JP7236316B2 - 複合材翼及び複合材翼の成形方法 - Google Patents

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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
しかしながら、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ことから、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場合、十分なせん断強度を得ることが困難である。
そこで、本発明は、翼根部と金属パッチとの接合を強固なものとして、翼根部に与えられるせん断応力の集中を好適に低減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、強化繊維に樹脂を含浸させ硬化させた複合材からな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び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、前記翼根部に設置される金属パッチと、を備え、前記金属パッチは、前記翼根部側の面に形成される複数の突起部を有する。
この構成によれば、金属パッチの複数の突起部を、翼根部に食い込ませることができるため、翼根部と金属パッチとの接合を強固なものにすることができる。つまり、複数の突起部は、金属パッチと翼根部との間にせん断応力が加わったときに、金属パッチと翼根部とがせん断はく離をしないようなものとなっている。なお、複数の突起部は、金属パッチの全面に設ける必要はなく、少なくとも金属パッチの中央に設ければよい。
また、前記翼根部は、強化繊維に樹脂を含浸させた強化繊維基材を、前記翼溝と対向する方向に複数積層させることで成形されており、前記突起部は、前記翼根部側に突出する突出方向における高さが、積層される複数の前記強化繊維基材に跨るような高さとなっていることが、好ましい。
この構成によれば、金属パッチの複数の突起部を、翼根部に確実に食い込ませることができる。
また、複数の前記突起部は、前記翼根部側に突出する突出方向における平均高さが、前記金属パッチの中央部に比して、前記金属パッチの端部のほうが短くなっていることが、好ましい。
この構成によれば、金属パッチは、その端部においてせん断応力が集中し易いことから、金属パッチの中央部において複数の突起部の平均高さを高くすることで、金属パッチの中央部にせん断応力を集中させることができる。このため、金属パッチの全体にわたって応力集中を均等に分散させることができる。このため、金属パッチの端部が、せん断応力によりはく離することを抑制することができる。
また、複数の前記突起部は、前記翼根部側に突出する突出方向における高さが、隣接する他の前記突起部と異なる高さとなっていることが、好ましい。
この構成によれば、隣接する突起部の高さを異ならせることで、突出方向にせん断応力を分散させることができるため、せん断応力の集中を緩和することができる。
また、前記突起部は、突出方向に突出する突出部位と、前記突出部位に対して折り返した折り返し部位と、を含むことが、好ましい。
この構成によれば、翼根部に対する突起部の引抜強度を高めることができるため、翼根部と金属パッチとの接合をより強固なものにすることができる。
また、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、基端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、複数の前記突起部は、前記幅方向の長さに比して、前記長さ方向の長さが長いことが、好ましい。
この構成によれば、翼根部における強化繊維は、基端側から先端側に向かう長さ方向における繊維の配向比率が高いため、突起部の形状を、突起部の長さ方向の長さを長くすることで、翼根部に食い込みやすい形状とすることができる。
また、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、基端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、複数の前記突起部は、前記金属パッチの前記幅方向の両端側において、前記長さ方向の長さに比して、前記幅方向の長さが長く、前記金属パッチの前記幅方向の中央部において、前記幅方向の長さに比して、前記長さ方向の長さが長いことが、好ましい。
この構成によれば、翼根部の幅方向の両端側は、複合材翼の加熱成形時において熱伸びし易い。このため、突起部の形状を、金属パッチの幅方向の両端側において、突起部の幅方向の長さを長くすることで、突起部に対して翼根部が幅方向に滑り易くなり、翼根部の熱伸びを吸収することができる。
