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技術 一体翼を有する複合ロータアセンブリおよび複合ベーンアセンブリ

出願人 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
発明者 クレイ,ニコラス・ジョセフマカフィー,クリストファー・リーシム,ドン−チン
出願日 2012年12月7日 (6年11ヶ月経過) 出願番号 2014-549092
公開日 2015年1月22日 (4年9ヶ月経過) 公開番号 2015-502498
状態 特許登録済
技術分野 非容積形ポンプの構造 タービンロータ・ノズル・シール
主要キーワード ツール部品 複合ロータ 複合アセンブリ 固有減衰 前進面 リングセクション 内側空気流 複合材マトリックス
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年1月22日)のものです。
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図面 (13)

課題・解決手段

ガスタービンエンジン複合構造は、保持リングを含み、が、保持リングに取り付けられており、保持リングと一体であり、保持リングから半径方向に離れるように延在している。保持リングは、環状の複合プライを含み、周方向セグメント化された翼リングは、保持リングの外周および内周の一方の周囲に配置された翼リングセグメントを含む。翼リングセグメントは、環状基部ならびに環状基部の時計回り端部および反時計回り端部から半径方向に延在する時計回り翼セグメントおよび反時計回り翼セグメントを含む。複合翼は、時計回り翼セグメントおよび反時計回り翼セグメントの周方向に互いに隣接する翼セグメントを含む。セグメント化された翼リングの周囲に周方向に配置された流路シェルは、流路シェルと保持リングとの間に環状基部を閉じ込めている。複合翼は、流路シェルのスロットを貫通して延在している。プライは、連続的な複合テープから作製される単一の螺旋体として巻回されてもよい。スロットは、周方向に角度を付けられてもよい。時計回り翼セグメントおよび反時計回り翼セグメントの周方向に互いに隣接する翼セグメントは、互いに縫合されてもよい。

概要

背景

ガスタービンエンジンで用いられるブレード一体型ロータ(IBR:integrally bladed rotor)または多くの場合にブリスクBLSK)と呼ばれるブレードディスクが、当該技術分野では知られている。ターボファンガスタービンエンジンは、一般に、前方のファンおよびブースタ圧縮機、中央のコアエンジン、ならびに後方低圧パワータービンを含む。ブリスクは、通常は固体金属ビレットから機械加工された単品または互いに溶接された複数の要素として金属材料から製造されている。金属ブリスクは、比較的重い。金属は、複合材料と比較して、より低い比強度を有し、非常に小さな固有減衰を有する。

ガスタービンエンジンで用いられるブレード一体型複合ロータ(composite integrally bladed rotor)は、米国特許第4,747,900号明細書、米国特許第4,786,347号明細書、および米国特許第7,491,032号明細書などの複数の特許において開示されている。ブレード一体型複合ロータは、ロータ完全性を保つためにロータの構造を設計する際に考慮に入れなければならない大きな力を受ける。ロータディスクでが、主な力は、周方向にかかるため、周方向応力吸収する能力が重要となる一方で、翼ブレードでは、半径方向にかかる力が際立っている。このようなロータに使用される複合材料は、一般的には、固有強度の低い樹脂エポキシなど)を含む。複合材料は、複合材料の母材に含まれているのと同じ材料の繊維を通常は含んでいるため、金属よりも高い比強度を有する。繊維は、張力が最も強いことで知られており、このため、完成部品における力の方向が、少なくとも部分的にその強度を決定する。場合によって、部品の構造設計は、繊維の方向の必要性によって影響されている。

複合材マトリックスのブレード一体型ロータ、ディスクベーン、およびこれらを製造するための方法は、非常に大きな労働力、時間、および非常に大きな費用のかかるものである。労働力、時間、および費用のはるかにかからない複合材マトリックスのブレード一体型ロータ、ディスク、およびベーンを製造するための設計および方法を有することが極めて望ましい。強固であり、中央孔を可能にし、さらには比較的迅速かつ容易に製造される複合材マトリックスのブレード一体型ロータ、ディスク、およびベーンを製造するための設計および方法を有することが極めて望ましい。

概要

ガスタービンエンジンの複合構造は、保持リングを含み、が、保持リングに取り付けられており、保持リングと一体であり、保持リングから半径方向に離れるように延在している。保持リングは、環状の複合プライを含み、周方向にセグメント化された翼リングは、保持リングの外周および内周の一方の周囲に配置された翼リングセグメントを含む。翼リングセグメントは、環状基部ならびに環状基部の時計回り端部および反時計回り端部から半径方向に延在する時計回り翼セグメントおよび反時計回り翼セグメントを含む。複合翼は、時計回り翼セグメントおよび反時計回り翼セグメントの周方向に互いに隣接する翼セグメントを含む。セグメント化された翼リングの周囲に周方向に配置された流路シェルは、流路シェルと保持リングとの間に環状基部を閉じ込めている。複合翼は、流路シェルのスロットを貫通して延在している。プライは、連続的な複合テープから作製される単一の螺旋体として巻回されてもよい。スロットは、周方向に角度を付けられてもよい。時計回り翼セグメントおよび反時計回り翼セグメントの周方向に互いに隣接する翼セグメントは、互いに縫合されてもよい。

目的

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請求項1

ガスタービンエンジン複合構造(8)であって、中心軸線(12)の周囲を囲んでいる環状の複合保持リング(400)であって、環状の複合プライ(49)を含む複合保持リングと、前記保持リング(400)上に取り付けられ、前記保持リング(400)と一体であり、前記保持リング(400)から半径方向に離れるように延在している複合翼(48)と、前記保持リング(400)の外周および内周の一方の周囲に配置されたリングセグメント(56)を含む周方向セグメント化された翼リング(54)であって、前記翼リングセグメント(56)のそれぞれが、環状基部(58)ならびに前記環状基部(58)の時計回り端部(64)および反時計回り端部(66)から半径方向に延在する時計回り翼セグメント(60)および反時計回り翼セグメント(62)を含み、前記複合翼(48)のそれぞれが、前記時計回り翼セグメント(60)および前記反時計回り翼セグメント(62)の周方向に互いに隣接する翼セグメント(88)を含む周方向にセグメント化された翼リング(54)と、流路シェルであって、前記セグメント化された翼リング(54)の周囲に周方向に配置され、前記流路シェルと前記保持リング(400)との間に前記環状基部(58)を閉じ込めており、前記複合翼(48)が、前記流路シェルのスロットを貫通して延在している流路シェルとを備える複合構造。

請求項2

単一の螺旋体(300)として巻回された前記環状の複合プライ(49)をさらに備える、請求項1に記載の複合構造。

請求項3

前記環状の複合プライ(49)および前記単一の螺旋体(300)が、連続的な複合テープ(50)から作製されている、請求項2に記載の複合構造。

請求項4

少なくとも部分的に炭素繊維織物材料から作製された前記保持リング(400)、前記複合翼(48)、および内側または外側の前記流路シェルをさらに備える、請求項1に記載の複合構造。

請求項5

単一の螺旋体(300)として巻回された前記環状の複合プライ(49)をさらに備える、請求項4に記載の複合構造。

請求項6

前記環状の複合プライ(49)および前記単一の螺旋体(300)が、連続的な複合テープ(50)から形成されている、請求項5に記載の複合構造。

請求項7

互いに縫合されている前記時計回り翼セグメント(60)および前記反時計回り翼セグメント(62)の前記周方向に互いに隣接する翼セグメント(88)をさらに備える、請求項1に記載の複合構造。

