專(zhuān)利名稱(chēng)：飛機(jī)用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的槳葉及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及飛機(jī)用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的槳葉及其制造方法。
本申請(qǐng)基于2008年3月觀日于日本提出申請(qǐng)的特愿2008-0886 號(hào)主張優(yōu)先權(quán)， 這里引用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
在以往的飛機(jī)用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)合材料制風(fēng)機(jī)槳葉中，使用以熱硬化性樹(shù)脂 為基質(zhì)的預(yù)浸漬體(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。
在制造由這樣的復(fù)合材料構(gòu)成的風(fēng)機(jī)槳葉時(shí)，首先將以層狀分割為多個(gè)的平面狀 的預(yù)浸漬體沿通過(guò)激光的指示得到的曲面形狀的厚度方向直接層疊而做成翼面形狀。接 著，將其在高壓釜內(nèi)加熱、加壓而一體成形。
另一方面，在如飛機(jī)用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)定子葉片那樣繞中心線的扭曲較小的葉片 的情況下，通過(guò)將以片狀的熱塑性樹(shù)脂為基質(zhì)的預(yù)浸漬體在層疊的狀態(tài)下裝入到一對(duì)金屬 模內(nèi)并加熱、加壓，一體成形為翼面形狀(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1 美國(guó)專(zhuān)利第5，375，978號(hào)公報(bào)
專(zhuān)利文獻(xiàn)2 特開(kāi)2003_2討四8號(hào)公報(bào)
專(zhuān)利文獻(xiàn)3 美國(guó)專(zhuān)利第6，843，565號(hào)公報(bào)
但是，在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)1中記載的方法中，由于使用熱硬化性復(fù)合材料，所以為了 得到適當(dāng)?shù)钠焚|(zhì)，需要將預(yù)浸漬體直接層疊到金屬模面上，以成為希望的翼面形狀。在如飛 機(jī)用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)機(jī)槳葉那樣較厚的部件的情況下，層疊數(shù)很龐大，而且為了形成3 維曲面形狀，需要再將各層在面內(nèi)細(xì)密地分割。為了將該在面內(nèi)分割后的預(yù)浸漬體層疊到3 維曲面上的正確的位置上，需要激光等的輔助，為非常復(fù)雜的作業(yè)(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)3)。
因?yàn)橐陨系睦碛桑鲜鰧?zhuān)利文獻(xiàn)1中記載的方法需要大量的作業(yè)時(shí)間而花費(fèi)成 本。此外，熱硬化性復(fù)合材料的使用期限及保管溫度范圍嚴(yán)格，材料管理麻煩。此外，由于 在各層的面內(nèi)將預(yù)浸漬體分割，所以在其邊界上會(huì)發(fā)生強(qiáng)化纖維的不連續(xù)。
另一方面，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中記載的方法中，雖然能夠使用以熱塑性樹(shù)脂為基質(zhì)的 預(yù)浸漬體復(fù)合材料一體地成形，但在如風(fēng)機(jī)槳葉那樣較厚且繞中心線的扭曲較大的葉片的 情況下，在將以平面狀層疊了預(yù)浸漬體的層疊體裝入到金屬模內(nèi)時(shí)容易發(fā)生纖維蜿蜒或空 隙部。因此，難以成形為適當(dāng)?shù)男螤?。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而做出的，目的是提供一種即使是存在厚度且繞中心線的 扭曲較大的葉片形狀也能夠容易地進(jìn)行成形的飛機(jī)用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的槳葉及適合于大 量生產(chǎn)的制造方法。
