JP2015509168A

JP2015509168A - 空気力学的表面への表面小リブの適用方法

Info

Publication number: JP2015509168A
Application number: JP2014545910A
Authority: JP
Inventors: クレイ，ニコラス・ジョセフ; ゲマインハート，グレゴリー・カール; シム，ドン−ジン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2012-11-10
Publication date: 2015-03-26
Also published as: WO2013085671A1; CN104080697A; CA2858540A1; US20130146217A1; EP2788254A1; BR112014013749A2

Abstract

空気力学的表面にテクスチャを適用するための方法が提供される。テクスチャが施された表面を有するマスタプレートが用意される。次いで、第１の材料が、この表面に適用されて硬化させられ、マスタプレートのテクスチャが施された表面の陰画の痕跡を有するコールシートが形成される。次いで、テクスチャを適用すべき表面が用意され、これは、空気力学的表面であってよい。次いで、第１の材料とは異なる別の材料が、空気力学的表面に適用され、コールシートがその上に配置される。この第２の材料が硬化させられ、コールシートが取り除かれる。第２の材料は、空気力学的表面に付着しており、実質的にコールシートのテクスチャが施された表面の陰画の痕跡であり、マスタプレートのテクスチャが施された表面と実質的に同様である表面を有する。【選択図】図１Ａ

Description

開示される本発明の実施形態は、概して、ガスタービンエンジンに関し、特に、ガスタービンエンジンにおける空気力学的表面への表面小リブの適用方法に関する。

適切な向きにて空気力学的表面に配置された小リブは、その空気力学的表面について、抗力係数の低減をもたらすことができる。したがって、本発明の実施形態は、空気力学的表面に小リブを生成することを目的とする。

仏国特許出願公開第２９３３０２６号明細書

空気力学的表面にテクスチャ（ｔｅｘｔｕｒｅ）を適用するための方法が提供される。テクスチャが施された表面を有するマスタプレート（ｍａｓｔｅｒｐｌａｔｅ）が用意される。次いで、第１の材料が、この表面に適用されて硬化させられ、マスタプレートのテクスチャが施された表面の陰画の痕跡（ｎｅｇａｔｉｖｅｉｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）を有するコールシート（ｃａｕｌｓｈｅｅｔ）が形成される。次いで、テクスチャを適用すべき表面が用意され、これは、空気力学的表面であってよい。次いで、第１の材料とは異なる別の材料が、空気力学的表面に適用され、コールシートがその上に配置される。この第２の材料が硬化させられ、コールシートが取り除かれる。第２の材料は、空気力学的表面に付着しており、実質的にコールシートのテクスチャが施された表面の反転の痕跡であり、マスタプレートのテクスチャが施された表面と実質的に同様である表面を有する。

本発明の実施形態が、以下の図に示される。

本発明の実施形態によるコールシートの形成方法を示している。本発明の実施形態によるコールシートの形成方法を示している。本発明の実施形態による小リブの形成方法を示している。本発明の実施形態による起伏のある表面への小リブの形成方法を示している。本発明の実施形態による起伏のある表面への小リブの形成方法を示している。本発明の実施形態による方法によって表面上に形成された小リブの断面図である。本発明の実施形態による方法によって小リブが適用された翼の吸い込み側の一領域を示している。本発明の実施形態による方法によって小リブが適用された翼の圧縮側の一領域を示している。

ここで図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、コールシート２００を製造するための本発明による方法の実施形態が示されている。複数の畝１０４が配置された第１の表面１０２を有しているマスタプレート１００が用意される。図１Ａが、テクスチャが施された平坦な表面２０２を有するコールシート２００を生み出すための平坦な表面１０２を有するマスタプレート１００を示している一方で、図１Ｂは、テクスチャが施された起伏のある表面２０２（図３Ｂに起伏を有するものとして示されている）を有するコールシート２００を生み出すための起伏のある表面１０２を有するマスタプレート１００を示している。さらに、コールシート２００を、平坦な表面部分および起伏のある表面部分の両方を有するように製造してもよい。

マスタプレート１００を、これらに限られるわけではないが、物理的な機械加工、化学エッチング、放電加工、またはこれらの任意の組み合わせなど、任意の公知の技術を使用して形成することができる。