請求項8

周方向の時計回り方向または反時計回り方向に角度を付けられているか、または傾斜されているスロットをさらに備える、請求項1に記載の複合構造。

請求項9

ガスタービンエンジンの複合構造(8)であって、環状の複合シュラウド(148)から半径方向内側に離間された環状の保持リング(400)であって、前記保持リング(400)および前記シュラウド(148)が、中心軸線の周囲を囲んでいて、環状の複合プライ(49)を含む保持リング(400)と、前記保持リング(400)および前記シュラウド(148)と一体であり、前記保持リング(400)と前記シュラウド(148)との間に半径方向に延在している複合翼(48)と、前記保持リング(400)の外周の周囲に配置された翼リングセグメント(56)を含む周方向にセグメント化された複合翼リング(54)であって、前記翼リングセグメント(56)のそれぞれが、環状基部(58)ならびに前記環状基部(58)の時計回り端部(64)および反時計回り端部(66)から半径方向に延在する時計回り翼セグメント(60)および反時計回り翼セグメント(62)を含み、前記複合翼(48)のそれぞれが、前記時計回り翼セグメント(60)および前記反時計回り翼セグメント(62)の周方向に互いに隣接する翼セグメント(88)を含む周方向にセグメント化された複合翼リング(54)と、内側流路シェルであって、前記セグメント化された翼リング(54)の周囲に周方向に配置されており、前記内側流路シェルと前記保持リング(400)との間に前記環状基部(58)を閉じ込めており、前記複合翼(48)ならびに前記時計回り翼セグメント(60)および前記反時計回り翼セグメント(62)が、前記内側流路シェルの内側スロットを貫通して延在している内側流路シェルとを備える複合構造。

請求項10

前記内側流路シェルの周囲に周方向に配置され、かつ前記内側流路シェルから半径方向外側に離間された外側流路シェル(168)を含む前記環状の複合シュラウド(148)と、前記外側流路シェル(168)の、軸方向に延在する外側翼スロット(167)を貫通して半径方向外側に延在している前記時計回り翼セグメント(60)および前記反時計回り翼セグメント(62)と、前記外側流路シェル(168)の周囲に沿って、それぞれ前記時計回り翼セグメント(60)および反時計回り翼セグメント(62)から周方向の反時計回り方向および時計回り方向に延在している時計回りシュラウドセグメント(160)および反時計回りシュラウドセグメント(162)とをさらに備える、請求項9に記載の複合構造。

請求項11

前記保持リング(400)および前記環状の複合シュラウド(148)のそれぞれの単一の螺旋体(300)として巻回された前記環状の複合プライ(49)をさらに備える、請求項10に記載の複合構造。

請求項12

前記環状の複合プライ(49)および前記単一の螺旋体(300)が、連続的な複合テープ(50)から作製されている、請求項11に記載の複合構造。

請求項13

少なくとも部分的に炭素繊維織物材料から作製された前記保持リング(400)、前記環状の複合シュラウド(148)、および前記複合翼(48)をさらに備える、請求項12に記載の複合構造。

請求項14

互いに縫合されている前記時計回り翼セグメント(60)および前記反時計回り翼セグメント(62)の前記周方向に互いに隣接する翼セグメント(88)をさらに備える、請求項13に記載の複合構造。

請求項15

周方向の時計回り方向または反時計回り方向に角度を付けられているか、または傾斜されている前記スロットをさらに備える、請求項13に記載の複合構造。

請求項16

ガスタービンエンジン部品の複合構造を作製するための方法であって、リングセクション(72)から半径方向外側に延在し、かつ前記リングセクション(72)と一体である翼パネル(90)を有する一体的な予備成形品を形成するステップと、炭素繊維織物材料から作製された複合テープ(50)を巻回することによって前記リングセクション(72)を形成するステップと、前記炭素繊維織物材料から作製される翼クーポン(74)であって、中央セクション(76)ならびに前記中央セクション(76)から離れるように延在する時計回りセクション(78)および反時計回りセクション(80)を含む翼クーポン(74)を用意するステップと、前記中央セクション(76)を前記リングセクション(72)上に合わせて前記リングセクション(72)の周囲に前記翼クーポン(74)を配置するステップと、ソックスのソックススロット(83)を貫通するように前記時計回りセクション(78)および前記反時計回りセクション(80)を延在させながら、前記翼クーポン(74)の前記中央セクション(76)の半径方向外側を覆うように前記炭素繊維織物材料から作製された前記ソックスを配置するステップと、前記翼パネル(90)を形成するために前記中央セクション(76)から半径方向に離れるように延在するよう前記時計回りセクション(78)および前記反時計回りセクション(80)を配置するステップと、前記複合構造を形成するために前記予備成形品に樹脂を導入し、前記予備成形品および前記樹脂を成形するステップとを含む方法。

請求項17

前記成形のために樹脂トランスファ成形または真空支援型樹脂トランスファ成形を使用するステップをさらに含む、請求項16に記載の方法。

請求項18

前記成形の前に前記時計回りセクション(78)および前記反時計回りセクション(80)の周方向に互いに隣接しているセクションを互いに縫い付けるか、または縫合するステップをさらに含む、請求項16に記載の方法。

請求項19

前記ソックススロット(83)が前記リングセクション(72)の周囲の周方向に角度を付けられているか、または傾斜されている前記ソックスを用意するステップをさらに含む、請求項16に記載の方法。

請求項20

前記成形の前に前記時計回りセクション(78)および前記反時計回りセクション(80)の周方向に互いに隣接しているセクションを互いに縫い付けるか、または縫合するステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。

請求項21

ガスタービンエンジン部品の複合構造を作製するための方法であって、内側リングセクション(172)と外側リングセクション(174)との間に半径方向に延在する翼パネル(90)と一体的に予備成形品を形成するステップと、炭素繊維織物材料によって一体型ステータ予備成形品(170)を形成するステップと、前記炭素繊維織物材料から作製された複合テープ(50)を巻回することによって前記内側リングセクション(172)および前記外側リングセクション(174)を形成するステップと、前記炭素繊維織物材料から作製され、かつ中央セクション(76)ならびに前記中央セクション(76)から離れるように延在する時計回りセクション(78)および反時計回りセクション(80)を含む翼クーポン(74)であって、前記時計回りセクション(78)および前記反時計回りセクション(80)のそれぞれが、前記中央セクション(76)に接続されているパネルセクション(178)および前記パネルセクション(178)に接続されているシュラウドセクション(180)を含む翼クーポン(74)を用意するステップと、前記内側リングセクション(172)の周囲に前記翼クーポン(74)を配置するステップと、前記炭素繊維織物材料から作製された内側ソックス(84)および外側ソックス(184)を用意するステップと、前記内側ソックス(84)の内側ソックススロット(83)を貫通するように前記時計回りセクション(78)および前記反時計回りセクション(80)を延在させながら、前記翼クーポン(74)の前記中央セクション(76)の半径方向外側を覆うように前記内側ソックス(84)を配置するステップと、前記翼パネル(90)を形成するために前記中央セクション(76)から半径方向に離れるように延在するよう前記時計回りセクション(78)および前記反時計回りセクション(80)を配置するステップと、前記外側ソックス(184)の外側ソックススロット(83)からシュラウドセクション(180)を引き出すか、または前記外側ソックススロット(83)に前記シュラウドセクション(180)を通すステップと、それぞれ周方向の時計回り方向および反時計回り方向に向かって前記パネルセクション(178)から離れるように延在する前記時計回りセクション(78)および前記反時計回りセクション(80)の前記シュラウドセクション(180)を前記外側リングセクション(174)の内周または内径の周囲に配置するステップと、前記複合構造を形成するために前記予備成形品に樹脂を導入し、前記予備成形品および前記樹脂を成形するステップとを含む方法。

