JP6278191B2 - 複合材翼及び複合材翼の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、ターボファンエンジンを構成する静翼として用いられる複合材翼及び複合材翼の製造方法に関するものである。
上記したようなターボファンエンジンには、通常、エンジン本体内に空気を導入する動翼と、この動翼により導入した空気の流れを整流する静翼であるガイドベーンが備えられている。
近年のターボファンエンジンの燃費向上を目的とした高バイパス比化の要求に応じるべく、ファン径を大きくする傾向にあり、これに伴って、ターボファンエンジンの軽量化を図ることが急務となっている。
空気の流れを整流する静翼であるガイドベーンとしては、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂と炭素繊維等の強化繊維との複合材料を用いた複合材翼とすることでそれ自体の軽量化を図っている。このような複合材料を用いたガイドベーンの場合、金属製のガイドベーンと比べて耐摩耗性が劣ることから、特に摩耗し易いリーディングエッジ部（リーディングエッジ及びその近傍）にエロージョン防止用の金属シースをエポキシ系のフィルム接着剤（硬質接着剤）によって接合することで摩耗を回避するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
上記したガイドベーンの場合、複合材料から成る複合材翼本体は、モールド成型、機械加工による余肉除去、前縁を湾曲状に仕上げるリーディングエッジＲ仕上げを経て製作されるが、リーディングエッジＲ仕上げは主に手作業により成されることから、このリーディングエッジＲ仕上げには多くの手間暇がかかってしまうという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっている。
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、製造時間が短く且つ製造コストの低い複合材翼及び複合材翼の製造方法を提供することを目的としている。
上記した目的を達成するべく、本発明の第１の態様は、モールド成型により得られる熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂と強化繊維との複合材料から成る複合材翼本体と、メッシュに硬質接着剤を含浸させて成るフィルム接着剤を介して前記複合材翼本体のリーディングエッジ及びその近傍を含むリーディングエッジ部に接合されて該リーディングエッジ部を覆う金属シースを備えた複合材翼において、前記複合材翼本体における前記リーディングエッジ部の前記リーディングエッジには、前記モールド成型後の該リーディングエッジに残る余肉を除去する段階で形成されるリーディングエッジＲ仕上げを必要としない欠肉部が配置され、前記欠肉部は、前記リーディングエッジの翼幅方向の複数箇所に配置され、前記フィルム接着剤における硬質接着剤の接着剤溜りとして機能する構成としている。
本発明の第２の態様は、請求項１に記載の複合材翼を製造するに際して、前記複合材翼本体のモールド成型後における前記リーディングエッジ部の前記リーディングエッジに残る余肉を除去する段階で、該リーディングエッジにリーディングエッジＲ仕上げを必要としない欠肉部を形成する構成としている。
本発明に係る複合材翼において、複合材翼本体を構成する熱硬化性樹脂には、例えば、エポキシ樹脂，フェノール樹脂，ポリイミド樹脂を用いることができ、同じく複合材翼本体を構成する熱可塑性樹脂には、例えば、ポリエーテルイミド，ポリエーテルエーテルケトン，ポリフェニレンスルファイドを用いることができる。そして、複合材翼本体を構成する強化繊維には、例えば、炭素繊維，アラミド繊維，ガラス繊維を用いることができる。
一方、複合材翼本体のリーディングエッジ部に接合される金属シースには、チタニウム合金又はステンレス鋼を用いることができる。
また、本発明に係る複合材翼において、フィルム接着剤における硬質接着剤としては、例えば、硬く固化するエポキシ系の接着剤を用いることができる。
ここで、リーディングエッジＲ仕上げを必要としない欠肉部の翼幅方向の長さは５０〜１５０ｍｍ、翼弦方向の長さは翼弦幅の５％以下とすることが望ましい。また、欠肉部をリーディングエッジの翼幅方向の複数箇所に配置する場合には、互いの間隔、すなわち、リーディングエッジＲ仕上げを必要とする部分の長さを５〜１０ｍｍとすることが望ましい。