本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，采用以下的技術(shù)手段。
有關(guān)第1發(fā)明的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的槳葉，是具有繞中心線以45度以上且70度以3下的角度扭曲的3維翼面形狀的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的槳葉，上述槳葉具備含有強(qiáng)化纖維、在 沿厚度方向?qū)盈B后一體成形的多個(gè)復(fù)合材料預(yù)浸漬體；上述強(qiáng)化纖維在上述復(fù)合材料預(yù)浸 漬體的各層內(nèi)不中斷而連續(xù)。
該發(fā)明通過(guò)將上述復(fù)合材料預(yù)浸漬體以希望的片數(shù)層疊到希望的位置上，能夠調(diào) 節(jié)翼片的厚度。此外，通過(guò)上述強(qiáng)化纖維在上述復(fù)合材料預(yù)浸漬體的各層內(nèi)不中斷而連續(xù)， 能夠防止上述強(qiáng)化纖維在上述各層內(nèi)中斷而部件的強(qiáng)度下降。
此外，上述復(fù)合材料預(yù)浸漬體也可以以熱塑性樹(shù)脂為基質(zhì)。
此外，也可以在上述復(fù)合材料預(yù)浸漬體之間配置熱塑性樹(shù)脂薄膜。
通過(guò)將熱塑性樹(shù)脂薄膜配置到上述預(yù)浸漬體之間，能夠抑制層間剝離的發(fā)生。
該發(fā)明由于熱塑性復(fù)合材料即使硬化一次也能夠再熔融，所以即使是第一成形工 序的加熱、加壓后，也能夠進(jìn)行第二成形工序及第三成形工序的加熱、加壓，能夠適當(dāng)?shù)氐?到在翼片間沒(méi)有邊界面的一體化的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的槳葉。
有關(guān)第2發(fā)明的飛機(jī)用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的槳葉的制造方法，具備層疊工序，將含 有強(qiáng)化纖維、并且以多個(gè)熱塑性樹(shù)脂為基質(zhì)的多個(gè)復(fù)合材料預(yù)浸漬體沿厚度方向?qū)盈B在平 面上，形成層疊體；第一成形工序，將上述層疊體加熱及加壓，成形為平板形狀；第二成形 工序，將成形為平板形狀的上述層疊體再次加熱及加壓，成形為3維曲面形狀的翼片；第三 成形工序，將多個(gè)上述翼片疊合之后，加熱及加壓而一體化，得到3維翼面形狀。
該發(fā)明將成形的工序分為第一成形工序、第二成形工序及第三成形工序的3個(gè)。 在第一成形工序中，由于上述層疊體被成形為平板形狀，所以在作為其前工序的層疊工序 中，平面狀的上述復(fù)合材料預(yù)浸漬體只要層疊到平面上就可以，不需要向復(fù)雜的3維曲面 形狀的層疊，也不需要將各層在面內(nèi)細(xì)密地分割。此外，通過(guò)平面狀的上述復(fù)合材料預(yù)浸漬 體進(jìn)行的層疊作業(yè)比成形為3維曲面形狀的翼片的層疊作業(yè)更容易，所以能夠進(jìn)一步減小 翼面形狀的成形誤差。
因而，能夠容易且迅速地進(jìn)行層疊作業(yè)，并且還不會(huì)發(fā)生各層內(nèi)的上述強(qiáng)化纖維 的不連續(xù)。即，上述強(qiáng)化纖維在上述復(fù)合材料預(yù)浸漬體的各層內(nèi)不中斷而連續(xù)。此外，即使 是如風(fēng)機(jī)槳葉那樣較厚的部件，到第二成形工序?yàn)橹挂脖环指顬檩^薄的翼片，所以能夠容 易且高精度地進(jìn)行賦予3維形狀的處理。進(jìn)而，分割后的各翼片到第二成形工序?yàn)橹鼓軌?平行地實(shí)施，所以適合于大量生產(chǎn)。
此外，有關(guān)本發(fā)明的飛機(jī)用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的槳葉的制造方法，在第二成形工序 中，也可以將上述多個(gè)翼片分別成形為將飛機(jī)用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的槳葉沿厚度方向分割為 多個(gè)時(shí)而形成的3維曲面形狀。