また、前記複合材翼は、前記翼根部と前記翼形部との間が湾曲する湾曲部となっており、前記翼根部に設置される前記金属パッチは、第１の金属パッチであり、前記湾曲部に設置される第２の金属パッチをさらに備え、前記第２の金属パッチは、前記湾曲部側の面に形成される複数の突起部を有することが、好ましい。
この構成によれば、湾曲部に第２の金属パッチを配置することで、第２の金属パッチの複数の突起部を、湾曲部に食い込ませることができる。このため、湾曲部が強化繊維基材を積層させることで成形される場合、湾曲部における層間強度を、複数の突起部により高めることができる。
また、前記第１の金属パッチと前記第２の金属パッチとは、連続して一体に形成されており、前記第１の金属パッチと前記第２の金属パッチとの境界は、前記境界以外の部位に比して剛性が弱くなる加工が施されていることが、好ましい。
この構成によれば、第１の金属パッチと第２の金属パッチとを、個別に形成することなく、一体に形成することができるため、金属パッチの製造を容易にすることができる。なお、剛性が弱くなる加工としては、境界の部位を境界以外の部位に比して薄くする溝加工を行ってもよいし、境界の部位の一部に切れ目を入れる切込み加工を行ってもよく、特に限定されない。
本発明の複合材翼の成形方法は、強化繊維に樹脂を含浸させ硬化させた複合材からな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び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、前記翼根部に設置される金属パッチと、を備え、前記金属パッチは、前記翼根部側の面に形成される複数の突起部を有し、前記翼根部を成形するための成形型に対して、複数の前記突起部が前記成形型の反対側に突出するように、前記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、強化繊維に樹脂を含浸させた強化繊維基材を積層して積層体を形成する積層工程と、前記積層体を加熱して硬化させる硬化工程と、を行う。
この構成によれば、金属パッチの複数の突起部を、翼根部に食い込ませた状態で、複合材翼を成形することができる。このため、翼根部と金属パッチとの接合が強固なものとなる複合材翼を成形することができる。
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、実施形態１に係る複合材翼の金属パッチを示す模式図である。 図４は、金属パッチを模式的に示す断面図である。 図５は、金属パッチの他の一例を模式的に示す断面図である。 図６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７は、実施形態２に係る複合材翼の金属パッチに設けられる突起部の平均高さを示すグラフである。 図８は、実施形態２に係る複合材翼の金属パッチを模式的に示す断面図である。 図９は、実施形態３に係る複合材翼の金属パッチに設けられる突起部の一例を示す説明図である。 図１０は、実施形態３に係る複合材翼の金属パッチに設けられる突起部の一例を示す説明図である。 図１１は、実施形態３に係る複合材翼の金属パッチに設けられる突起部の一例を示す説明図である。 図１２は、実施形態４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１３は、実施形態４に係る複合材翼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。
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強化繊維基材としてのプリプレグを、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、強化繊維基材として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。
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。
金属パッチ２３は、翼根部２１の当接面３１ａ，３１ｂに設けられる。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に一体に接合されている。図３に示すように、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。これは、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からである。