請求項22

前記内側ソックス(84)と前記内側リングセクション(172)との間に前記翼クーポン(74)の前記中央セクション(76)を閉じ込めるステップ、ならびに、前記外側ソックス(184)と前記ステータ予備成形品(170)の前記外側リングセクション(174)との間に前記翼クーポン(74)の前記時計回りセクション(78)および前記反時計回りセクション(80)の前記シュラウドセクション(180)を閉じ込めるステップをさらに含む、請求項21に記載の方法。

請求項23

前記成形のために樹脂トランスファ成形または真空支援型樹脂トランスファ成形を使用するステップをさらに含む、請求項22に記載の方法。

請求項24

前記成形の前に前記時計回りセクション(78)および前記反時計回りセクション(80)の前記パネルセクション(178)の周方向に互いに隣接しているセクションを互いに縫い付けるか、または縫合するステップをさらに含む、請求項22に記載の方法。

請求項25

前記内側ソックススロット(83)および前記外側ソックススロット(83)が前記内側リングセクション(172)および前記外側リングセクション(174)の周囲の周方向に角度を付けられているか、または傾斜されている前記内側ソックス(84)および前記外側ソックス(184)を用意するステップをさらに含む、請求項24に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、ガスタービンエンジンロータアセンブリおよびベーンアセンブリに関し、特に、航空機ガスタービンエンジン用の一体を有する複合ロータおよび複合ステータに関する。

背景技術

0002

ガスタービンエンジンで用いられるブレード一体型ロータ(IBR:integrally bladed rotor)または多くの場合にブリスクBLSK)と呼ばれるブレードディスクが、当該技術分野では知られている。ターボファンガスタービンエンジンは、一般に、前方のファンおよびブースタ圧縮機、中央のコアエンジン、ならびに後方低圧パワータービンを含む。ブリスクは、通常は固体金属ビレットから機械加工された単品または互いに溶接された複数の要素として金属材料から製造されている。金属ブリスクは、比較的重い。金属は、複合材料と比較して、より低い比強度を有し、非常に小さな固有減衰を有する。

0003

ガスタービンエンジンで用いられるブレード一体型複合ロータ(composite integrally bladed rotor)は、米国特許第4,747,900号明細書、米国特許第4,786,347号明細書、および米国特許第7,491,032号明細書などの複数の特許において開示されている。ブレード一体型複合ロータは、ロータ完全性を保つためにロータの構造を設計する際に考慮に入れなければならない大きな力を受ける。ロータディスクでが、主な力は、周方向にかかるため、周方向応力吸収する能力が重要となる一方で、翼ブレードでは、半径方向にかかる力が際立っている。このようなロータに使用される複合材料は、一般的には、固有強度の低い樹脂エポキシなど)を含む。複合材料は、複合材料の母材に含まれているのと同じ材料の繊維を通常は含んでいるため、金属よりも高い比強度を有する。繊維は、張力が最も強いことで知られており、このため、完成部品における力の方向が、少なくとも部分的にその強度を決定する。場合によって、部品の構造設計は、繊維の方向の必要性によって影響されている。

0004

複合材マトリックスのブレード一体型ロータ、ディスクベーン、およびこれらを製造するための方法は、非常に大きな労働力、時間、および非常に大きな費用のかかるものである。労働力、時間、および費用のはるかにかからない複合材マトリックスのブレード一体型ロータ、ディスク、およびベーンを製造するための設計および方法を有することが極めて望ましい。強固であり、中央孔を可能にし、さらには比較的迅速かつ容易に製造される複合材マトリックスのブレード一体型ロータ、ディスク、およびベーンを製造するための設計および方法を有することが極めて望ましい。

先行技術

0005

欧州特許出願公開第2196629号明細書

0006

ガスタービンエンジンの複合構造は、中心軸線の周囲を囲んでいる環状の複合保持リングならびに保持リング上に取り付けられ、保持リングと一体であり、保持リングから半径方向に離れるように延在する複合翼を含む。保持リングは、環状の複合プライを含み、周方向にセグメント化された翼リングは、保持リングの外周および内周の一方の周囲に配置された翼リングセグメントを含む。翼リングセグメントのそれぞれは、環状基部ならびに環状基部の時計回り端部および反時計回り端部から半径方向に延在する時計回り翼セグメントおよび反時計回り翼セグメントを含む。複合翼のそれぞれは、時計回り翼セグメントおよび反時計回り翼セグメントの周方向に互いに隣接する翼セグメントを含む。流路シェルは、セグメント化された翼リングの周囲に周方向に配置されており、流路シェルと保持リングとの間に環状基部を閉じ込めている。複合翼は、流路シェルの内側翼スロットを貫通して延在している。スロットは、周方向の時計回り方向または反時計回り方向に角度を付けられるか、または傾斜されてもよい。

0007

環状の複合プライは、連続的な複合テープから作製される単一の螺旋体として巻回されてもよい。保持リング、複合翼、および内側流路シェルまたは外側流路シェルは、少なくとも部分的に炭素繊維織物材料から作製されてもよい。

0008

時計回り翼セグメントおよび反時計回り翼セグメントの周方向に互いに隣接する翼セグメントは、互いに縫合されてもよい。

0009

ガスタービンエンジンの複合構造の別の実施形態は、中心軸線の周囲を囲んでいる環状の複合シュラウドから半径方向内側に離間された環状の保持リングならびに保持リングおよびシュラウドと一体であり、保持リングとシュラウドとの間に半径方向に延在する複合翼を含む。保持リングおよびシュラウドは、環状の複合プライを含み、周方向にセグメント化された複合翼リングは、保持リングの外周の周囲に配置された翼リングセグメントを含む。翼リングセグメントのそれぞれは、環状基部ならびに環状基部の時計回り端部および反時計回り端部から半径方向に延在する時計回り翼セグメントおよび反時計回り翼セグメントを含む。複合翼のそれぞれは、時計回り翼セグメントおよび反時計回り翼セグメントの周方向に互いに隣接する翼セグメントを含む。内側流路シェルは、セグメント化された翼リングの周囲に周方向に配置されており、内側流路シェルと保持リングとの間に環状基部を閉じ込めている。複合翼ならびに時計回り翼セグメントおよび反時計回り翼セグメントは、内側流路シェルの内側スロットを貫通して延在している。

0010

環状の複合シュラウドの例示的な実施形態は、内側流路シェルの周囲に周方向に配置され、かつ内側流路シェルから半径方向外側に離間された外側流路シェルを含む。時計回り翼セグメントおよび反時計回り翼セグメントは、外側流路シェルの、軸方向に延在する外側翼スロットを貫通して半径方向外側に延在しており、時計回りシュラウドセグメントおよび反時計回りシュラウドセグメントは、外側流路シェルの周囲に沿って、それぞれ時計回り翼セグメントおよび反時計回り翼セグメントから周方向の反時計回り方向および時計回り方向に延在している。

