JP5973589B2 - 組み込まれたプラットフォームを備えた複合材料製のターボ機械のベーンを製造する方法 - Google Patents

組み込まれたプラットフォームを備えた複合材料製のターボ機械のベーンを製造する方法 Download PDF

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Description

本発明は、ターボ機械、特に航空機用のターボエンジン又は産業用タービンのための、タービン又はコンプレッサに関し、より詳細には、タービンノズル又はコンプレッサのディフューザに用いられ、内側のプラットフォーム及び外側のプラットフォームが組み込まれているターボ機械のベーンの製造に関する。
ターボ機械の性能を向上させ、かつ、汚染物質の排出を減少させることにより、これまでよりも運転温度を高めることが期待されている。
そこで、ターボ機械の熱くなる部分におけるエレメントに、セラミックマトリクスコンポジット（ＣＭＣ）材料を用いることが提案されている。このような材料は、優れた熱構造特性、すなわち、構造エレメントを構成するのに適した機械的特性を、この特性が高温において維持されるという性能とともに有している。さらに、ＣＭＣ材料は、ターボ機械の熱くなる部分のエレメントに従来用いられている金属材料の密度よりもずっと低い密度を有する。
例えば、文献WO 2010/061140、WO 2010/116066、及びWO 2011/080443には、内側のプラットフォーム及び外側のプラットフォームが組み込まれているＣＭＣ材料製の、ターボ機械の回転輪のブレードを作る方法が記載されている。特に、文献WO 2010/146288において、タービンノズルを作るためにＣＭＣ材料を使用することも提案されている。
本発明は、内側のプラットフォーム及び外側のプラットフォームに固定されたエーロフォイル（une pale）を備えた、複合材料製のターボ機械のベーンを作る単純化された方法を提供することを目的とする。
この目的は、以下のステップを備えた方法によって達成される。
‐多層織を用いて、製造されるべきベーンの方向に対応する長さ方向を有し、かつ、織によって連結されている複数の糸の層を備えた織られた第一部分、織られた第二部分、及び織られた第三部分を厚み方向に含む、繊維の半加工品を形成するステップであって、前記第一部分は、前記第二部分と前記第三部分との間に配置され、その長さ方向の範囲（dimension）の部分のみにおいて織によってそれらに連結されているステップ；
‐前記繊維の半加工品を用いて、前記第一部分の両側で、前記第一部分に連結されていない第二部分及び第三部分のセグメントを広げ、前記第一部分を成形して製造されるべき前記ベーンの前記エーロフォイルのための予備形状体の部分を形成し、前記第二部分及び前記第三部分の広げられたセグメントを成形して製造されるべき前記ベーンの前記内側のプラットフォーム及び前記外側のプラットフォームのための予備形状体の部分を形成することによって、製造されるべき前記ベーンのための予備形状体を形成するステップ；及び
‐前記ベーンの予備形状体をマトリクスで密度を高めて、組み込まれた内側のプラットフォーム及び外側のプラットフォームを有する複合材料製のベーンを得るステップ。
一の実施形態において、前記半加工品の前記第一部分は、前記半加工品の前記第一部分の長さ方向の範囲全体にわたって延びており、かつ、成形されて中空の前記エーロフォイルのための予備形状体の部分を形成するように前記半加工品の前記第一部分の長さ方向の端部において単に開放されている、隣接する２つの糸の層の間に内部の非連結領域を有する。
一の特定の実施形態において、前記第一部分に連結されていない前記半加工品の前記第二部分及び前記第三部分の前記セグメントは、前記半加工品の前記第二部分及び前記第三部分の長さ方向の端部に配置されている。
