ポリカルボシラン（ＰＣＳ）、またはポリチタノカルボシラン（ＰＴＣＳ）、またはポリシラザン（ＰＳＺ）型樹脂であってもよく、一方、炭素の液体前駆体は、フェノール樹脂などの比較的高いコークス含有量を有する樹脂であってもよい。含浸から熱処理までの複数の連続したサイクルは、所望の緻密化度に到達するように行われてもよい。
本発明の一態様では、特に有機マトリックスを形成する場合、繊維プリフォームは、既知の樹脂トランスファー成形（ＲＴＭ）法によって緻密化されることができる。ＲＴＭ法によれば、繊維プリフォームは、製造される部品の外側形状を有する金型内に配置される。熱硬化性樹脂は、繊維プリフォームを含む金型の内部空間に注入される。樹脂によるプリフォームの含浸を制御し最適化するように、樹脂が注入される位置と樹脂を排出するためのオリフィスとの間のこの内部空間に圧力勾配が一般に確立される。
繊維プリフォームは、化学気相含浸法（ＣＶＩ）法によって、既知の方法で同様に緻密化されることができる。製造されるブレードの繊維強化材に対応する繊維プリフォームは、反応気相が導入されるオーブン内に配置される。オーブン内に存在する圧力および温度、ならびに気相の組成は、プリフォームのコアの繊維と接触する固体材料を堆積させることによってプリフォームの細孔内にマトリックスを形成するように、オーブン内の圧力および温度、ならびにガス相の組成は、ガス相がプリフォームの細孔内で拡散することを可能にするように選択される。基体の表面上に材料を堆積することのみからなる化学気相成長（ＣＶＤ）法に特有の圧力および温度条件とは対照的に、この固体材料は、ガス相の成分の分解のおよび複数の成分間の反応の産物である。
ＳｉＣマトリックスは、メチルトリコロシラン（ＭＴＳ）を使用して形成されることができ、ＭＴＳの分解によってＳｉＣを与え、一方、炭素マトリックスは、熱分解によって炭素を与えるメタンおよび／またはプロパンなどの炭化水素ガスを使用して得ることができる。
また、液体技術とガス技術を組み合わせた緻密化は、意図された利用に満足できる特性を得ながら、作業を容易にし、コストを制限し、製造サイクルを制限するために使用されることができる。
繊維プリフォームの細孔中にマトリックスを形成するために溶浸法を使用することも可能である。この種の方法では、マトリックスは、溶融状態のケイ素またはケイ素の合金を浸透させることによって形成される。浸透の前に、セラミックまたは炭素粒子を繊維プリフォームの細孔に導入することが可能である。セラミック粒子は、例えば、炭化ケイ素の粒子であってもよい。炭素粒子が導入されると、炭化ケイ素を形成するために導入される溶融シリコンと反応する。セラミックまたは炭素粒子は、スラリーによって導入することができる。
本発明の繊維構造体から出発して、上述の緻密化方法は、主に有機マトリックス複合材料（ＯＭＣ）、炭素マトリックス材料（Ｃ／Ｃ）、およびセラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）から作られた部品を得ることを可能にする。
酸化物／酸化物複合材料から部品を作製する場合、繊維構造体は、耐火性酸化物粒子を担持するスラリーで含浸されてもよい。スラリーの液相を除去した後、得られたプリフォームに熱処理を施し、粒子を焼結させ、耐火性酸化物マトリックスを得る。構造体は、ＲＴＭタイプの射出成形法におけるような圧力勾配を使用する方法によって、またはサブミクロンの粉末を吸引することによって含浸され得る。
緻密化後、複合材料ブレード１０が得られ、図１９に示すように、複合材料ブレード１０は、繊維構造体２００のより厚い部分２０３によって形成されるその底部分に根元部１０３を有し、根元部は、構造２００内で厚さが減少する部分２０４によって形成されるタング１０４、および繊維構造体２００の部分２０５によって形成される翼形１０５によって延長される。
本発明による繊維構造体およびその製造方法は、特に、図１９に示すものに加えて、ガス流路のシール、傾斜の防止等の機能を果たすように働く１つ以上のプラットフォームを含むブレードのような、図１９に示すブレードの形状よりも複雑な形状を呈するタービンエンジンブレードを製造するために使用されることができる。

Claims (12)