図４に示すように、金属パッチ２３は、翼根部２１側の面に形成される複数の突起部３５を有している。ここで、翼根部２１は、金属パッチ２３と対向する方向にプリプレグＰが複数積層されることで成形されており、複数の突起部３５は、その突出方向が、プリプレグＰの積層方向に沿った方向となっている。また、複数の突起部３５は、突出方向における高さＨが全て同じ高さであってもよい。各突起部３５は、先端が尖っている針状に形成されており、突出方向における高さＨが、積層される複数のプリプレグＰに跨るような高さとなっている。なお、各突起部３５は、例えば、３層以上のプリプレグＰに跨るような高さとなっている。また、突起部３５の先端は、鋭利な形状が好ましく、突起部３５同士の間のピッチ間隔は、適用する織物の繊維幅より大きい方が好ましい。さらに、背側の金属パッチ２３ａにおける突起部３５と、腹側の金属パッチ２３ｂにおける突起部３５とは、同じ分布としてもよい。複数の突起部３５を有する金属パッチ２３は、例えば、立体造形装置を用いて造形してもよい。
なお、金属パッチ２３の突起部３５は、翼根部２１に食い込ませることができれば、何れの形状であってもよく、例えば、図５に示す形状であってもよい。図５に示す突起部３５は、突出方向に突出する突出部位３６と、突出部位３６に対して折り返した折り返し部位３７とを含んでいる。折り返し部位３７は、突出部位３６の突出方向に直交する方向に突出して設けられている。また、折り返し部位３７は、突出部位３６の突出方向に所定の間隔を空けて複数並べて設けることで、多段の構成とすることが好ましい。
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、金属パッチ２３の突起部３５は、翼根部２１の積層方向に積層された複数のプリプレグＰに食い込んでいるため、金属パッチ２３と翼根部２１との界面強度が、突起部３５を設けない場合に比して強固なものとなる。また、突起部３５により翼根部２１におけるプリプレグＰの層間強度も強固なものとなる。
次に、図６を参照して、複合材翼１０の成形方法について説明する。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Ｐ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Ｐ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、複数の突起部３５が背側成形型４１の反対側に突出するように配置する（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、複数の突起部３５が腹側成形型４２の反対側に突出するように配置する。
この後、背側の金属パッチ２３ａの複数の突起部３５に、プリプレグＰを突き刺しながら、プリプレグＰ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の複数の突起部３５に、プリプレグＰを突き刺しながら、プリプレグＰ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。
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。
以上のように、実施形態１によれば、金属パッチ３２の複数の突起部３５を、翼根部２１に食い込ませることができるため、翼根部２１と金属パッチ３２との接合を強固なものにすることができる。このため、複数の突起部３５は、金属パッチ３２と翼根部２１との界面にせん断応力が加わったときに、金属パッチ３２と翼根部２１とがせん断はく離することを抑制することができる。
また、実施形態１によれば、各突起部３５を、翼根部２１において積層される複数のプリプレグＰに跨って突出させることができるため、金属パッチ３２の複数の突起部３５を、翼根部２１に確実に食い込ませることができる。
また、実施形態１によれば、翼根部２１と金属パッチ３２との接合が強固なものとなる複合材翼１０を成形することができる。
［実施形態２］
次に、図７及び図８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７は、実施形態２に係る複合材翼の金属パッチに設けられる突起部の平均高さを示すグラフである。図８は、実施形態２に係る複合材翼の金属パッチを模式的に示す断面図である。
実施形態１の複合材翼１０では、金属パッチ２３における複数の突起部３５の突出方向における高さＨが、全て同じ高さであってもよいとしたが、実施形態２の複合材翼１０では、金属パッチ２３における複数の突起部３５の突出方向における高さＨを異ならせている。
図７は、その横軸が、金属パッチ２３の翼長方向及び翼幅方向における位置であり、その縦軸が、金属パッチ２３の複数の突起部３５の平均高さとなっている。なお、平均高さとは、所定の位置における複数の突起部３５の高さを平均した高さである。