別の特定の実施形態において、前記半加工品の前記第二部分及び前記第三部分は、長さ方向の端部において前記半加工品の前記第一部分に織によって連結され、前記半加工品の前記第一部分に連結されていない前記半加工品の前記第二部分及び前記第三部分の前記セグメントが当該長さ方向の端部の間で延びている。
本方法の一の特徴によれば、前記エーロフォイルのための前記予備形状体の部分は、前記内側のプラットフォーム及び前記外側のプラットフォームのための前記予備形状体の部分の幅よりも小さい幅を有し、前記半加工品の前記第一部分の区域を介して、前記セグメントの、前記半加工品の残部との接続部分に沿って前記半加工品の幅全体にわたって、前記半加工品の前記第二部分及び前記第三部分の間で連結領域を残しつつ、前記半加工品の前記第一部分の余分な幅が切断されることによって取り除かれて前記エーロフォイルのための前記予備形状体の部分が形作られる。
本方法の別の特徴によれば、タービンノズル又はコンプレッサのディフューザのためのベーンを作るために、前記ベーンの予備形状体が、前記外側のプラットフォームのための前記予備形状体の部分を、その外側において、超えて延びている外側の延伸部分を備えて形成され、かつ、前記外側の延伸部分が、前記ベーンの予備形状体を形成しつつ、タービン又はコンプレッサのケーシングに取り付けるための取り付け部分（une partie de montage）のための予備形状体の部分を形成するように形作られている。
本方法の別の特徴によれば、タービンノズル又はコンプレッサのディフューザのためのベーンを作るために、前記ベーンの予備形状体が、前記内側のプラットフォームのための前記予備形状体の部分を、その内側において、超えて延びている内側の延伸部分を備えて形成され、かつ、前記内側の延伸部分が、前記ベーンの予備形状体を形成しつつ、アタッチメント部分（une partie d'accrochage）のための予備形状体の部分を形成するように形作られている。
本発明は、添付の図面を参照しつつ非限定的な記載によってなされる以下の説明を読めば、より良く理解されるであろう。
図１は、ターボ機械のベーンの模式的な斜視図である。 図２は、図１に示すタイプのベーン用の繊維の予備形状体を作るための織られた繊維の半加工品（une ebauche fibreuse）の模式的な平面図である。 図３は、図２の半加工品の側面図である。 図４は、図２のIV-IV面に沿った模式的な断面図である。 図５は、図２のV-V面に沿って断面視した図２の半加工品の織の面を拡大した模式的な図である。 図６は、図２のVI-VI面に沿って断面視した図２の半加工品の織の面を拡大した模式的な図である。 図７は、図２〜図６の繊維の半加工品からベーンの予備形状体を作るステップを示す模式的な図である。 図８は、図２〜図６の繊維の半加工品からベーンの予備形状体を作るステップを示す模式的な図である。 図９は、図２〜図６の繊維の半加工品からベーンの予備形状体を作るステップを示す模式的な図である。 図１０は、図１に示すタイプのベーン用の繊維の予備形状体を作るための織られた繊維の半加工品の別の形態の模式的な平面図である。 図１１は、図１０に示す半加工品の側面図である。 図１０のXII-XII面に沿った模式的な断面図である。 図１３は、図１０〜図１２の繊維の半加工品からベーンの予備形状体を作るためのステップを示す模式的な図である。 図１４は、図１０〜図１２の繊維の半加工品からベーンの予備形状体を作るためのステップを示す模式的な図である。 図１５は、図１０〜図１２の繊維の半加工品からベーンの予備形状体を作るためのステップを示す模式的な図である。 図１６は、図１のベーンの変形例を示す部分図である。