コールシート２００は、最初に、硬化可能な流動性の材料を、マスタプレートのテクスチャが施された表面１０２に適用することによって形成される。コールシートの材料２００は、マスタプレートの畝１０４の周囲に流れ、畝１０４の間のすき間を完全に満たさなければならない。好ましくは、コールシートの材料が、マスタプレート１００の表面のすべての造作（小リブ、小リブの間のすき間、および起伏）を、いかなるエアポケットまたは空隙も存在させずに完全に包む。コールシートの材料２００は、任意の適切な材料であってよく、例えばゴム材料であってよい。図示されていないが、マスタプレート１００が、外周を巡る壁および／または背板を有してもよい。これを、硬化時にコールシートの材料２００を動かぬように保ち、一様な厚さを維持するために行なうことができる。コールシート２００の形成における次の段階は、コールシートの材料２００の硬化である。硬化のプロセスは、コールシートの材料の選択に依存する。この硬化のプロセスは、これらに限られるわけではないが、熱および圧力の印加、あるいはこれらの組み合わせを含むことができる。一旦硬化すると、コールシートの材料２００を、単純にコールシート２００と称することができ、マスタプレート１００から取り外すことが可能である。

次に、図２、図３Ａ、および図３Ｂを参照すると、コールシート２００が、複数の溝２０４を備える表面２０２を有する。表面２０２および複数の溝２０４は、実質的にマスタプレートの表面１０２およびその表面に配置された複数の小リブの陰画の痕跡である。

翼４００の表面などの空気力学的表面４０２が、その表面に小リブを適用するために用意される。空気力学的表面４０２として、例えば翼または羽根の表面あるいは翼板の土台など、流体の流れに曝されるあらゆる表面を挙げることができる。簡単のため、本明細書において説明される方法は、翼の表面への小リブの適用に関する。フィルム材料３００が、実質的に一様な厚さにて翼の表面４０２に適用される。フィルム材料３００は、好ましくは硬化可能かつ流動性である。フィルム材料３００は、任意の適切な材料であってよく、複合材料製の翼への防食被膜の適用に使用される材料と同じまたは同様であってよい。このフィルム材料３００は、例えばポリウレタンであってよい。次いで、本明細書に記載のプロセスから製作されるコールシート２００を、フィルム材料３００がコールシート２００と翼の表面４０２との間に配置されるように、フィルム材料３００の上に適用することができる。コールシート２００が、フィルム材料３００がコールシートの溝２０４に完全に流れ込み、好ましくはエアポケットまたは空隙を存在させることなくコールシートの表面２０２を囲むように、フィルム材料３００に押し付けられる。

フィルム材料３００の硬化が、フィルム材料の表面３０２への小リブ３０４（図４）の形成における次の段階である。硬化のプロセスは、フィルム材料３００の選択に依存する。この硬化のプロセスは、これらに限られるわけではないが、熱および圧力の印加、あるいはこれらの組み合わせを含むことができる。一旦硬化すると、フィルム材料３００を、単純にフィルム層３００と称することができる。硬化後に、フィルム層３００は、フィルム層３００と翼の表面４０２との間の界面において翼の表面４０２に付着しているはずである。この時点で、コールシート２００を取り除くことができる。コールシート２００は、フィルム材料の硬化のプロセスを経るため、コールシートの材料の選択は、このプロセスに耐えることができなければならない。

図２が、平坦な翼の表面４０２において利用される平坦な表面２０２を有するコールシート２００を示している。図３Ａが、起伏のある翼の表面４０２において利用される平坦な表面２０２を有するコールシート２００を示している。図３Ｂが、起伏のある翼の表面４０２において利用される起伏のある表面２０２を有するコールシート２００を示している。翼の表面４０２へのフィルム層３００の適用および硬化のための上述のプロセスは、図２、３Ａ、および３Ｂに示される種々の筋書きにおいて実質的に同じである。

利用されるコールシート２００の種類（平坦または起伏あり）は、翼の表面４０２の起伏の量およびコールシート２００の柔軟性に依存する。例えば、図３Ａに示されるように、翼の表面４０２が、小さな起伏を有することができ、コールシート２００が、実質的に平坦であるが、翼の表面４０２の起伏に従いつつ容認できない小リブ３０４がもたらされるほどには変形しないように充分に柔軟であってよい（図４）。図３Ｂに示されるように、起伏のある翼の表面４０２が、コールシート２００の柔軟性を超越し、表面の起伏に沿うためのコールシート２００の曲がりにより、コールシートの造作が過度に変形して、容認できない小リブ３０４が形成される可能性がある。したがって、翼の表面４０２が、コールシート２００の柔軟性を超越する起伏を有する場合、起伏のある表面２０２を有するコールシート２００を利用すべきである。好ましくは、コールシート２００および翼の表面４０２の起伏が、実質的に類似していなければならない。さらに、翼の表面４０２が、平坦な部分および起伏のある部分を有することができ、その場合には、コールシート２００が、同じ表面の地形を有さなければならない。コールシートの起伏を翼の起伏に適切に一致させることは、フィルム層３００を一様な厚さに保つうえでも役に立つ。