該發(fā)明能夠容易地進(jìn)行第二成形工序及第三成形工序中的最終產(chǎn)品形狀的成形 作業(yè)。
此外，有關(guān)本發(fā)明的飛機(jī)用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的槳葉的制造方法，是在上述層疊工 序中，也可以在對(duì)應(yīng)于上述翼片的厚度的位置上層疊對(duì)應(yīng)于上述翼片的厚度的片數(shù)的上述 復(fù)合材料預(yù)浸漬體而形成層疊體。
根據(jù)本發(fā)明，即使是存在厚度、繞中心線的扭曲較大的翼形狀也能夠容易地成形。


圖1是表示有關(guān)本發(fā)明的一實(shí)施方式的風(fēng)機(jī)槳葉的側(cè)視圖。
圖2是表示有關(guān)本發(fā)明的一實(shí)施方式的風(fēng)機(jī)槳葉的正視圖。
圖3是表示有關(guān)本發(fā)明的一實(shí)施方式的風(fēng)機(jī)槳葉的俯視圖。
圖4是圖1的A-A剖視圖。
圖5是圖1的B-B剖視圖。
圖6是表示有關(guān)本發(fā)明的一實(shí)施方式的風(fēng)機(jī)槳葉的制造方法的流程圖。
圖7是在有關(guān)本發(fā)明的一實(shí)施方式的風(fēng)機(jī)槳葉的制造方法中、表示層疊體的說(shuō)明 圖。
圖8是在有關(guān)本發(fā)明的一實(shí)施方式的風(fēng)機(jī)槳葉的制造方法中、表示從層疊體成形 出翼片的狀態(tài)的說(shuō)明圖。
圖9是在有關(guān)本發(fā)明的一實(shí)施方式的風(fēng)機(jī)槳葉的制造方法中、表示將翼片層疊而 成形出風(fēng)機(jī)槳葉的狀態(tài)的說(shuō)明圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明
1風(fēng)機(jī)槳葉(槳葉)
IOA IOL 片材
11層疊體(平板)
12A 12D 翼片具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1 圖9，對(duì)有關(guān)本發(fā)明的一實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
有關(guān)本實(shí)施方式的風(fēng)機(jī)槳葉(飛機(jī)用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的槳葉)1如圖1至圖5所 示，具備與未圖示的盤(pán)卡合的基部2、和從基部2延伸的翼部3。翼部3從前緣3a朝向后緣 3b彎曲為規(guī)定的翼型，具有繞中心線C以約60度的角度扭曲的3維翼面形狀。
該風(fēng)機(jī)槳葉1如后所述，在將多個(gè)預(yù)浸漬體(復(fù)合材料預(yù)浸漬體)IOA IOL在平面 上層疊而成形為平板形狀之后，再一體地成形出變形成形為3維曲面形狀的翼片12A 12D。
接著，對(duì)有關(guān)本實(shí)施方式的風(fēng)機(jī)槳葉1的制造方法的詳細(xì)情況進(jìn)行說(shuō)明。
有關(guān)本實(shí)施方式的風(fēng)機(jī)槳葉1的制造方法是特別適合于具有繞中心線C以45度 以上且70度以下的角度扭曲的3維翼面形狀的槳葉的方法。
該制造方法如圖6 圖9所示，具備將多個(gè)預(yù)浸漬體IOA IOL沿厚度方向D層 疊在平面上而形成層疊體11的層疊工序(SOl)、將層疊體11加熱及加壓而成形為平板形狀 的第一成形工序(S(^)、將成形為平板形狀的上述層疊體11加熱及加壓而使其變形為3維 曲面形狀的翼片12A 12D的第二成形工序(S03)、和將成形的多個(gè)翼片12A 12D疊合并 加熱及加壓而一體化的第三成形工序(S04)。
在層疊工序(SOl)、第一成形工序(S(^)及第二成形工序(S03)中，通過(guò)同樣的內(nèi) 容成形出翼片12A 12D，所以關(guān)于這些工序，只要沒(méi)有特別明述，就對(duì)翼片12A進(jìn)行說(shuō)明。