図１は、例えば、航空機用のターボエンジンにおけるタービンノズルの固定ベーンである、ベーン１０のとても模式的な図である。ベーン１０は、エーロフォイル１２と、内側のプラットフォーム１４及び外側のプラットフォーム１６とを備えている。
明細書の全体にわたって、“内側”及び“外側”という用語は、ターボ機械の軸線に対する半径方向における位置に基づいて使用される。
プラットフォーム１４の外側の面１４ｂ及びプラットフォーム１６の内側の面１６ａは、タービンのケーシングにベーン１０が取り付けられたときに、タービンを通過するガス流のための通路を形成するためのものである。
エーロフォイル１２は、プラットフォーム１４とプラットフォーム１６との間で延びそれらに固定されている。エーロフォイル１２は、エーロフォイル１２の端部において、プラットフォーム１４の内側から突出し、かつ、プラットフォーム１６の外側から突出している。図示の例において、エーロフォイル１２は、中空であり、エーロフォイルに沿って延び両端で開放されている、長さ方向に延びる内部通路１２ａを有する。良く知られた態様において、通路１２ａは、特に冷却された空気の流れを通過させる働きをする。
図示の例において、プラットフォーム１４及びプラットフォーム１６は、エーロフォイル１２の長さ方向に垂直な平面に対して０度ではない角度をなす全体的な方向において上流側の端と下流側の端との間で延びている。
明細書の全体にわたって、“上流側”及び“下流側”という用語は、ターボ機械における流体が流れる方向に基づいて使用される。
ベーン１０は複合材料でできている。ベーンを製造する方法は、ベーンの形状に対応する形状の繊維の予備形状体を形成するステップと、その後に予備形状体の密度をマトリクスで高めるステップと、を備える。
図２は繊維の半加工品１０１の平面図であり、繊維の半加工品１０１から、ベーン１０の繊維の予備形状体が形作られる。
半加工品１０１は、三次元（３Ｄ）織又は多層織によって織られたストリップ（une bande）１００から得られ、ストリップ１００は製造されるべきベーンの長さ方向に対応するＸ方向において全体的に延びている。例えば、Ｘ方向に沿って延びているたて糸でこの織がなされているが、この方向沿って延びているよこ糸で織をなすこともできることが理解される。Ｘ方向において、複数の半加工品１０１が次々と織られていてもよい。平行な複数の列をなした複数の半加工品を同時に織ることもできる。
図２〜図６の実施形態において、半加工品１０１は、その厚さ方向にわたって、第一部分１０２、第二部分１０４、及び第三部分１０６を備えている。部分１０２は、部分１０４と部分１０６との間に配置され、かつ、部分１０２と部分１０４との間の非連結領域１０３ａ及び非連結領域１０５ａ、並びに、部分１０２と部分１０６との間の非連結領域１０３ｂ及び非連結領域１０５ｂを除いて、部分１０４及び部分１０６に３Ｄ織によって連結されている。非連結領域１０３ａ及び非連結領域１０３ｂは、半加工品１０１の一方の端部１０１ａから非連結領域の端部１０３ｃ及び非連結領域の端部１０３ｄまで、半加工品１０１の幅（よこ糸の方向における範囲（dimension en sens trame））全体にわたって延びている。非連結領域の端部１０３ｃ及び非連結領域の端部１０３ｄは、内側のプラットフォーム１４の配置に適合するように、よこ糸の方向に対して０度でない角度をなす方向において、半加工品１０１の長さ方向の端１０１ｃと長さ方向の端１０１ｄとの間で延びている。非連結領域１０５ａ及び非連結領域１０５ｂは、半加工品１０１の他方の端部１０１ｂから非連結領域の端部１０５ｃ及び非連結領域の端部１０５ｄまで、半加工品１０１の幅全体にわたって延びている。非連結領域の端部１０５ｃ及び非連結領域の端部１０５ｄは、外側のプラットフォーム１６の配置に適合するように、よこ糸の方向に対して０度でない角度をなす方向において、半加工品１０１の長さ方向の端１０１ｃと長さ方向の端１０１ｄとの間で延びている。