次に図４を参照すると、一旦コールシート２００がフィルム層３００から取り除かれると、フィルム層３００は、複数の小リブ３０４を備える露出面３０２を有すると考えられる。フィルム層の表面３０２に形成され、翼の表面４０２に付着した小リブ３０４の高さは、約０．０５０ｍｍから０．２５４ｍｍまでさまざまであってよい。フィルム層の表面３０２および小リブ３０４は、実質的にコールシート２００の陰画の痕跡となるはずであり、マスタプレート１００上の畝１０４のパターンと実質的に同じになるはずである。

翼４００上の所望の小リブのパターンは、翼の表面４０２の各所で大きく異なる。表面の或る部位と別の部位とで密度が異なる可能性があり、翼の表面４０２の各所で小リブの高さが異なる可能性があり、局所的な気流に整列するように小リブの向きが変えられる可能性がある。したがって、マスタプレート１００上の畝１０４も、密度、高さ、および向きにおいてさまざまでなければならない。最適な小リブのパターンを、所与の空気力学的表面の形状およびそのような空気力学的表面が使用される動作条件について、計算および実験解析によって決定することができる。

マスタプレートの表面１０２に配置される畝１０４は、好ましくは翼の表面４０２に適用される小リブ３０４のパターンを実質的に模擬するパターンにて配置される。しかしながら、マスタプレートの畝１０４は、必ずしも所望の小リブ３０４の正確な複製である必要ではない。この相違に影響しうるいくつかの因子として、例えば、材料のそれぞれの硬化プロセスにおける収縮、ならびに翼の表面４０２の起伏に一致するためのコールシート２００の曲がりを挙げることができる。したがって、翼の表面４０２に関して所望される小リブ３０４の寸法、密度、および向きを決定し、次いで上述の因子を考慮して、マスタプレート１００上に用いるべきパターンに到達すべきである。

図５Ａが、翼４００の吸い込み側４０２ａを示し、図５Ｂが、翼４００の圧縮側４０２ｂを示している。翼の両側が、本明細書に記載の方法に一致したやり方で適用された小リブを有している。フィルム層３００は、翼の表面４０２ａ、４０２ｂの全体に適用される必要はない。図５Ａおよび図５Ｂに示されるように、フィルム層は、翼の前縁４００ａ、４００ａには適用されない。他方で、後縁４００ｂにおける小リブのパターンは、翼４００の全長において大きく変化しうる。

本明細書において使用されるとき、用語「平坦」および「起伏」、ならびにその変種が、何回か言及される。これらの用語は、状況に応じて表面にテクスチャが存在することを、否定する意味ではない。例えば、マスタプレートのテクスチャが施された表面１０２を、平坦または起伏を有するものとして説明した。しかしながら、「平坦」または「起伏を有する」という表現は、マスタプレートの表面１０２がもはや畝１０４を持たないという事実を、否定しないと理解される。同じことが、コールシートの表面２０２およびこの表面の溝２０４、ならびにフィルム層の表面３０２およびこの表面の小リブ３０４にも当てはまる。用語「平坦」および「起伏を有する」、ならびにそれらのそれぞれの変種は、本明細書および添付の特許請求の範囲において使用されるとき、これらの用語によって説明される表面の概要と理解されるべきである。

構造および方法についての以上の説明は、例示を目的として提示されている。以上の説明は、すべてを述べ尽くそうとするものでも、本発明を開示された工程および／または形態そのものに限定しようとするものでもなく、当然ながら、以上の教示に照らして多数の改良および変種が可能である。本明細書に記載の特徴を、任意の組み合わせにて組み合わせることが可能である。本明細書に記載の方法の各段階を、物理的に可能な任意の順序で実行することが可能である。空気力学的表面に小リブを適用するための方法の特定の形態を図示および説明したが、本発明がそれらに限られるわけではなく、むしろ本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることを、理解すべきである。

１００マスタプレート
１０２表面、第１の表面、マスタプレートの表面、マスタプレートのテクスチャが施された表面
１０４畝
２００コールシートの材料、コールシート
２０２表面
２０４溝
３００フィルム材料、フィルム層
３０２フィルム材料の表面、露出面
３０４小リブ
４００翼
４００ａ翼の前縁
４００ｂ翼の後縁
４０２空気力学的表面、翼の表面
４０２ａ吸い込み側、表面
４０２ｂ圧縮側、表面