0011

環状の複合プライは、保持リングおよび環状の複合シュラウドのそれぞれの単一の螺旋体として巻回されてもよく、環状の複合プライおよび単一の螺旋体は、連続的な複合テープから作製されてもよい。保持リング、環状の複合シュラウド、および複合翼は、少なくとも部分的に炭素繊維織物材料から作製されてもよい。時計回り翼セグメントおよび反時計回り翼セグメントの周方向に互いに隣接する翼セグメントは、互いに縫合されてもよい。

0012

ガスタービンエンジンの複合構造を作製するための方法は、リングセクションから半径方向外側に延在し、かつリングセクションと一体である翼パネルを有する一体的な予備成形品を形成するステップと、炭素繊維織物材料から作製された複合テープを巻回することによってリングセクションを形成するステップと、炭素繊維織物材料から作製される翼クーポンであって、中央セクションならびに中央セクションから離れるように延在する時計回りセクションおよび反時計回りセクションを含む翼クーポンを用意するステップと、中央セクションをリングセクション上に合わせてリングセクションの周囲に翼クーポンを配置するステップと、内側ソックスの内側ソックススロットを貫通するように時計回りセクションおよび反時計回りセクションを延在させながら、翼クーポンの中央セクションの半径方向外側を覆うように炭素繊維織物材料から作製された内側ソックスを配置するステップと、翼パネルを形成するために中央セクションから半径方向に離れるように延在するよう時計回りセクションおよび反時計回りセクションを配置するステップと、複合構造を形成するために予備成形品に樹脂を導入し、予備成形品および樹脂を成形するステップとを含む方法。樹脂トランスファ成形または真空支援型樹脂トランスファ成形が、成形のために使用されてもよい。

0013

時計回りセクションおよび反時計回りセクションの周方向に互いに隣接しているセクションは、成形の前に互いに縫い付けられるか、または縫合されてもよい。ソックススロットがリングセクションの周囲の周方向に角度を付けられているか、または傾斜されているソックスが用意されてもよい。

0014

ガスタービンエンジン部品の複合構造を作製するための別の方法は、内側リングセクションと外側リングセクションとの間に半径方向に延在する翼パネルと一体的に予備成形品を形成するステップと、炭素繊維織物材料によって一体型ステータ予備成形品を形成するステップと、炭素繊維織物材料から作製された複合テープを巻回することによって内側リングセクションおよび外側リングセクションを形成するステップと、炭素繊維織物材料から作製され、かつ中央セクションならびに中央セクションから離れるように延在する時計回りセクションおよび反時計回りセクションを含む翼クーポンであって、時計回りセクションおよび反時計回りセクションのそれぞれが、中央セクションに接続されているパネルセクションおよびパネルセクションに接続されているシュラウドセクションを含む翼クーポンを用意するステップと、内側リングセクションの周囲に翼クーポンを配置するステップと、炭素繊維織物材料から作製された内側ソックスおよび外側ソックスを用意するステップと、内側ソックスの内側ソックススロットを貫通するように時計回りセクションおよび反時計回りセクションを延在させながら、翼クーポンの中央セクションの半径方向外側を覆うように内側ソックスを配置するステップと、翼パネルを形成するために中央セクションから半径方向に離れるように延在するよう時計回りセクションおよび反時計回りセクションを配置するステップと、外側ソックスの外側ソックススロットからシュラウドセクションを引き出すか、または外側ソックススロットにシュラウドセクションを通すステップと、それぞれ周方向の時計回り方向および反時計回り方向に向かってパネルセクションから離れるように延在する時計回りセクションおよび反時計回りセクションのシュラウドセクションを外側リングセクションの内周または内径の周囲に配置するステップと、複合構造を形成するために予備成形品に樹脂を導入し、予備成形品および樹脂を成形するステップとを含む。

0015

翼クーポンの中央セクションは、内側ソックスと内側リングセクションとの間に閉じ込められてもよく、翼クーポンの時計回りセクションおよび反時計回りセクションのシュラウドセクションは、外側ソックスとステータ予備成形品の外側リングセクションとの間に閉じ込められてもよい。

0016

時計回りセクションおよび反時計回りセクションのパネルセクションの周方向に互いに隣接しているパネルセクションは、成形の前に互いに縫い付けられるか、または縫合されてもよい。

0017

内側ソックススロットおよび外側ソックススロットは、内側リングセクションおよび外側リングセクションの周囲の周方向に角度を付けられるか、または傾斜されてもよい。

図面の簡単な説明

0018

本発明の前述の態様および他の特徴は、添付図面に関連して記載される以下の説明において説明される。
ブレード一体型複合ロータアセンブリおよび一体型複合ベーンアセンブリを有する航空機ターボファンガスタービンエンジンの例示的な実施形態の長手方向部分断面・部分概略図である。
図1に示されているエンジンブースタにおけるブレード一体型複合ロータの斜視図である。
図2の3−3における、ブレード一体型複合ロータの断面図である。
図3に示されているブレード一体型複合ロータを製造するために使用される予備成形品の部分の断面図である。
図4に示されている予備成形品の部分の半径方向内側に向かって見られた配置に関する部分切欠き平面図である。
図4および図5に示されている予備成形品に使用されている織物パッドの断面図である。
図6の7−7における、織物パッドの断面図である。
図6の8−8における、織物パッドの断面図である。
図5に示されているオーバーソックス(over sock)の平面図である。
図1に示されているブースタにおける一体型複合ベーンアセンブリの扇形部分の断面図である。
一体型片持翼を有するガスタービンエンジン部品の軸方向断面図である。
内側に延在する一体型片持翼を有するガスタービンエンジン部品の断面図である。

実施例

0019

図1に示されているのは、例示的な航空機ターボファンガスタービンエンジン10であり、航空機ターボファンガスタービンエンジン10は、エンジン中心軸線12の周囲を囲んでおり、航空機の翼または胴体に取り付けられるよう適切に設計されている。航空機ターボファンガスタービンエンジン10は、下流に向かって連続的に流れ連通しているファン14、ブースタ16、高圧圧縮機18、燃焼器20、高圧タービン(HPT:high pressure turbine)22、および低圧タービンLPT:low pressure turbine)24を含む。HPTまたは高圧タービン22は、高圧駆動シャフト23によって高圧圧縮機18と連結されている。LPTまたは低圧タービン24は、低圧駆動シャフト25によってファン14およびブースタ16と連結されている。

0020

一般的な動作の際、空気26が、ファン14によって加圧されて、ブースタ16内に誘導される内側空気流15が生成され、ブースタ16は、内側空気流15をさらに加圧する。次に、加圧された空気は、この空気をさらに加圧する高圧圧縮機18に流れる。加圧された空気は、高温燃焼ガス28を生成するために燃焼器20内で燃料と混合され、次に、高温燃焼ガス28は、HPT22およびLPT24内に向かって下流へ流れる。

0021

ファン14の直後でブースタ16を囲んでいる分流器34は、鋭い先端32を含み、鋭い先端32は、ファン14によって加圧されたファン空気26を、ブースタ16内に誘導される半径方向内側の流れ(内側空気流15)と、迂回ダクト36内に誘導される半径方向外側の流れ(迂回空気流17)とに分流する。ファン14を囲んでいるファンナセル30は、環状ファンフレーム33によって支持されている。ブースタ16は、ブースタダクト40のブースタ流路39を横切って半径方向外側および半径方向内側に延在する複合ブースタブレード38および複合ブースタベーン42の環状列を交互に含む。複合ブースタブレード38の環状列は、適切にファン14と連結されている。ブースタ16は、環状ファンフレーム33の前方に配置されており、分流器34の半径方向内側に配置されている。