図７に示すように、金属パッチ２３の複数の突起部３５の平均高さは、翼長方向及び翼幅方向における両端部において低いものとなっており、翼長方向及び翼幅方向における中央部において高くなっている。つまり、金属パッチ２３は、翼長方向の翼頂側の領域、及び翼長方向の基端側の領域における複数の突起部３５の平均高さが、翼長方向の中央部の領域に比して低くなっている。換言すれば、金属パッチ２３は、翼長方向の中央部の領域における複数の突起部３５の平均高さが、翼長方向の翼頂側の領域、及び翼長方向の基端側の領域に比して高くなっている。また、金属パッチ２３は、翼幅方向の前縁側の領域、及び翼幅方向の後縁側の領域における複数の突起部３５の平均高さが、翼幅方向の中央部の領域に比して低くなっている。換言すれば、金属パッチ２３は、翼幅方向の中央部の領域における複数の突起部３５の平均高さが、翼幅方向の前縁側の領域、及び翼幅方向の後縁側の領域比して高くなっている。
なお、図７では、複数の突起部３５の平均高さが連続的に変化しているが、特に限定されず、複数の突起部３５の平均高さが段階的に変化していてもよい。
また、図８に示すように、金属パッチ２３の複数の突起部３５は、隣接する他の突起部３５と異なる高さとなっている。金属パッチ２３の複数の突起部３５は、例えば、隣接する方向において、一方側から他方側へ向かって高さが徐々に低くなるものとなっている。つまり、複数の突起部３５は、翼根部２１の当接面３１ａ，３１ｂから、プリプレグＰの積層方向における深さが深くなるにつれて、突起部３５の割合が減少するものとなっている。なお、図８に示す複数の突起部３５は、一例であり、複数の突起部３５の高さは、隣接する突起部３５が異なる高さであればよく、ランダムな高さであってもよい。
以上のように、実施形態２によれば、金属パッチ２３は、翼長方向及び翼幅方向の端部においてせん断応力が集中し易いことから、金属パッチ２３の中央部において複数の突起部３５の平均高さを高くすることで、金属パッチ２３の中央部にせん断応力を集中させることができる。このため、金属パッチ２３の全体にわたって応力集中を均等に分散させることができる。このため、金属パッチ２３の端部が、せん断応力によりはく離することを抑制することができる。
また、実施形態２によれば、隣接する突起部３５の高さを異ならせることで、突出方向にせん断応力を分散させることができるため、せん断応力の集中を緩和することができる。
なお、実施形態２では、金属パッチ２３の突起部３５を、図７及び図８に示すものとしたが、図７及び図８の少なくとも一方の構成であってもよい。
［実施形態３］
次に、図９から図１１を参照して、実施形態３に係る複合材翼１０について説明する。なお、実施形態３でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１及び２と異なる部分について説明し、実施形態１及び２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から図１１は、実施形態３に係る複合材翼の金属パッチに設けられる突起部の一例を示す説明図である。
実施形態１の複合材翼１０では、金属パッチ２３における複数の突起部３５について、当接面３１に対する翼長方向及び翼幅方向における形状を特に限定しなかった。実施形態３の複合材翼１０では、金属パッチ２３における複数の突起部３５について、当接面３１に対する翼長方向及び翼幅方向における形状を所定の形状としている。
図９に示すように、実施形態３の金属パッチ２３において、複数の突起部３５は、当接面（設置面）３１内において、つまり、突出方向に直交する面内において、翼幅方向の長さに比して、翼長方向の長さが長くなっている。また、図９では、金属パッチ２３の全域において、複数の突起部３５を、翼幅方向の長さに比して翼長方向の長さが長いものとしている。なお、翼幅方向の長さに比して翼長方向の長さが長い突起部３５としては、例えば、突出方向に直交する面において、楕円形状となる突起部３５ａ、菱形形状となる突起部３５ｂ、または長方形状となる突起部３５ｃ等がある。
また、複数の突起部３５は、図１０に示すようなものとしてもよい。図１０に示すように、実施形態３の金属パッチ２３を、翼幅方向における中央の領域と、翼幅方向における前縁側の領域と、翼幅方向における後縁側の領域とに区分する。そして、中央の領域における複数の突起部３５は、当接面（設置面）３１内において、つまり、突出方向に直交する面内において、翼幅方向の長さに比して、翼長方向の長さが長くなっている。一方で、前縁側の領域、及び後縁側の領域における複数の突起部３５は、当接面３１内において、翼長方向の長さに比して、翼幅方向の長さが長くなっている。なお、図１０も、図９と同様に、突起部３５としては、例えば、突出方向に直交する面において、楕円形状となる突起部３５ａ、菱形形状となる突起部３５ｂ、または長方形状となる突起部３５ｃ等がある。