Claims

空気力学的表面（４０２）にテクスチャを適用するための方法であって、
第１のテクスチャが施された表面（１０２）を有するマスタプレート（１００）を用意するステップと、
流動性かつ硬化可能な第１の材料（２００）を、前記第１のテクスチャが施された表面に適用するステップと、
硬化した第１の材料（２００）となり、もはや流動性でなく、前記第１のテクスチャが施された表面（１０２）の陰画の痕跡による第２のテクスチャが施された表面（２０２）を有するように、前記第１の材料（２００）を硬化させるステップと、
空気力学的表面（４０２）を用意するステップと、
流動性かつ硬化可能な第２の材料（３００）を、前記空気力学的表面（４０２）の少なくとも一部分に適用するステップと、
前記硬化した第１の材料（２００）を、前記第２の材料（３００）に、前記第２の材料（３００）が前記第２のテクスチャを有する表面（２０２）と前記空気力学的表面（４０２）の前記少なくとも一部分との間に両者に接触して位置するように配置するステップと、
硬化した第２の材料（３００）となり、もはや流動性でなく、前記空気力学的表面（４０２）の前記少なくとも一部分に付着するように、前記第２の材料（３００）を硬化させるステップと、
前記硬化した第１の材料（２００）を前記硬化した第２の材料（３００）との接触から取り外すステップと
を含む方法。
前記第１のテクスチャが施された表面（１０２）が、おおむね平坦である請求項１に記載の方法。
前記空気力学的表面（４０２）が、起伏を有しており、前記第１のテクスチャが施された表面（１０２）が、起伏を有している請求項１に記載の方法。
前記第１の材料（２００）を前記第２の材料（３００）との接触から取り外すステップにより、前記第２のテクスチャが施された表面（２０２）の実質的に陰画の痕跡を含む第３のテクスチャが施された表面（４０２）を有する前記第２の材料（３００）がもたらされる請求項１に記載の方法。
前記第３のテクスチャが施された表面（４０２）が、前記第１のテクスチャが施された表面（１０２）と実質的に同一である請求項４に記載の方法。
前記第３のテクスチャが施された表面（４０２）が、複数の小リブ（３０４）を備えている請求項４に記載の方法。
前記空気力学的表面（４０２）の前記少なくとも一部分における任意の所与の場所において、前記複数の小リブ（３０４）のうちの該任意の所与の場所に位置する小リブ（３０４）が、該任意の所与の場所において見られると予想される気流に整列するように、前記複数の小リブ（３０４）の向きが変わっている請求項６に記載の方法。
前記第１の材料（２００）が、少なくとも部分的にゴムを含んでいる請求項１に記載の方法。
前記第２の材料（３００）が、少なくとも部分的にポリウレタンを含んでいる請求項１に記載の方法。
前記第２の材料（３００）が、粘弾性である請求項１に記載の方法。
空気力学的表面（４０２）にテクスチャを適用するための方法であって、
第１のテクスチャが施された表面（１０２）を有している柔軟なコールシート（２００）を用意するステップと、
空気力学的表面（４０２）を用意するステップと、
前記空気力学的表面（４０２）の少なくとも一部分に硬化可能な流動性の材料を適用するステップと、
前記柔軟なコールシート（２００）を、前記テクスチャが施された表面が前記硬化可能な流動性の材料に触れるように、前記硬化可能な流動性の材料に配置するステップと、
硬化した材料となり、もはや流動性でなくなるように、前記硬化可能な流動性の材料を硬化させるステップと、
前記柔軟なコールシート（２００）を前記硬化した材料から取り除くステップと
を含む方法。
前記硬化した材料が、前記空気力学的表面（４０２）の前記少なくとも一部分に付着する請求項１１に記載の方法。
前記硬化した材料に、前記第１のテクスチャが施された表面（１０２）の陰画の痕跡である第２のテクスチャが施された表面（２０２）がもたらされる請求項１１に記載の方法。
前記第２のテクスチャが施された表面（２０２）が、複数の小リブ（３０４）を備えている請求項１３に記載の方法。
前記空気力学的表面（４０２）の前記少なくとも一部分における任意の所与の場所において、前記複数の小リブ（３０４）のうちの該任意の所与の場所に位置する小リブ（３０４）が、該任意の所与の場所において見られると予想される気流に整列するように、前記複数の小リブ（３０４）の向きが変わっている請求項１４に記載の方法。
前記コールシート（２００）が、硬化したゴムで少なくとも部分的に構成されている請求項１１に記載の方法。
前記硬化可能な流動性の材料が、ポリウレタンで少なくとも部分的に構成されている請求項１に記載の方法。
前記空気力学的表面（４０２）が、起伏を有しており、前記第１のテクスチャが施された表面（１０２）が、起伏を有している請求項１に記載の方法。
前記空気力学的表面（４０２）の起伏と、前記第１のテクスチャが施された表面（１０２）の起伏とが、同様な起伏である請求項１８に記載の方法。