  1. 多層三次元織りによって連結された複数の緯糸層および経糸層を有する繊維構造体（２００）であって、繊維構造体（２００）は、経糸方向に隣接する少なくとも第１および第２の部分（２０３および２０４）を有し、第１の部分（２０３）は、経糸および緯糸方向に垂直な方向に、第２の部分（２０４）の厚さよりも大きい厚さを呈し、第１の部分（２０３）がそのコア（２０３１）に模紗織格子の形態で経糸および緯糸を三次元織りによって得られる少なくとも１つの繊維織物（ＭＬ）を有することと、前記少なくとも１つの織物（ＭＬ）が第１の部分（２０３）の表面に存在する２つのスキン（２０３２；２０３３）の間に存在することと、前記少なくとも１つの織物（ＭＬ）が前記織物に局部的に偏向される前記スキンに属する経糸（Ｃ３；Ｃ１６）によって、スキン（２０３２；２０３３）に連結されることと、を特徴とする、繊維構造体。
  2. 模紗織繊維織物（ＭＬ）が、経糸および緯糸方向に垂直な方向に、第２の部分（２０４）に向かって減少する厚さを呈示する、請求項１に記載の繊維構造体（２００）。
  3. 第１および第２の部分（２０３および２０４）が、前記第１および第２の部分の間で連続的に織られた同じ数の経糸を有し、第１の部分（２０３）が、そのコア内に、第２の部分（２０４）のコア内に存在する経糸層の数よりも多い数の経糸層を含む、請求項１または２に記載の繊維構造体（２００）。
  4. 第１の部分（２０３）が、そのコア内に、第２の部分（２０４）のコア内に存在する経糸層の数の２倍に等しい数の経糸層を含む、請求項３に記載の繊維構造体（２００）。
  5. 構造（２００）が炭素糸またはセラミック材料糸を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の繊維構造体（２００）。
  6. マトリックスにより緻密化された繊維強化材を含み、前記繊維強化材が、請求項１〜５のいずれか１項に記載の繊維構造体（２００）により構成される複合材料部品（１０）。
  7. 前記部品（１０）がタービンブレードに相当し、繊維構造体の第１部分（２０３）は繊維強化材のブレード根元部（１０３）を構成する、請求項６に記載の部品（１０）。
  8. 複数の緯糸と経糸との間の多層三次元織りによって繊維構造体（２００）を製造する方法にして、繊維構造体（２００）は、経糸方向に隣接する少なくとも第１および第２の部分（２０３，２０４）を有し、第１の部分（２０３）は、経糸および緯糸方向に垂直な方向に、第２の部分（２０４）の厚さよりも大きい厚さを呈する方法であって、第１の部分（２０３）が、経糸層および緯糸層を三次元織りするステップによって作製され、該ステップでは、繊維織物（ＭＬ）が、第１の部分の表面でスキン（２０３２；２０３３）と一緒に、第１の部分（２０３）のコア（２０３１）内に模紗織格子の形態で形成され、スキン（２０３２；２０３３）の織物は、前記スキン（２０３２；２０３３）から特定の経糸（Ｃ３；Ｃ１６）を偏向させるように、且つそれらを模紗織織物（ＭＬ）と一緒に織るように、局所的に変化されることを特徴とする、方法。
  9. 模紗織の織物（ＭＬ）が、経糸および緯糸方向に垂直な方向において、第２の部分（２０４）に向かって減少する厚さを呈示する、請求項８に記載の方法。
  10. 第１および第２の部分（２０３および２０４）が、第１および第２の部分（２０３および２０４）の間で連続的に織られた同じ数の経糸を有し、第１の部分（２０３）が、そのコア内に、第２の部分（２０４）のコア内に存在する経糸層の数よりも多い数の経糸層を含む、請求項８または９に記載の方法。
  11. 第１の部分（２０３）が、そのコア内に、第２の部分（２０４）のコア内に存在する経糸層の数の２倍に等しい数の経糸層を含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 繊維構造体（２００）が炭素糸またはセラミック材料糸を含む、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の方法。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3107000B1 (fr) * 2020-02-10 2022-01-28 Safran Aircraft Engines Texture fibreuse pour réaliser une aube de soufflante en matériau composite
FR3120910A1 (fr) * 2021-03-17 2022-09-23 Safran Aircraft Engines Pièce de turbomachine composite formée d’une âme entourée par deux préformes fibreuses tissées 3D

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5279892A (en) * 1992-06-26 1994-01-18 General Electric Company Composite airfoil with woven insert
FR2861143B1 (fr) * 2003-10-20 2006-01-20 Snecma Moteurs Aube de turbomachine, notamment aube de soufflante et son procede de fabrication
FR2902802B1 (fr) 2006-06-21 2008-12-12 Snecma Propulsion Solide Sa Structure fibreuse de renfort pour piece en materiau composite et piece la comportant
FR2939129B1 (fr) 2008-11-28 2014-08-22 Snecma Propulsion Solide Aube de turbomachine en materiau composite et procede pour sa fabrication.
US8846553B2 (en) 2008-12-30 2014-09-30 Albany Engineered Composites, Inc. Woven preform with integral off axis stiffeners
US8105042B2 (en) * 2009-04-06 2012-01-31 United Technologies Corporation Intermediate-manufactured composite airfoil and methods for manufacturing
US8419374B2 (en) * 2009-08-14 2013-04-16 Hamilton Sundstrand Corporation Gas turbine engine composite blade
US20110052405A1 (en) * 2009-09-02 2011-03-03 United Technologies Corporation Composite airfoil with locally reinforced tip region
CN101775683A (zh) * 2010-01-13 2010-07-14 天津工业大学 一种法向增强2.5d织物及其织造方法
US20110176927A1 (en) * 2010-01-20 2011-07-21 United Technologies Corporation Composite fan blade
FR2962175B1 (fr) 2010-07-02 2012-08-10 Snecma Aube a longeron composite integre
US8662855B2 (en) * 2010-08-31 2014-03-04 United Technologies Corporation Integrally woven composite fan blade using progressively larger weft yarns
JP6254532B2 (ja) 2011-12-14 2017-12-27 サフラン・エアクラフト・エンジンズ 薄肉部を有する複合材料部品のための繊維補強構造
US9551094B2 (en) * 2011-12-14 2017-01-24 Snecma Fiber preform of π-shaped section, in particular for a fan platform made of composite material
EP2802701B1 (fr) * 2012-01-09 2016-11-16 Snecma Préforme fibreuse d'une aube de turbomachine en matériau composite à plate-forme integrée, et son procédé de réalisation
FR3011253B1 (fr) 2013-10-01 2016-06-10 Snecma Structure fibreuse avec regroupement des flottes
GB201417769D0 (en) * 2014-10-08 2014-11-19 Rolls Royce Plc Composite article
FR3032726B1 (fr) 2015-02-16 2017-06-02 Herakles Structure fibreuse de renfort de pieces en materiau composite a forte variation d'epaisseur
EP3362594B1 (en) * 2015-10-13 2020-07-22 Albany Engineered Composites, Inc. 3d woven preforms with channels

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