在層疊工序(SOl)中，將平面狀的浸漬體IOA IOL沿厚度方向D層疊。這里，在 浸漬體IOA IOL中，使用例如加入了設(shè)為規(guī)定的取向度的碳纖維(強(qiáng)化纖維)的熱塑性 基質(zhì)樹(shù)脂片。浸漬體IOA IOL如圖7所示，為分別不同的大小。并且，對(duì)應(yīng)于成形的翼片12A的厚度，將希望大小的預(yù)浸漬體在希望的位置上層疊希望的片數(shù)，形成層疊體11。在第一成形工序(S02)中，將上述層疊體11設(shè)置到未圖示的金屬模內(nèi)，將上述金 屬模加熱到規(guī)定的溫度，并且在規(guī)定的壓力下加壓。此時(shí)，浸漬體IOA IOL軟化，通過(guò)邊 界面的熔融，將層疊體11 一體化，形成平板狀的部件。在第二成形工序(S03)中，將上述平板狀部件設(shè)置到具有3維形狀的未圖示的金 屬模內(nèi)，將上述金屬模加熱到規(guī)定的溫度，并且在規(guī)定的壓力下加壓。此時(shí)，平板狀部件內(nèi) 的各層軟化，通過(guò)層內(nèi)的纖維的移動(dòng)和層間的偏移，如圖8所示，形成3維曲面形狀的翼片 12A。其他翼片12B、12C、12D也經(jīng)過(guò)同樣的工序形成。這里，各翼片12A 12D分別被成形為在將風(fēng)機(jī)槳葉1沿厚度方向分割多個(gè)時(shí)形 成的3維曲面形狀。因此，層疊工序(SOl)中的、浸漬體IOA IOL的大小及層疊位置、片 數(shù)根據(jù)翼片而不同。此外，在第二成形工序(S03)中使用的上述金屬模也為匹配于分別得 到的3維曲面形狀的結(jié)構(gòu)。這樣得到的翼片12A 12D的3維曲面形狀為繞中心線C以大 致60度的角度扭曲的3維曲面形狀。在第三成形工序(S04)中，將分別成形為規(guī)定的3維曲面形狀的翼片12A 12D疊 合而配置到未圖示的金屬模內(nèi)。此時(shí)，需要注意不要弄錯(cuò)層疊順序，以便通過(guò)將翼片12A 12D層疊能夠得到希望的3維翼面形狀。接著，將該金屬模加熱到規(guī)定的溫度，并且在規(guī)定的壓力下加壓。此時(shí)，通過(guò)翼片 12A 12D軟化、并且在邊界面上熔融，能夠得到圖9所示那樣的一體的風(fēng)機(jī)槳葉1。根據(jù)該風(fēng)機(jī)槳葉1及其制造方法，成形的工序被分為第一成形工序(S02)、第二成 形工序(S03)及第三成形工序(S04)的3個(gè)。在第一成形工序(S02)中，上述層疊體11被 成形為平板形狀，所以在作為其前工序的層疊工序(SOl)中只要層疊到平面上就可以，不 需要向復(fù)雜的3維曲面形狀的層疊、也不需要將各層在面內(nèi)細(xì)密地分割。因而，能夠容易且迅速地進(jìn)行層疊作業(yè)。此外，即使是風(fēng)機(jī)槳葉那樣較厚的部件，由于到第二成形工序(S03)為止被分割 為較薄的翼片，所以也能夠容易且高精度地進(jìn)行賦予3維形狀的處理。結(jié)果，即使是存在厚 度及大小、扭曲較大的風(fēng)機(jī)槳葉1，也能夠容易地進(jìn)行成形。特別是，由于翼片12A 12D被分別成形為將風(fēng)機(jī)槳葉1沿厚度方向分割多個(gè)時(shí) 形成的3維曲面形狀，所以能夠容易地進(jìn)行第三成形工序(S04)中的各翼片的成形作業(yè)。此外，在層疊工序(SOl)中，由于對(duì)應(yīng)于翼片12A的厚度而將浸漬體IOA IOL以 希望的數(shù)量層疊到希望的位置上，所以能夠通過(guò)浸漬體IOA IOL適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)翼片12A的厚度。此外，由于浸漬體IOA IOL為加入了碳纖維的熱塑性基質(zhì)樹(shù)脂片，所以即使硬化 一次也能夠再熔融，所以即使是第一成形工序(S02)的加熱、加壓后，也能夠進(jìn)行第二成形 工序(S03)及第三成形工序(S04)的加熱、加壓，能夠適當(dāng)?shù)氐玫皆谝砥?2A 12D間沒(méi)有 邊界面的一體化的風(fēng)機(jī)槳葉1。另外，本發(fā)明的技術(shù)范圍并不限定于上述實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明的主旨的范 圍中能夠加以各種變更。例如，預(yù)浸漬體及葉片的大小及片數(shù)并不限定于本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)風(fēng) 機(jī)槳葉的厚度及大小、形狀而適當(dāng)?shù)貨Q定。此外，風(fēng)機(jī)槳葉的扭曲也并不需要限定于60度。