加えて、非連結領域１０２ａが、半加工品１０１の長さ全体にわたって、部分１０２の実質的に中央で、かつ、長さ方向の端１０１ｃ及び長さ方向の端１０１ｄから所定の距離だけ離れて、境界１０２ｂと境界１０２ｃとの間で、形成されている。非連結領域１０２ａは、製造されるべきベーンの中空のエーロフォイルの内部に内部通路を形成させるためのものである。
良く知られた態様では、非連結領域は、当該非連結領域の両側に位置するたて糸の層のみを連結させるように当該非連結領域にわたってよこ糸を通さないことによって、２つのたて糸の層の間に配置されている。
図５及び図６の面は、インターロック織と、非連結領域１０２ａ、非連結領域１０５ａ、及び非連結領域１０５ｂを有する３Ｄ織の例を示し、非連結領域１０３ａ及び非連結領域１０３ｂは、非連結領域１０５ａ及び非連結領域１０５ｂと同様にして得られている。図５及び図６において、各非連結領域は、破線によって示されている。部分１０２は、非連結領域１０２ａを除いて３Ｄ織によって連結されている、たて糸の複数の層（図示の例では６つ）を備えている。部分１０４及び部分１０６のそれぞれは、３Ｄ織によって連結されているたて糸の複数の層（図示の例では３つ）を有する。非連結領域１０２ａの外側では、非連結領域の端部１０３ｃと非連結領域の端部１０５ｃとの間、かつ、非連結領域の端部１０３ｄと非連結領域の端部１０５ｄとの間で、部分１０２、部分１０４、及び部分１０６におけるたて糸の複数の層が図示の例ではすべて連結されている。
織がなされた後で、部分１０２に連結されていない、部分１０４及び部分１０６の、セグメント１０４ａ、セグメント１０４ｂ、セグメント１０６ａ、及びセグメント１０６ｂが図７に示すように広げられて、プラットフォーム１４及びプラットフォーム１６のための予備形状体の部分が形成されている。セグメント１０４ａ及びセグメント１０４ｂは、非連結領域１０３ａ及び非連結領域１０５ａに隣接し、セグメント１０６ａ及びセグメント１０６ｂは、非連結領域１０３ｂ及び非連結領域１０５ｂに隣接している。非連結領域の端部において広げられている。
その後、図８の点線に沿って切断を行い、第一に、広げられたセグメント１０４ａ及びセグメント１０６ａの内側及び広げられたセグメント１０４ｂ及びセグメント１０６ｂの外側に位置する部分１０２のセグメントにおいて、余分な区域を取り除き、かつ、第二に、広げられたセグメントの間で延びている半加工品１０１のセグメントにおいて、製造されるべきベーンのエーロフォイルの予備形状体の部分を形成するために有用な領域のみを残すように余分な区域を取り除く。好ましくは、織られた連結領域が、セグメント１０４ａ、セグメント１０４ｂ、セグメント１０６ａ、及びセグメント１０６ｂと半加工品の残部との間の接続部分に沿って延びている領域における半加工品１０１の幅全体にわたって、部分１０２、部分１０４、及び部分１０６の間に残される。このようにして、ビード（cordon）１０４ｂ、ビード１０６ｃ、ビード１０４ｄ、及びビード１０６ｄが形成される。このことは、セグメント１０４ａとセグメント１０６ａとの間の連結及びセグメント１０４ｂとセグメント１０６ｂとの間の連結の連続性を確保するのに役立つ。セグメント１０４ａ及びセグメント１０６ａの内側と、セグメント１０４ｂ及びセグメント１０６ｂの外側とにおける部分１０２の余分な区域は切断されることによって取り除かれてもよい。
半加工品１０１を織りつつ、切断されることによって事後的に除かれる区域の少なくとも一部において３Ｄ織が省略されてもよいことに留意する。
製造されるべきベーンのための繊維の予備形状体は、所望の中空のエーロフォイルの輪郭及びプラットフォーム用の所望の形状を得るための変形を施す成形設備を用いた成形によって、作られる。このようにして、中空のエーロフォイルのための予備形状体の部分１１２、内側のプラットフォーム及び外側のプラットフォームのための予備形状体の部分１１４及び部分１１６を有する、予備形状体１１０（図９）が得られる。中空のエーロフォイルのための予備形状体の部分１１２における内部通路１１２ａは、非連結領域１０２ａに設備のエレメントを挿入することによって形成される。