また、金属パッチ２３は、図１１に示すようなものとしてもよい。図１１に示す金属パッチ２３は、図１０の金属パッチ２３に、切れ目６１を形成したものである。切れ目６１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る。各切れ目６１は、翼長方向に延在して形成されている。このとき、金属パッチ２３の切れ目６１が形成された部位は、翼長方向の一部がつながっている。なお、切れ目６１は、図１０の金属パッチ２３に形成したが、図９の金属パッチ２３に形成してもよいし、実施形態１または実施形態２の金属パッチ２３に形成してもよい。
以上のように、実施形態３によれば、翼根部２１において、強化繊維の繊維方向が翼長方向となる繊維の配向比率が高い場合、突起部３５の形状を翼長方向に長い形状とすることで、突起部３５にプリプレグＰを積層する際に、強化繊維に阻害され難く、翼根部２１に食い込みやすい形状とすることができる。
また、実施形態３によれば、翼根部２１の翼幅方向の両端側（前縁側及び後縁側）は、複合材翼１０の熱硬化時において熱伸びし易い。このため、金属パッチ３２の翼幅方向の両端側において、突起部３５の翼幅方向の長さを長くすることで、突起部３５に対して翼根部２１が幅方向に滑り易くなり、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。
また、実施形態３によれば、金属パッチ２３に切れ目６１を形成することで、金属パッチ２３が翼幅方向へ広が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。
［実施形態４］
次に、図１２及び図１３を参照して、実施形態４に係る複合材翼７０について説明する。なお、実施形態４でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１から３と異なる部分について説明し、実施形態１から３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１２は、実施形態４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１３は、実施形態４に係る複合材翼の金属パッチを示す模式図である。
実施形態４の複合材翼７０は、実施形態１の金属パッチ２３に加えて、他の金属パッチ７２をさらに備えたものとなっている。実施形態４の複合材翼７０は、翼根部２１と翼形部２２との間が湾曲する湾曲部２６となっている。湾曲部２６は、翼厚方向の背側の面となる背側湾曲面２７ａと、翼厚方向の腹側の面となる腹側湾曲面２７ｂとを含む。背側湾曲面２７ａは、背側の当接面３１ａと連なると共に、翼形部２２の背側の面である背側シャンク面２８ａと連なっている。腹側湾曲面２７ｂは、腹側の当接面３１ｂと連なると共に、翼形部２２の腹側の面である腹側シャンク面２８ｂと連なっている。
翼根部２１に設置される金属パッチ２３は、第１の金属パッチ２３となっており、湾曲部２６に設置される金属パッチ７２は、第２の金属パッチ７２となっている。なお、第１の金属パッチ２３は、実施形態１と同様であるため、説明を省略する。
第２の金属パッチ７２は、湾曲部２６の背側湾曲面２７ａ及び腹側湾曲面２７ｂに設けられる。第２の金属パッチ７２は、湾曲部２６の背側湾曲面２７ａ及び腹側湾曲面２７ｂに一体に接合されている。背側湾曲面２７ａに設けられる第２の金属パッチ７２ａは、腹側湾曲面２７ｂに設けられる第２の金属パッチ７２ｂ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、第２の金属パッチ７２は、第１の金属パッチ２３と同様に、湾曲部２６側の面に形成される複数の突起部を有している。なお、第２の金属パッチ７２の複数の突起部も、第１の金属パッチ２３の複数の突起部３５と同様であるため、説明を省略する。
ここで、図１３に示すように、第１の金属パッチ２３ａ，２３ｂと第２の金属パッチ７２ａ，７２ｂとは、翼長方向に隣接して配置されており、連続して一体に形成されている。第１の金属パッチ２３ａ，２３ｂと第２の金属パッチ７２ａ，７２ｂとの境界は、境界以外の部位に比して剛性が弱くなる加工が施されている。剛性が弱くなる加工としては、境界の部位の一部に切れ目７５を入れる切込み加工である。なお、境界の部位を境界以外の部位に比して薄くする溝加工を行ってもよい。
以上のように、実施形態４によれば、湾曲部２６に第２の金属パッチ７２を配置することで、第２の金属パッチ７２の複数の突起部３５を、湾曲部２６に食い込ませることができる。このため、プリプレグＰを積層させて成形された湾曲部２６における層間強度を、複数の突起部３５により高めることができる。
また、実施形態４によれば、第１の金属パッチ２３と第２の金属パッチ７２とを、個別に形成することなく、一体に形成することができるため、金属パッチ２３，７２の製造を容易にすることができる。