6
進(jìn)而，本發(fā)明的風(fēng)機(jī)槳葉的用途并不限定于飛機(jī)用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，在其他燃?xì)?渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中也能夠采用。根據(jù)本發(fā)明，即使是存在厚度、繞中心線的扭轉(zhuǎn)較大的翼形狀也能夠容易地進(jìn)行 成形。
權(quán)利要求
1.一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的槳葉，是具有繞中心線以45度以上且70度以下的角度扭曲 的3維翼面形狀的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的槳葉，其特征在于，上述槳葉具備含有強(qiáng)化纖維、在沿厚度方向?qū)盈B后一體成形的多個(gè)復(fù)合材料預(yù)浸漬體；上述強(qiáng)化纖維在上述復(fù)合材料預(yù)浸漬體的各層內(nèi)不中斷而連續(xù)。
2.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的槳葉，其特征在于，上述復(fù)合材料預(yù)浸漬體 以熱塑性樹(shù)脂為基質(zhì)。
3.如權(quán)利要求2所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的槳葉，其特征在于，在上述復(fù)合材料預(yù)浸漬 體之間配置有熱塑性樹(shù)脂薄膜。
4.一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的槳葉的制造方法，具備層疊工序，將含有強(qiáng)化纖維、并且以多個(gè)熱塑性樹(shù)脂為基質(zhì)的多個(gè)復(fù)合材料預(yù)浸漬體 沿厚度方向?qū)盈B在平面上，形成層疊體；第一成形工序，將上述層疊體加熱及加壓，成形為平板形狀；第二成形工序，將成形為平板形狀的上述層疊體再次加熱及加壓，成形為3維曲面形 狀的翼片；第三成形工序，將多個(gè)上述翼片疊合之后，加熱及加壓而一體化，得到3維翼面形狀。
5.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的槳葉的制造方法，其特征在于，上述多個(gè)翼 片分別成形為將燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的槳葉沿厚度方向分割為多個(gè)時(shí)而形成的3維曲面形狀。
6.如權(quán)利要求5所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的槳葉的制造方法，其特征在于，在上述層疊 工序中，在對(duì)應(yīng)于上述翼片的厚度的位置上層疊對(duì)應(yīng)于上述翼片的厚度的片數(shù)的上述復(fù)合 材料預(yù)浸漬體而形成層疊體。
全文摘要
一種具有繞中心線以45度以上且70度以下的角度扭曲的3維翼面形狀的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的槳葉，上述槳葉具備含有強(qiáng)化纖維、在沿厚度方向?qū)盈B后一體成形的多個(gè)復(fù)合材料預(yù)浸漬體；上述強(qiáng)化纖維在上述復(fù)合材料預(yù)浸漬體的各層內(nèi)不中斷而連續(xù)。
文檔編號(hào)B29K105/08GK102037247SQ20098011798
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者奧村郁夫, 守屋勝義, 小木貴宏, 村上務(wù), 盛田英夫 申請(qǐng)人:Ihi空間技術(shù)株式會(huì)社, 株式會(huì)社Ihi