0022

複合ブースタブレード38は、図2でさらに示されるブレード一体型複合ロータ46(IBR)と呼ばれるものを成すように複合ロータリング44と一体になっている。ブレード一体型複合ロータ46は、ロータおよびステータなどの、一体型複合翼48を有するガスタービンエンジンの複合構造8の例示的な実施形態である。複合ブースタブレード38のそれぞれは、複合翼48を含み、複合翼48は、複合ロータリング44における翼基端45から外側へ翼先端47まで延在する前進面41および後進面43を有する。本明細書に示されている例示的な前進面41および後進面43は、それぞれ凹状および凸状である。複合翼48は、翼弦方向に離間された前縁LEおよび後縁TEを含む。複合翼48は、複合ロータリング44に取り付けられており、これと一体である。

0023

ブレード一体型複合ロータ46の断面が、図3に示されている。複合ロータリング44は、マンドレルまたはツール(図示せず)の周囲に、図4に示されている連続的な複合テープ50を巻き付けることによって作製された環状の複合層または環状の複合プライ49を含む。複合テープ50は、少なくとも部分的に炭素繊維織物材料から作製されており、複合プライ49が存在するように複数回360度にわたって連続的に巻回されている。このように、複合ロータリング44は、単一の連続的な巻回体または螺旋体300であり、複合プライ49は、略円形または略環状である。複合テープ50は、図3に示されているように4回にわたって巻回されて、略円形または略環状の4つの複合プライ49を形成しているものとして本明細書では示されている。このように、複合ロータリング44は、略円形であり、最も外側のプライ57および最も内側のプライ157は、複合ロータリング44の外周OCおよび内周ICまたは外径ODおよび内径IDにそれぞれ位置している。

0024

図3を参照すると、ブレード一体型複合ロータ46は、周方向にセグメント化された翼リング54をさらに含み、周方向にセグメント化された翼リング54は、複合ロータリング44の最も外側の層またはプライ57の周囲に配置された翼リングセグメント56を含む。翼リングセグメント56のそれぞれは、環状基部58ならびに環状基部58の時計回り端部64および反時計回り端部66から半径方向に延在する時計回り翼セグメント60および反時計回り翼セグメント62を含む。環状基部58は、複合ロータリング44の最も外側のプライ57の周囲に、これと略同心に、好ましくはこの上に配置される。複合ロータリング44の翼リング54、環状基部58、および最も外側のプライ57は、エンジン中心軸線12の周囲を囲んでおり、円錐形または円筒形であってもよい。時計回り翼セグメント60および反時計回り翼セグメント62の周方向に互いに隣接する翼セグメント88は、一体翼パネル90を形成するために互いに縫合されている。

0025

ブレード一体型複合ロータ46は、内側流路シェル68をさらに含み、内側流路シェル68は、セグメント化された翼リング54の周囲に周方向に配置されており、内側流路シェル68と複合ロータリング44の最も外側のプライ57との間に環状基部58を閉じ込めている。時計回り翼セグメント60および反時計回り翼セグメント62は、内側流路シェル68の、軸方向に延在する内側翼スロット67を貫通して半径方向外側に延在している。スロットは、ブレード一体型複合ロータ46を作製するために使用される、図4に示されている複合ロータ予備成形品70のスロットによって示されているように、周方向の時計回り方向CWまたは反時計回り方向CCWに角度を付けられているか、または傾斜されていることに留意すべきである。周方向に互いに隣接する時計回り翼セグメント60および反時計回り翼セグメント62の対69のそれぞれは、図1図3に示されている複合翼48のそれぞれ1つを形成している。

0026

図4に示されている複合ロータ予備成形品70は、図2および図3に示されているブレード一体型複合ロータ46の形成および製造のために使用される。環状の複合プライ49は、複合ロータ予備成形品70のリングセクション72を形成するためにマンドレルまたはツール(図示せず)の周囲に複合テープ50を巻き付けることによって作製されている。複合テープ50は、単一の螺旋体300として巻回されている。一体翼パネル90は、リングセクション72から半径方向外側に延在しており、これと一体的に形成されている。図4図8に示されているのは、翼リングセグメント56を形成するために使用されるのと同じ炭素繊維織物材料から作製された翼クーポン74である。翼クーポン74のそれぞれは、中央セクション76ならびに時計回りセクション78および反時計回りセクション80を含む。なお、時計回りセクション78および反時計回りセクション80は、それぞれ周方向の時計回り方向CWおよび反時計回り方向CCWに向かって中央セクション76から離れるように延在している。中央セクション76は、複合ロータ予備成形品70のリングセクション72の外周OCまたは外径ODの周囲に配置されている。

0027

図4図5、および図9に示されているのは、炭素繊維織物材料から作製されたオーバーソックス82であり、これは、内側流路シェル68を形成するために使用されている。オーバーソックス82は、翼クーポン74の中央セクション76の半径方向外側の上に配置されている。オーバーソックス82は、オーバーソックス82と複合ロータ予備成形品70のリングセクション72との間に翼クーポン74の中央セクション76を閉じ込め、配置し、保持している。内側ソックス84の、軸方向に延在するソックススロット83は、ブレード一体型複合ロータ46の内側流路シェル68の内側翼スロット67に対応し、これを形成するようなサイズおよび位置に形成されている。時計回りセクション78および反時計回りセクション80は、図4および図5に示されているように、それぞれ中央セクション76から半径方向外側に屈曲しており、ソックススロット83から引き出されているか、またはそうでなければこれに通されている。

0028

図6図8を参照すると、隆起部96は、翼クーポン74の全長Lに沿って周方向に延在している。隆起部96は、一定の幅Wおよび最大高さHを有する。隆起部96は、時計回りセクション78および反時計回りセクション80のそれぞれが外側翼形状Sを有するように湾曲している。隆起部96は、時計回りセクション78および反時計回りセクション80のそれぞれが図2図8に示されている最大厚Tおよび最大厚の半分の厚さ1/2Tを有する外側翼形状Sを有するような織り方によって、時計回りセクション78および反時計回りセクション80の軸方向のテーパ部を成している。時計回りセクション78および反時計回りセクション80は、複合翼48の前縁LEおよび後縁TEに対応する前方縁120および後方縁122に向かって先細になっている。

0029

翼クーポン74の下面100は平坦である。翼クーポン74の周方向に隣接している対110の周方向に互いに隣接している時計回りセクション78および反時計回りセクション80は、図4に示されているように翼クーポン74の下面100に沿って互いに固定されている。本明細書に示されている複合ロータ予備成形品70の実施形態において、周方向に互いに隣接している時計回りセクション78および反時計回りセクション80は、一体翼パネル90を形成するために互いに縫い付けられているか、または縫合されている。このことは、図2および図3に示されている複合翼48の翼型中心線108に沿って糸104によって形成された縫合の縫い目102によって示されている。時計回りセクション78および反時計回りセクション80は、ソックススロット83から引き出されるか、またはそうでなければこれに通される前に互いに縫合されてもよい。

0030

複合ロータ予備成形品70の様々な織物の部分が、互いに縫合されてもよい。環状の複合プライ49、翼クーポン74の中央セクション、およびオーバーソックス82は、これらの部分を互いに位置合わせし、ブレード一体型複合ロータ46を形成するために使用される樹脂注入硬化工程中にこれらを適切な位置に保持することを助けるために互いに縫合されてもよい。