図１に示すような、ＣＭＣ製の中空のベーンは、下記のように製造されてもよい。
繊維のストリップ１００が３次元織によって織られる。ストリップは、例えば、たて糸の方向に延びており、図２に示すような非連結領域を含んでいる、複数の繊維の半加工品１０１を備えている。この織は、特に炭化ケイ素（ＳｉＣ）に基づく糸、例えば、日系のサプライヤーである日本カーボンによって"Nicalon"という名称で供給されている糸である、セラミックの糸を用いてなされてもよい。他のセラミックの糸を使用でき、特に酸化物／酸化物のタイプの（繊維強化の繊維とマトリクスの両方が耐熱性酸化物でできている）ＣＭＣ材料のための、アルミナＡｌ2Ｏ3に基づく糸のような、耐熱性酸化物の糸を使用できる。炭素繊維強化を有するＣＭＣ材料のための炭素繊維を使用することもできる。
既知の態様において、繊維のストリップは、繊維に存在するサイズ（l'ensimage）を取り除き、かつ、繊維の表面に存在する酸化物を除去するように処理されてもよい。
また既知の態様において、その後、脆化を緩和する中間相の薄層の被膜が、化学気相浸潤法ＣＶＩ（"Chemical Vapor Infiltration"）によって繊維のストリップの繊維に形成されていてもよい。例えば、中間相の材料は、熱分解炭素ＰｙＣ、窒化ホウ素ＢＮ、又はホウ素がドープされた炭素ＢＣである。例えば、この層は、繊維の半加工品における変形に関する性能を維持するために、この層の厚みが１０ナノメートル（ｎｍ）〜１００ｎｍの範囲に収まるように形成されていてもよい。
その後、繊維のストリップに、典型的には炭素の前駆物質である樹脂又はセラミックの前駆物質である樹脂であり、場合によっては溶媒中で希釈されている、補強用組成物を含浸させる。個々の繊維の半加工品は、乾燥の後に、切り取られる。各半加工品は、（図７〜図９に示すように）形作られ、エーロフォイルの予備形状体の部分と、内側のプラットフォーム及び外側のプラットフォームの予備形状体の部分とを形作る目的で設備に置かれる。
その後、樹脂が硬化され、その後、成形設備から予備形状体を取り出した後に樹脂が熱分解されて、熱分解による残留物によって補強されたベーンの予備形状体が得られる。工具の補助なしで予備形状体の形状を維持しつつ予備形状体を扱うことができるように、熱分解による残留物が予備形状体の繊維に十分に結合されるように、使用される熱分解性の樹脂の量が十分でありかつ過剰でないように定められている。
例えば、ＰｙＣ、ＢＮ、又はＢＣでできた、脆化を緩和する第二の中間相の被膜の層がＣＶＩによって形成されてもよい。補強の前に一方が形成され、補強の後に他方が形成される２つの層で中間相の被膜を形成する方法は、文献EP 2 154 119に記載されている。
補強された予備形状体は、その後、例えばＣＶＩによってセラミックのマトリクスで密度が高められる。マトリクスは、ＳｉＣでできていてもよく、熱分解炭素ＰｙＣ若しくは炭化ホウ素Ｂ4Ｃ、又は、特には文献US 5 246 756及びUS 5 965 266に記載されているようなＳｉ−Ｂ−Ｃ三成分系でできているマトリクス相を備えた、自己修復性のマトリクスであってもよい。他のタイプのセラミックのマトリクス、特には、例えばアルミナである、酸化物／酸化物タイプのＣＭＣ材料のための、耐熱性酸化物のマトリクスの使用も考えることができる。