本発明に係る複合材翼及び複合材翼の製造方法において、モールド成型により熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂と強化繊維との複合材料から成る複合材翼本体を製作した後、この複合材翼本体におけるリーディングエッジ部のリーディングエッジに残っている余肉を機械加工により除去する。
この余肉除去の段階でリーディングエッジにリーディングエッジＲ仕上げを必要としない欠肉部を形成すると、この欠肉部の分だけ手作業によるリーディングエッジＲ仕上げを行わなくて済むので、複合材翼本体の全スパンにわたって手作業によるリーディングエッジＲ仕上げを行う場合と比べて、製造時間の短縮及び製造コストの低減が図られることとなる。
そして、本発明に係る複合材翼及び複合材翼の製造方法において、リーディングエッジＲ仕上げを必要としない欠肉部をリーディングエッジの翼幅方向の複数箇所に配置するように成せば、リーディングエッジＲ仕上げにおける手作業がさらに減って、その分だけ、製造時間の短縮及び製造コストの低減が図られることとなる。
本発明に係る複合材翼では、製造時間の短縮及び製造コストの低減を実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１〜図４は本発明に係る複合材翼の一実施例を示しており、この実施例では、本発明に係る複合材翼がターボファンエンジンを構成する静翼としてのガイドベーンである場合を例に挙げて説明する。
図１〜図４は本発明に係る複合材翼の一実施例を示しており、この実施例では、本発明に係る複合材翼がターボファンエンジンを構成する静翼としてのガイドベーンである場合を例に挙げて説明する。
図１に示すように、ターボファンエンジン１は、前方（図示左方）の空気取り入れ口２から取り入れた空気を複数のファンブレード３ａを有するファン３でエンジン内筒４内の圧縮機５に送り込み、この圧縮機５で圧縮された空気に燃料を噴射して燃焼室６で燃焼させ、これで生じる高温ガスの膨張により高圧タービン７及び低圧タービン８を軸心ＣＬ回りに回転させるようになっている。
このターボファンエンジン１において、ファン３の複数のファンブレード３ａを覆うナセル９の内周面とエンジン内筒４の外周面との間のバイパス流路上には、複数の静翼としてのガイドベーン１０が配置されており、これらのガイドベーン１０は、エンジン内筒４の周囲に等間隔に配置されていて、バイパス流路を流れる旋回空気流を整流するようになっている。
このガイドベーン１０は、図２及び図３（ａ）に示すように、複合材料から成る複合材翼本体１１と、複合材翼本体１１のリーディングエッジ１１ａ及びその近傍の翼面（リーディングエッジ近傍）１１ｂを含むリーディングエッジ部１１Ａを覆う金属シース１２を備えている。
複合材翼本体１１は、エポキシ樹脂，フェノール樹脂，ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂又はポリエーテルイミド，ポリエーテルエーテルケトン，ポリフェニレンスルファイド等の熱可塑性樹脂と、炭素繊維，アラミド繊維，ガラス繊維等の強化繊維との複合材料を構成材料として、モールド成型により得られるものとなっている。
一方、金属シース１２は、チタニウム合金製又はステンレス鋼製の肉厚０．２ｍｍ程度の薄板から成っており、複合材翼本体１１のリーディングエッジ部１１Ａにおけるリーディングエッジ１１ａ及び翼面１１ｂにそれぞれ対応する湾曲部１２ａ及び平面部１２ｂを有している。この金属シース１２は、メッシュに硬質接着剤を含浸させて成る厚み０．２ｍｍ程度のフィルム接着剤１３によって複合材翼本体１１のリーディングエッジ部１１Ａに接合されるようになっており、複合材翼本体１１のリーディングエッジ部１１Ａは、複合材翼本体１１の翼中央１１ｃよりも金属シース１２及びフィルム接着剤１３の厚み分だけ薄く形成されている。
この場合、複合材翼本体１１におけるリーディングエッジ部１１Ａのリーディングエッジ１１ａには、図３（ｂ）にも示すように、欠肉部１１ｄが配置されている。
ここで、モールド成型後における複合材翼本体１１のリーディングエッジ１１ａに残る余肉は、図４（ａ）に示すように、切削ラインＣで機械加工により機械加工除去分１５の余肉が除去されるのに続いて、リーディングエッジＲ仕上げとしての手作業により手作業除去分１６の余肉が除去されるようになっている。