0031

様々な方法が、複合ロータ予備成形品70などの、織物の複合予備成形品に樹脂を注入するために利用されてもよい。予備成形品への樹脂の注入は、予備成形品がツールシステムに配置されている間に樹脂トランスファ成形(RTM)または真空支援型樹脂トランスファ成形(VARTM)を用いて実行されてもよい。あるいは、より従来的なオートクレーブ工程が使用されてもよい。予備成形品が、型に配置されると、様々な型の部分またはセクションが、ガスタービンエンジンの複合構造8を適切に形成するために予備成形品を適切な位置に保持する。予備成形品の形成中に行われた様々な屈曲に起因して、予備成形品には、翼クーポン74の中央セクション76と時計回りセクション78および反時計回りセクション80との間などに無関係な折り目が存在する。これらの無関係な折り目は、型セクション内に含まれ、ガスタービンエンジンの複合構造8の一部となる。

0032

RTM法では、部品の両面を滑らかな仕上げ面にするためにRTM型が使用され、複雑で精緻なニアネット形状が、生産後のトリミングおよび/または機械加工を最小限に抑えながら、高速で形成され得る。樹脂は、互いに締め付けられた(またはプレス機内で互いに保持された)型部品に加圧下で供給され、これにより、部品は、比較的高い繊維含有量および優れたボイド制御によって均一であり、、繰り返し可能であり、寸法的に安定し、十分に強固にされる。粘度のより高い強化樹脂によって作製される高性能部品の場合、型は、通常加熱されて、樹脂注入圧力が、計量/混合注入機によって制御される。原材料費は、一般にハンドレイアップ法よりも低い。なぜなら、従来のプリプレグとは異なり、乾燥した予備成形品が使用されるからである。サイクル時間は、一般的なオートクレーブの硬化サイクルよりも短い2〜3時間の範囲内であり得る。

0033

本明細書に示されている別のガスタービンエンジンの複合構造8は、複合ベーンステータ146である。図10に示されているのは、ブースタ16などの複合ブースタベーン42の環状列を含む複合ベーンステータ146の扇形部分140である。複合ベーンステータ146は、一体的に形成されており、環状の複合ステータリング144と環状の複合シュラウド148との間に半径方向に延在する複合翼48を含む。複合翼48のそれぞれは、複合ステータリング144における翼基端45から外側へ環状の複合シュラウド148における翼先端47まで延在する前進面41および後進面43を含む。環状の複合シュラウド148は、複合ステータリング144から半径方向に離間されており、エンジン中心軸線12の周囲を囲んでいる。複合翼48は、複合ステータリング144および環状の複合シュラウド148に取り付けられており、これらと一体である。

0034

図10は、複合ステータリング144および環状の複合シュラウド148が、どのようにして上述した複合ロータリング44と同じ方法で作製され得るかを示すために使用される。環状の複合層または環状の複合プライ49は、マンドレルまたはツール(図示せず)の周囲に単一の連続的な複合テープ50を巻き付けることによって作製されている。複合テープ50は、炭素繊維織物材料であり、複合プライ49が存在するように複数回360度にわたって連続的に巻回されている。このように、複合ステータリング144および環状の複合シュラウド148は、単一の連続的な螺旋体であり、複合プライ49は、略円形または略環状である。複合テープ50は、図10に示されているように2回にわたって巻回されて、複合ステータリング144の略円形または略環状の2つの複合プライ49を形成しているものとして本明細書では示されている。

0035

翼リングセグメント56を含む周方向にセグメント化された翼リング54は、複合ステータリング144の最も外側の層またはプライ57の周囲に配置されている。翼リングセグメント56のそれぞれは、環状基部58ならびに環状基部58の時計回り端部64および反時計回り端部66から半径方向に延在する時計回り翼セグメント60および反時計回り翼セグメント62を含む。環状基部58は、複合ステータリング144の最も外側のプライ57の周囲に、これと略同心に、好ましくはこの上に配置される。複合ステータリング144の翼リング54、環状基部58、および最も外側のプライ57は、エンジン中心軸線12の周囲を囲んでおり、円錐形または円筒形であってもよい。

0036

複合ベーンステータ146は、内側流路シェル68をさらに含み、内側流路シェル68は、セグメント化された翼リング54の周囲に周方向に配置されており、内側流路シェル68と複合ステータリング144の最も外側のプライ57との間に環状基部58を閉じ込めている。時計回り翼セグメント60および反時計回り翼セグメント62は、内側流路シェル68の、軸方向に延在する内側翼スロット67を貫通して半径方向外側に延在している。スロットは、図5に示され、上で説明されているように、周方向の時計回り方向CWまたは反時計回り方向CCWに角度を付けられているか、または傾斜されていることに留意すべきである。周方向に互いに隣接する時計回り翼セグメント60および反時計回り翼セグメント62の対69のそれぞれは、複合翼48を形成している。

0037

環状の複合シュラウド148は、翼先端47に外側流路シェル168を含み、外側流路シェル168の周囲に周方向に配置されており、外側流路シェル168から半径方向外側に離間されている。内側流路シェル68および外側流路シェル168は、それぞれ半径方向外側および半径方向内側に、図1に示されているブースタ流路39などの流路を形作っている。翼リングセグメント56のそれぞれは、周方向に延在する時計回りシュラウドセグメント160および反時計回りシュラウドセグメント162を含み、時計回りシュラウドセグメント160および反時計回りシュラウドセグメント162は、それぞれ反時計回り翼セグメント62および時計回り翼セグメント60の、複合翼48の翼先端47から周方向の時計回り方向CWおよび反時計回り方向CCWに延在している。時計回り翼セグメント60および反時計回り翼セグメント62は、外側流路シェル168の、軸方向に延在する外側翼スロット167を貫通して半径方向外側に延在している。時計回りシュラウドセグメント160および反時計回りシュラウドセグメント162は、外側流路シェル168の周囲に沿って、それぞれ反時計回り翼セグメント62および時計回り翼セグメント60から周方向の時計回り方向および反時計回り方向に延在している。外側流路シェル168のスロットは、周方向の時計回り方向CWまたは反時計回り方向CCWに角度を付けられているか、または傾斜されていることに留意すべきである。

0038

環状の複合シュラウド148は、時計回りシュラウドセグメント160および反時計回りシュラウドセグメント162の周囲に単一の連続的な複合テープ50を巻き付けることによって作製された環状の複合層または環状の複合プライ49を含む。複合テープ50は、炭素繊維織物材料であり、複合プライ49が存在するように複数回360度にわたって連続的に巻回されている。このように、環状の複合シュラウド148は、単一の連続的な螺旋体を含み、複合プライ49は、略円形または略環状である。複合テープ50は、図10に示されているように2回にわたって巻回されて、環状の複合シュラウド148の略円形または略環状の2つの複合プライ49を形成しているものとして本明細書では示されている。巻回された複合テープ50および環状の複合プライ49は、外側流路シェル168と環状の複合シュラウド148の最も内側のプライ157との間に環状の時計回りシュラウドセグメント160および反時計回りシュラウドセグメント162を閉じ込めている。

0039

上で開示され、図4図9に示されている複合ロータ予備成形品70と同様の複合ステータ予備成形品170は、図10に示されている複合ベーンステータ146の形成および製造のために使用される。図10に示され、本明細書に開示されている例示的な複合ステータ予備成形品170は、炭素繊維織物材料から作製されている。複合ステータ予備成形品170は、複合ステータ予備成形品170の内側リングセクション172と外側リングセクション174との間に半径方向に延在する一体翼パネル90を含む。一体翼パネル90は、それぞれ、環状の複合ステータリング144と環状の複合シュラウド148との間に半径方向に延在する複合翼48に対応しており、これを形成するために使用される。