密度を高める工程は、好ましくは、プラットフォーム１４及びプラットフォーム１６のための所望の最終形状を得るために、場合によってはエーロフォイル１２のための所望の輪郭を得るために、特に、ビード１０４ｃ、ビード１０６ｃ、ビード１０４ｄ、及びビード１０６ｄによって生じた***部分（les nervures）を除くようにベーンを所望の寸法に機械加工するステップで分離された２つのステップでなされる。
図１に示すタイプのベーンのための繊維の予備形状体の別の実施形態を図１０〜１５を参照して以下に説明する。
ベーンの繊維の予備形状体を形成するのに適した半加工品２０１は、図２のストリップ１００と同じように３Ｄ織を用いて織られたストリップから得られる。
半加工品２０１は、その厚みにわたって、第一部分２０２、第二部分２０４、及び第三部分２０６を備えている。部分２０２は、部分２０４と部分２０６との間に配置されており、かつ、部分２０２と部分２０４との間の非連結領域２０３及び部分２０２と部分２０６との間の非連結領域２０５を除いて、３Ｄ織によって部分２０４及び部分２０６に連結されている。非連結領域２０３及び非連結領域２０５は、半加工品２０１の幅全体にわたって延び、半加工品２０１の反対側の、端部２０１ａ及び端部２０１ｂのそれぞれから所定の距離だけ離れて設けられた、非連結領域の端部２０３ａと非連結領域の端部２０３ｂとの間、及び、非連結領域の端部２０５ａと非連結領域の端部２０５ｂとの間で延びている。非連結領域の端部は、半加工品２０１の長さ方向の端２０１ｃと長さ方向の端２０１ｄとの間で、製造されるべきベーンの内側のプラットフォーム及び外側のプラットフォームの配置に適合するように、よこ糸方向に対し０度でない角度を形成する方向に延びている。
加えて、非連結領域２０２ａは、半加工品２０１の長さ全体にわたって部分２０２の実質的に中央に形成され、かつ、境界２０２ｂと境界２０２ｃとの間で長さ方向の端２０１ｃと長さ方向の端２０１ｄから所定の距離だけ離れて形成されている。非連結領域２０２ａは、製造されるべきベーンの中空のエーロフォイルに内部通路を形成するための領域である。
織がなされた後で、非連結領域２０３に隣接し、かつ、非連結領域の端部２０３ａ及び非連結領域の端部２０３ｂから延びている部分２０４のセグメント２０４ａ及びセグメント２０４ｂが図１３に示すように広げられる。同様に、非連結領域２０５に隣接し、かつ、非連結領域の端部２０５ａ及び非連結領域の端部２０５ｂから延びている部分２０６のセグメント２０６ａ及びセグメント２０６ｂが図１３に示すように広げられる。非接続領域の端部で広げられている。
セグメント２０４ａ及びセグメント２０６ａ、セグメント２０４ｂ及びセグメント２０６ｂは、それぞれ、製造されるべきベーンの内側のプラットフォーム及び外側のプラットフォームのための予備形状体の部分の形成に使用するためのものである。セグメントの長さは、この目的のために必要とされる寸法に定められていてもよく、部分２０４及び部分２０６の余分な区域は、図１０及び図１１に点線で示された切断線に沿って切除されることによってその中央領域から取り除かれる。
その後、図１４に示す点線に沿って切断がなされ、第一に、広げられたセグメント２０４ａ及びセグメント２０６ａの内側に位置する半加工品２０１のセグメント、並びに、広げられたセグメント２０４ｂ及びセグメント２０６ｂの外側に位置するセグメントから、余分な区域を取り除き、かつ、第二に、広げられたセグメントの間で延びている部分２０２のセグメントから、製造されるべきベーンのエーロフォイルのための予備形状体の部分を形成するために有用な残存部分のみを残すように余分な区域を取り除く。また、広げられたセグメントと半加工品の残部との間の接続部分に沿って延びている領域において、半加工品２０１の幅全体にわたって、部分２０２、部分２０４、及び部分２０６の間に、織られた連結領域が残されていることが好ましい。これにより、ビード２０４ｃ、ビード２０６ｃ、ビード２０４ｄ、及びビード２０６ｄが形成される。