一方、欠肉部１１ｄは、上記機械加工と同時に、あるいは、上記機械加工に続く機械加工のみによって形成されるようになっており、すなわち、リーディングエッジ１１ａに残る余肉をリーディングエッジ１１ａの一部及び上記手作業除去分１６の余肉を含めて、図４（ｂ）に示すように、切削ラインＣで機械加工除去分１５の余肉として除去することで形成されるようになっており、したがって、この欠肉部１１ｄでは、手作業によるリーディングエッジＲ仕上げを必要としない。
この実施例において、欠肉部１１ｄは、リーディングエッジ１１ａの翼幅方向の複数箇所に配置してあり、いずれもフィルム接着剤１３における硬質接着剤の接着剤溜りとして機能するようになっている。
上記したガイドベーン１０の製造工程において、複合材翼本体１１を製作する場合には、まず、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂と強化繊維との複合材料から成る複合材翼本体１１をモールド成型により得た後、複合材翼本体１１のリーディングエッジ１１ａに残る余肉を、図４（ａ）に示すように、切削ラインＣで機械加工により機械加工除去分１５の余肉を除去するのに続いて、リーディングエッジＲ仕上げとしての手作業により手作業除去分１６の余肉を除去する。
この余肉除去の段階で、リーディングエッジ１１ａに残る余肉をリーディングエッジ１１ａの一部及び上記手作業除去分１６の余肉を含めて、図４（ｂ）に示すように、切削ラインＣで機械加工除去分１５の余肉として除去することで欠肉部１１ｄを形成する。
このように、余肉除去の段階で、リーディングエッジ１１ａに欠肉部１１ｄを形成すると、この欠肉部１１ｄに対しては手作業によるリーディングエッジＲ仕上げを行わなくて済むので、複合材翼本体１１の全スパンにわたって手作業によるリーディングエッジＲ仕上げを行う場合と比べて、製造時間の短縮及び製造コストの低減が図られることとなる。
また、この実施例に係るガイドベーン１０において、リーディングエッジＲ仕上げを必要としない欠肉部１１ｄをリーディングエッジ１１ａの翼幅方向の複数箇所に配置するようにしているので、リーディングエッジＲ仕上げにおける手作業がさらに減って、その分だけ、製造時間の短縮及び製造コストの低減が図られることとなる。
上記した実施例では、本発明に係る複合材翼がターボファンエンジン１を構成する静翼としてのガイドベーン１０である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、本発明をターボファンエンジンのファンブレードに採用することができるほか、回転翼機のロータブレードやテールロータブレードにも採用することができる。
本発明に係る複合材翼及び複合材翼の製造方法の構成は、上記した実施例に限定されるものではない。
１０ ガイドベーン（複合材翼）
１１ 複合材翼本体
１１Ａ リーディングエッジ部
１１ａ リーディングエッジ
１１ｂ 翼面（リーディングエッジ近傍）
１１ｄ 欠肉部
１２ 金属シース
１３ フィルム接着剤
１５ 機械加工除去分の余肉
１６ 手作業除去分余肉
１１ 複合材翼本体
１１Ａ リーディングエッジ部
１１ａ リーディングエッジ
１１ｂ 翼面（リーディングエッジ近傍）
１１ｄ 欠肉部
１２ 金属シース
１３ フィルム接着剤
１５ 機械加工除去分の余肉
１６ 手作業除去分余肉
Claims (2)
- モールド成型により得られる熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂と強化繊維との複合材料から成る複合材翼本体と、
メッシュに硬質接着剤を含浸させて成るフィルム接着剤を介して前記複合材翼本体のリーディングエッジ及びその近傍を含むリーディングエッジ部に接合されて該リーディングエッジ部を覆う金属シースを備えた複合材翼において、
前記複合材翼本体における前記リーディングエッジ部の前記リーディングエッジには、前記モールド成型後の該リーディングエッジに残る余肉を除去する段階で形成されるリーディングエッジＲ仕上げを必要としない欠肉部が配置され、
前記欠肉部は、前記リーディングエッジの翼幅方向の複数箇所に配置され、前記フィルム接着剤における硬質接着剤の接着剤溜りとして機能する複合材翼。 - 請求項１に記載の複合材翼を製造するに際して、
前記複合材翼本体のモールド成型後における前記リーディングエッジ部の前記リーディングエッジに残る余肉を除去する段階で、該リーディングエッジにリーディングエッジＲ仕上げを必要としない欠肉部を形成する
複合材翼の製造方法。
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