0040

複合ステータ予備成形品170を作製するために使用される翼クーポン74は、上述した複合ロータ予備成形品70のために使用される翼クーポン74とはわずかに異なっている。なぜなら、これらは、それぞれ周方向の時計回り方向CWおよび反時計回り方向CCWに向かって中央セクション76から離れるように延在するより長い時計回りセクション78およびより長い反時計回りセクション80を有するからである。翼クーポン74は、時計回りセクション78および反時計回りセクション80を含む。時計回りセクション78および反時計回りセクション80のそれぞれは、中央セクション76に接続されているパネルセクション178およびパネルセクション178に接続されているシュラウドセクション180を含む。シュラウドセクション180は、環状の複合シュラウド148の時計回り翼セグメント60および反時計回り翼セグメント62から周方向に離れるように延在する時計回りシュラウドセグメント160および反時計回りシュラウドセグメント162を形成するために使用される。

0041

炭素繊維織物材料から作製された内側ソックス84は、内側流路シェル68を形成するために使用され、外側ソックス184は、外側流路シェル168を形成するために使用される。内側ソックス84は、翼クーポン74の中央セクション76上に配置されている。翼クーポン74の時計回りセクション78および反時計回りセクション80は、内側ソックス84の内側ソックススロット86から引き出されているか、またはそうでなければこれに通されている。

0042

パネルセクション178に接続されているシュラウドセクション180は、外側ソックス184の外側ソックススロット186から引き出されているか、またはそうでなければこれに通されている。翼クーポン74の時計回りセクション78および反時計回りセクション80のシュラウドセクション180は、複合ステータ予備成形品170の外側リングセクション174の内周ICまたは内径IDの周囲において、それぞれ周方向の反時計回り方向CCWおよび時計回り方向CWに向かってパネルセクション178から離れるように延在するよう配置されている。

0043

内側ソックス84は、内側ソックス84と複合ステータ予備成形品170の内側リングセクション172との間に翼クーポン74の中央セクション76を閉じ込め、配置し、保持している。外側ソックス184は、外側ソックス184と複合ステータ予備成形品170の外側リングセクション174との間に、翼クーポン74の時計回りセクション78および反時計回りセクション80のシュラウドセクション180を閉じ込め、配置し、保持している。互いに隣接しているパネルセクション178は、ソックススロットから引き出される前または後に互いに縫合されてもよい。ソックスにおいて軸方向に延在する内側ソックススロット86および外側ソックススロット186は、複合ベーンステータ146の内側流路シェル68および外側流路シェル168の内側翼スロット67および外側翼スロット167のそれぞれに対応し、これらを形成するようなサイズおよび位置に形成されている。

0044

複合ステータ予備成形品の様々な織物の部分が、互いに縫合されてもよい。複合ステータリング144および環状の複合シュラウド148の環状の複合プライ49、翼クーポン74の中央セクション76、ならびに内側ソックス84および外側ソックス184は、これらの部分を互いに位置合わせし、複合ベーンステータ146を形成するために使用される樹脂注入・硬化の間これらを適切な位置に保持することを助けるために、互いに適切に縫合されてもよい。予備成形品の部分は、複合ベーンステータ146およびその部分を適切に形成するために注入のための様々なツール部品の上および間に位置合わせされる。

0045

2008年11月24日付け提出された米国特許出願公開第2010/0129227号明細書、米国特許出願公開第12/276,522号明細書は、逆回転するファンおよびブースタまたは低圧圧縮機動力を供給する逆回転タービンを用いて設計されたガスタービンファンジェットエンジンについて開示している。図11に示されているのは、航空機ガスタービンエンジン(ブースタなど)での使用に適した複合ロータ204および複合ステータ206の双方または逆回転可能な複合ロータ208を表す、半径方向内側に延在する一体型片持翼200および半径方向外側に延在する一体型片持翼202を有する複合アセンブリを組み込み得る交互のブースタ段などの航空機エンジン部品である。

0046

この特許のために、ガスタービンエンジンの複合構造8の複合ロータリング44は、複合翼48がそこから半径方向外側に延在する場合はハブ402と呼ばれ、複合翼48がそこから半径方向内側に延在する場合はドラム404と呼ばれる。

0047

図12に概略的に示されているのは、ロータおよびステータならびに逆回転可能なロータのために使用され得るような一体型片持翼を有するガスタービンエンジンの複合構造の例示的な実施形態である。図12に示されている例示的な実施形態は、ガスタービンエンジンブースタ部品210である。ガスタービンエンジンブースタ部品210は、前進面41および後進面43を有する複合翼48を含み、前進面41および後進面43は、内側に延在していて、複合ロータリング44における翼基端45から翼先端47まで片持ちされている。複合翼48は、複合ロータリング44に取り付けられており、これと一体である。

0048

複合ロータリング44は、マンドレルまたはツール(図示せず)の周囲に単一の連続的な複合テープ50を巻き付けることによって作製された環状の複合層または環状の複合プライ49を含む。複合テープ50は、炭素繊維織物材料であり、複合プライ49が存在するように複数回360度にわたって連続的に巻回されている。このように、複合ロータリング44は、わずかに螺旋状の単一の連続的な巻回体であり、複合プライ49は、略円形または略環状である。複合テープ50は、4回にわたって巻回されて、略円形または略環状の4つの複合プライ49を形成しているものとして本明細書では示されている。

0049

翼リングセグメント56を含む周方向にセグメント化された翼リング54は、複合ロータリング44の最も内側の層またはプライ257の周囲に配置されている。翼リングセグメント56のそれぞれは、環状基部58ならびに環状基部58の時計回り端部64および反時計回り端部66から半径方向に延在する時計回り翼セグメント60および反時計回り翼セグメント62を含む。環状基部58は、複合ロータリング44の最も内側のプライ257の周囲に、これと略同心に、好ましくはこの上に配置される。複合ロータリング44の翼リング54、環状基部58、および最も内側のプライ257は、エンジン中心軸線12の周囲を囲んでおり、円錐形または円筒形であってもよい。

0050

外側流路シェル168は、セグメント化された翼リング54の半径方向内側の周囲に周方向に配置されており、外側流路シェル168と複合ロータリング44の最も内側のプライ257との間に環状基部58を閉じ込めている。時計回り翼セグメント60および反時計回り翼セグメント62は、外側流路シェル168の、軸方向に延在する内側翼スロット67を貫通して半径方向内側に延在している。スロットは、周方向の時計回り方向CWまたは反時計回り方向CCWに角度を付けられているか、または傾斜されている。周方向に互いに隣接する時計回り翼セグメント60および反時計回り翼セグメント62の対69のそれぞれは、複合翼48のそれぞれ1つを形成している。

0051

図4に示されているのと同様の複合ロータ予備成形品は、ガスタービンエンジンブースタ部品210の形成および製造のために使用される。環状の複合プライ49は、複合ロータリング44に対応する、予備成形品のリングセクションを形成するために、マンドレルまたはツール(図示せず)の周囲に複合テープ50を巻き付けることによって作製されている。図4図8に示されているのと同様の翼クーポンは、翼リングセグメント56を形成するために使用されるのと同じ炭素繊維織物材料から作製されている。翼クーポン74のそれぞれは、中央セクション76ならびに時計回りセクション78および反時計回りセクション80を含む。なお、時計回りセクション78および反時計回りセクション80は、それぞれ周方向の時計回り方向CWおよび反時計回り方向CCWに向かって中央セクション76から離れるように延在している。