半加工品２０１を織りつつ、切断によって取り除かれた区域の少なくとも一部において、３Ｄ織を省略することができるということに留意する。
その後、製造されるべきベーンのための繊維の予備形状体が、中空のエーロフォイルのための所望の輪郭及びプラットフォームのための所望の形状を得るための変形を付与する成形設備を用いた成形によって形成される。このようにして、内部通路２１２ａを有する中空のエーロフォイルの予備形状体の部分２１２と、内側のプラットフォームの予備形状体の部分２１４及び外側のプラットフォームの予備形状体の部分２１６とを備えた、予備形状体２１０が得られる（図１５）。
図１５の予備形状体２１０のような予備形状体によって構成された、繊維強化を有するＣＭＣの中空のベーンが、上述した方法と同じような方法で製造されてもよい。
図１６は、図１のベーン１０の変形例において、タービンノズルのベーン３０の外側部分を高度に模式化した図である。
ベーン３０は、内側のプラットフォーム（図示省略）及び外側のプラットフォーム３６に固定された中空のエーロフォイル３２を有する。ベーン３０は、外側のプラットフォーム３６の外側でエーロフォイル３２に連続して形成されている、上流側のフック１８及び下流側のフック１８を含む点で、図１のベーン１０と異なっている。
この目的で、ベーンの繊維の予備形状体を作るとき、エーロフォイルの予備形状体を形成する繊維の半加工品の部分が外側のプラットフォームの位置を超えた外側に延伸される。この延伸部分は、フック１８に対応する予備形状体の部分が形成されるように、切断され、かつ、変形されることによって形作られる。
フック１８は、タービンのケーシングにベーンを取り付けるための部分を構成する。
内側のプラットフォームの位置を超えて内側へエーロフォイルの予備形状体を形成する繊維の半加工品の部分を延伸させることによって、ベーンの内部で同様の配置が行われてもよい。この延伸部分は、アッタッチメント部分に対応する予備形状体の部分を形成するように切断され、かつ、変形されることによって形作られる。このようなアタッチメント部分は、内側のケーシングとの接続又はアブレイダブル被膜を持つリングの支持のために用いられてもよい。
上述の記載は、ＣＭＣ材料製のタービンノズルのベーンの製造に関する。また、本発明は、コンプレッサのディフューザのためのベーンにも適用できる。このようなベーンには、使用時に受ける温度がより低い場合、ＣＭＣ材料を用いる代わりに、ポリマーのマトリクスとともに、例えば炭素繊維又はガラス繊維などの繊維を用いてできた有機マトリクスコンポジット（ＯＭＣ）材料を用いることができる。
このような事情のもと、複数の繊維のストリップの一つのセットが織られた後、個々の半加工品が、上述のように切り取られて成形設備を用いて成形されると、その結果もたらされるベーンの予備形状体のぞれぞれは、成形設備に保持され、インジェクション又はインフュージョンによって樹脂が含浸される。その樹脂を硬化させるための熱処理がなされてベーンの予備形状体が得られる。樹脂を含浸させ、樹脂を硬化させる、複数の連続的なサイクルを行うことが可能である。最終的な機械加工が選択的に行われてもよい。補強する目的及び密度を高める目的で用いられる樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、又はポリイミド樹脂などの、ポリマーのマトリクスの前駆物質である樹脂である。
加えて、この説明は、中空のエーロフォイルを有するベーンの製造に関するものであるが、説明した方法は、中実のエーロフォイルを有するベーンの製造にも適している。この場合、繊維の半加工品の中央部分は、非連結領域を含まないベーンの予備形状体を形成するためのものである。

Claims (7)

  1. 内側のプラットフォーム及び外側のプラットフォームに固定されたエーロフォイルを備え、複合材料製のターボ機械のベーンを製造する方法であって、以下のステップを備える方法。