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
２６ 湾曲部
３１ａ，３１ｂ 当接面
３５ 突起部
４１ 背側成形型
４２ 腹側成形型
６１ 切れ目
７０ 複合材翼（実施形態４）
７２ 第２の金属パッチ
７５ 切れ目
Ｐ プリプレグ

Claims (10)

  1. 強化繊維に樹脂を含浸させ硬化させた複合材からな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び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、前記翼根部に設置される金属パッチと、を備え、
    前記金属パッチは、前記翼根部側の面に形成される複数の突起部を有し、
    複数の前記突起部は、前記翼根部側に突出する突出方向における平均高さが、前記金属パッチの中央部に比して、前記金属パッチの端部のほうが短くなっている複合材翼。
  2. 前記翼根部は、強化繊維に樹脂を含浸させた強化繊維基材を、前記翼溝と対向する方向に複数積層させることで成形されており、
    前記突起部は、前記翼根部側に突出する突出方向における高さが、積層される複数の前記強化繊維基材に跨るような高さとなっている請求項１に記載の複合材翼。
  3. 複数の前記突起部は、前記翼根部側に突出する突出方向における高さが、隣接する他の前記突起部と異なる高さとなっている請求項１または２に記載の複合材翼。
  4. 前記突起部は、突出方向に突出する突出部位と、前記突出部位に対して折り返した折り返し部位と、を含む請求項１から３のいずれか１項に記載の複合材翼。
  5. 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、基端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、
    複数の前記突起部は、前記幅方向の長さに比して、前記長さ方向の長さが長い請求項１から４のいずれか１項に記載の複合材翼。
  6. 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、基端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、
    複数の前記突起部は、前記金属パッチの前記幅方向の両端側において、前記長さ方向の長さに比して、前記幅方向の長さが長く、前記金属パッチの前記幅方向の中央部において、前記幅方向の長さに比して、前記長さ方向の長さが長い請求項１から４のいずれか１項に記載の複合材翼。
  7. 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、基端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６のいずれか１項に記載の複合材翼。
  8. 前記複合材翼は、前記翼根部と前記翼形部との間が湾曲する湾曲部となっており、
    前記翼根部に設置される前記金属パッチは、第１の金属パッチであり、
    前記湾曲部に設置される第２の金属パッチをさらに備え、
    前記第２の金属パッチは、前記湾曲部側の面に形成される複数の突起部を有する請求項１から７のいずれか１項に記載の複合材翼。
  9. 前記第１の金属パッチと前記第２の金属パッチとは、連続して一体に形成されており、
    前記第１の金属パッチと前記第２の金属パッチとの境界は、前記境界以外の部位に比して剛性が弱くなる加工が施されている請求項８に記載の複合材翼。
  10. 強化繊維に樹脂を含浸させ硬化させた複合材からな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び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、前記翼根部に設置される金属パッチと、を備え、
    前記金属パッチは、前記翼根部側の面に形成される複数の突起部を有し、
    複数の前記突起部は、前記翼根部側に突出する突出方向における平均高さが、前記金属パッチの中央部に比して、前記金属パッチの端部のほうが短くなっており、
    前記翼根部を成形するための成形型に対して、複数の前記突起部が前記成形型の反対側に突出するように、前記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、強化繊維に樹脂を含浸させた強化繊維基材を積層して積層体を形成する積層工程と、
    前記積層体を加熱して硬化させる硬化工程と、を行う複合材翼の成形方法。
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