0052

炭素繊維織物材料から作製された内側ソックス84は、外側流路シェル168を形成するために使用される。ソックスは、翼クーポン74の中央セクション76の半径方向内側の上に配置されている。内側ソックス84において軸方向に延在するソックススロットは、ガスタービンエンジンブースタ複合部品210の外側流路シェル168の翼スロットに対応し、これを形成するようなサイズおよび位置に形成されている。時計回り翼セグメント60および反時計回り翼セグメント62は、それぞれ中央セクションから半径方向内側に屈曲されており、ソックスの軸方向スロットを貫通している。ソックスの軸方向スロットは、外側流路シェル168の内側翼スロット67に対応し、これを形成している。

0053

翼クーポン74の半径方向の下面100は平坦である。翼クーポン74の周方向に隣接している対110の周方向に互いに隣接している時計回り翼セグメント60および反時計回り翼セグメント62は、図12に示されているように翼クーポン74の下面100に沿って互いに固定されている。本明細書で開示した複合ロータ予備成形品の実施形態において、これらの時計回り翼セグメント60および反時計回り翼セグメント62は、一体翼パネル90を形成するために互いに縫い付けられているか、または縫合されている。複合ロータ予備成形品70の様々な織物の部分が、互いに縫合されてもよい。環状の複合プライ49、翼クーポン74の中央セクション76、および内側ソックス84は、これらの部分を互いに位置合わせし、ブレード一体型複合ロータ46を形成するために使用される樹脂注入・硬化の間これらを適切な位置に保持することを助けるために互いに縫合されてもよい。

0054

ガスタービンエンジンの複合構造8がRTMまたはVARTMを用いて形成された後、これは、ネット形状またはニアネット形状の状態にある。機械加工および/または表面仕上げが、最終的な部品を生産するために使用されてもよい。

0055

本明細書で開示したアセンブリは、ブレード一体型複合ロータアセンブリまたは一体型複合ベーンアセンブリを形成するために複合保持リング400(複合ロータリング44および複合ステータリング144)の内径IDもしくは外径ODの一方または双方に一体的に織られた翼を組み込んでいる。翼を形成するために縫合された翼セクションを有する予備成形品ソックスの中間層および織られたオーバーソックスは、ロータアセンブリおよびベーンアセンブリの周方向の間隔および剛性を実現する。結果として得られる構造は、360度の構造を成す、ブレードまたはベーンと一体のリングである。

0056

本明細書で開示したアセンブリおよび方法は、強固な翼保持システムを有する複合ブレードロータアセンブリまたは複合ステータアセンブリを実現するために設計されている。本明細書で開示したアセンブリおよび方法は、別個の個別的な保持システムを用いずに複合材から作製された翼および保持システムの双方の組み合わせ(本例では、一体型の設計の)を可能にする。本明細書で開示したアセンブリおよび方法は、複合材料を利用することによって重量低減最大化に役立つ。また、これらは、予備成形品が完成品として組み立てられ、樹脂注入されることを可能にすることによって容易に製造される。

0057

ロータ構造に複合材料を適用することには、複合材料の低密度および複合繊維の固有強度に起因して、重量の低減に関して大きな利点がある。別々の複合ブレードおよび複合ロータの組み合わせは、ブースタロータに使用される周方向ダブテール特有の必要な取り付け構造に起因して困難なものである。1つの構造体としてブレードおよびロータを一体化することは、別個の保持特徴を除去し、材料強度の利用が、最小重量で最大化され得る。

0058

ブレードおよびベーンは、互いに縫合される個々の複合翼クーポンから構成されるが、このことは、設計基準および物理的厚さを満たすようにクーポンを先細にすることによって翼の幾何学的形状の最大限の柔軟性を可能にする。翼クーポンは、好ましくは翼型中心線で互いに縫合され、最大強度および重量低減のために複合材の方向性を利用することができる複合オーバーラップ(composite over wrap)によって複合ロータ構造と一体化/相互連結される。

0059

本発明は、例示的な方法で説明された。使用されてきた用語は、限定の表現ではなく説明の表現の性質を有することが意図されていることが理解されるべきである。本明細書で説明されてきたのは、本発明の好ましい例示的な実施形態であると考えられるものであるが、本発明の他の修正形態が、本明細書の教示から当業者に明らかであり、したがって、すべてのこのような修正形態が本発明の真の精神および範囲に含まれるものとして添付の特許請求の範囲において保証されることが求められている。

0060

したがって、米国の特許証によって保証されることが求められているのは、以下の特許請求の範囲において規定され、区別されている本発明である。

0061

8ガスタービンエンジンの複合構造
10航空機ターボファンガスタービンエンジン
12エンジン中心軸線
14ファン
15内側空気流
16ブースタ
17迂回空気流
18高圧圧縮機
20燃焼器
22高圧タービン
23高圧駆動シャフト
24低圧タービン
25低圧駆動シャフト
26 空気、ファン空気
28高温燃焼ガス
30ファンナセル
32鋭い先端
33 環状ファンフレーム
34分流器
36迂回ダクト
38複合ブースタブレード
39 ブースタ流路
40保持リング
41前進面
42 複合ブースタベーン
43後進面
44複合ロータリング
45翼基端
46ブレード一体型複合ロータ
47翼先端
48複合翼
49 複合プライ
50複合テープ
54周方向にセグメント化された翼リング
56 翼リングセグメント
57 最も外側のプライ
58環状基部
60時計回り翼セグメント
62反時計回り翼セグメント
64 時計回り端部
66 反時計回り端部
67内側翼スロット
68内側流路シェル
69 時計回り翼セグメントおよび反時計回り翼セグメントの対
70 複合ロータ予備成形品
72リングセクション
74 翼クーポン
76中央セクション
78 時計回りセクション
80 反時計回りセクション
82オーバーソックス
83 ソックススロット
84 内側ソックス
86 内側ソックススロット
88 周方向に互いに隣接する翼セグメント
90 一体翼パネル
96隆起部
100 下面
102縫い目
104 糸
108翼型中心線
110 周方向に隣接している対
120 前方縁
122後方縁
140扇形部分
144 複合ステータリング
146 複合ベーンステータ
148 複合シュラウド
157 最も内側のプライ
160 時計回りシュラウドセグメント
162 反時計回りシュラウドセグメント
167外側翼スロット
168外側流路シェル
170 複合ステータ予備成形品
172内側リングセクション
174外側リングセクション
178パネルセクション
180シュラウドセクション
184 外側ソックス
186 外側ソックススロット
200半径方向内側に延在する一体型片持翼
202 半径方向外側に延在する一体型片持翼
204 複合ロータ
206 複合ステータ
208 逆回転可能な複合ロータ
210 ガスタービンエンジンブースタ部品、ガスタービンエンジンブースタ複合部品
257 最も内側のプライ
300螺旋体
400 複合保持リング
402 ハブ
404ドラム
CCW 反時計回り方向
CW 時計回り方向
H 最大高さ
IC内周
ID内径
LE前縁
OC 外周
OD外径
S 外側翼形状
T 最大厚
1/2T 最大厚の半分の厚さ
TE後縁
W 幅

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