    ‐多層織を用いて、製造されるべき前記ベーンの方向に対応する長さ方向を有し、かつ、織によって連結されている複数の糸の層を備えた織られた第一部分、織られた第二部分、及び織られた第三部分を厚み方向に含む、繊維の半加工品を形成するステップであって、前記第一部分は、前記第二部分と前記第三部分との間に配置され、その長さ方向の範囲の部分のみにおいて織によってそれらに連結されているステップ；
    ‐前記繊維の半加工品を用いて、前記第一部分の両側で、前記第一部分に連結されていない第二部分及び第三部分のセグメントを広げ、前記第一部分を成形して製造されるべき前記ベーンの前記エーロフォイルのための予備形状体の部分を形成し、前記第二部分及び前記第三部分の広げられたセグメントを成形して製造されるべき前記ベーンの前記内側のプラットフォーム及び前記外側のプラットフォームための予備形状体の部分を形成することによって、製造されるべき前記ベーンのための予備形状体を形成するステップ；及び
    ‐前記ベーンの予備形状体をマトリクスで密度を高めて、組み込まれた内側のプラットフォーム及び外側のプラットフォームを有する複合材料製のベーンを得るステップ。
  2. 前記半加工品の前記第一部分は、前記半加工品の前記第一部分の長さ方向の範囲全体にわたって延びており、かつ、成形されて中空の前記エーロフォイルのための予備形状体の部分を形成するように前記半加工品の前記第一部分の長さ方向の端部において単に開放されている、隣接する２つの糸の層の間に内部の非連結領域を有する、請求項１に記載の方法。
  3. 前記第一部分に連結されていない前記半加工品の前記第二部分及び前記第三部分の前記セグメントは、前記半加工品の前記第二部分及び前記第三部分の長さ方向の端部に配置されている、請求項１に記載の方法。
  4. 前記半加工品の前記第二部分及び前記第三部分は、長さ方向の端部において前記半加工品の前記第一部分に織によって連結され、前記半加工品の前記第一部分に連結されていない前記半加工品の前記第二部分及び前記第三部分の前記セグメントが当該長さ方向の端部の間で延びている、請求項１に記載の方法。
  5. 前記エーロフォイルのための前記予備形状体の部分は、前記内側のプラットフォーム及び前記外側のプラットフォームのための前記予備形状体の部分の幅よりも小さい幅を有し、前記半加工品の第一部分の区域を介して、前記セグメントの、前記半加工品の残部との接続部分に沿って前記半加工品の幅全体にわたって、前記半加工品の第二部分及び前記第三部分の間で連結領域を残しつつ、前記半加工品の前記第一部分の余分な幅が切断されることによって取り除かれて前記エーロフォイルのための前記予備形状体の部分が形作られる、請求項１に記載の方法。
  6. タービンノズル又はコンプレッサのディフューザのためのベーンを作るために、前記ベーンの予備形状体が、前記外側のプラットフォームのための前記予備形状体の部分を、その外側において、超えて延びている外側の延伸部分を備えて形成され、かつ、前記外側の延伸部分が、前記ベーンの予備形状体を形成しつつ、タービン又はコンプレッサのケーシングに取り付けるための取り付け部分のための予備形状体の部分を形成するように形作られている、請求項１に記載の方法。
  7. タービンノズル又はコンプレッサのディフューザのためのベーンを作るために、前記ベーンの予備形状体が、前記内側のプラットフォームのための前記予備形状体の部分を、その内側において、超えて延びている内側の延伸部分を備えて形成され、かつ、前記内側の延伸部分が、前記ベーンの予備形状体を形成しつつ、アタッチメント部分のための予備形状体の部分を形成するように形作られている、請求項１に記載の方法。
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