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特許7118719セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）中空ブレードおよびＣＭＣ中空ブレードの形成方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-08-05
(45)【発行日】2022-08-16
(54)【発明の名称】セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）中空ブレードおよびＣＭＣ中空ブレードの形成方法
(51)【国際特許分類】
F01D 5/18 20060101AFI20220808BHJP
F01D 5/28 20060101ALI20220808BHJP
F02C 7/00 20060101ALI20220808BHJP
F01D 25/00 20060101ALI20220808BHJP
【ＦＩ】
F01D5/18
F01D5/28
F02C7/00 C
F02C7/00 D
F01D25/00 L
F01D25/00 X
【請求項の数】
8
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2018081314
(22)【出願日】2018-04-20
(65)【公開番号】P2019011751
(43)【公開日】2019-01-24
【審査請求日】2021-04-08
(31)【優先権主張番号】15/624,893
(32)【優先日】2017-06-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】390041542
【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
(74)【代理人】
【識別番号】100105588
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博
(74)【代理人】
【識別番号】100129779
【弁理士】
【氏名又は名称】黒川 俊久
(74)【代理人】
【識別番号】100113974
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 拓人
(72)【発明者】
【氏名】ピーター・ドゥ・ディエゴ
(72)【発明者】
【氏名】ジェイコブ・ジョン・キットルソン
【審査官】松浦 久夫
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２００５／０２３８４９１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３７７０４６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００８－１３３１８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３７７０４５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０１Ｄ ５／１８
Ｆ０１Ｄ ５／２８
Ｆ０２Ｃ ７／００
Ｆ０１Ｄ ２５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）中空ブレードであって、第１の縁部と、前記第１の縁部に対向する第２の縁部と、前記第１の縁部から前記第２の縁部に延びる第１の側部と、前記第１の側部に対向し、前記第１の縁部から前記第２の縁部に延びる第２の側部とを含むＣＭＣ翼形部（１０）の輪郭を画定する少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）と、
キャビティ（２０）を前記ＣＭＣ中空ブレードの前記ＣＭＣ翼形部（１０）内に画定する少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）と、
前記第１の縁部と前記キャビティ（２０）との間に位置する第１のインサート（５０）であって、前記第１のインサート（５０）は、前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の一方によって包まれ、それにより前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の前記一方は、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第１の側部から前記第１のインサート（５０）に沿って、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の平均キャンバライン（３０）を横切って前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第２の側部に延び、前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の前記一方は、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第２の側部のプライ端部（２８）で終端する第１のインサート（５０）と
を備えるＣＭＣ翼形部（１０）を備える、ＣＭＣ中空ブレード。
【請求項2】
前記第１のインサート（５０）が、ラジアルロールマトリックスと、ラジアルロール繊維材料とを備える、請求項１に記載のＣＭＣ中空ブレード。
【請求項3】
前記第２の縁部と前記キャビティ（２０）との間に第２のインサート（５０）をさらに備える、請求項１又は請求項２に記載のＣＭＣ中空ブレード。
【請求項4】
前記第２のインサート（５０）が、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第１の側部から前記第２のインサート（５０）に沿って、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の平均キャンバライン（３０）を横切って前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第２の側部に延びる前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の他方によって包まれる、請求項３に記載のＣＭＣ中空ブレード。
【請求項5】
前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の前記一方が、前記第１の縁部と前記キャビティ（２０）との間の前記平均キャンバライン（３０）を少なくとも２回横切る、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のＣＭＣ中空ブレード。
【請求項6】
セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）中空ブレードの形成方法であって、キャビティ（２０）を前記ＣＭＣ中空ブレードのＣＭＣ翼形部（１０）内に画定する少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）を敷設することと、
第１のインサート（５０）を前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）に配置することと、
少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）を前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）および前記第１のインサート（５０）の周りに敷設することであって、前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）は、第１の縁部と、前記第１の縁部に対向する第２の縁部と、前記第１の縁部から前記第２の縁部に延びる第１の側部と、前記第１の側部に対向し、前記第１の縁部から前記第２の縁部に延びる第２の側部とを含む前記ＣＭＣ翼形部（１０）の輪郭を画定する敷設することとを含み、
前記第１のインサート（５０）は、前記キャビティ（２０）と前記第１の縁部との間に位置し、
前記第１のインサート（５０）は、前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の一方によって包まれ、それにより前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の前記一方は、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第１の側部から前記第１のインサート（５０）に沿って、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の平均キャンバライン（３０）を横切って前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第２の側部に延び、前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の前記一方は、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第２の側部のプライ端部（２８）で終端する、方法。
【請求項7】
前記第２の縁部と前記キャビティ（２０）との間に第２のインサート（５０）を配置することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記第２のインサート（５０）を、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第１の側部から前記第２のインサート（５０）に沿って、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の平均キャンバライン（３０）を横切って前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第２の側部に延びる前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の他方によって包むことをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本実施形態は、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）タービンブレードおよびＣＭＣタービンブレードの形成方法に関する。より具体的には、本実施形態は、包まれたインサートを有するＣＭＣ翼形部を含むＣＭＣ中空タービンブレードに関する。
【背景技術】
【0002】
セラミックマトリックス複合材部品の製造は、通常、既に存在するマトリックス材料を有する予備含浸複合繊維（プリプレグ）を敷設して部品（プリフォーム）の外形を形成することと、プリフォームを滅菌して焼成することと、焼成したプリフォームに溶融マトリックス材料を浸透させることと、プリフォームを機械加工またはさらに処理することとを含む。プリフォームに浸透させることは、セラミックマトリックスをガス混合物から堆積させること、プリセラミックポリマーを熱分解すること、化学的に反応する元素を一般に９２５～１６５０℃（１７００～３０００°Ｆ）の温度範囲で焼結すること、またはセラミック粉末を電気泳動的に堆積させることを含む。タービン翼形部に関して、ＣＭＣは、金属桁上に位置して、金属桁上に外側被覆を形成するか、または翼形部の外側表面のみを形成することができる。
【0003】
ＣＭＣ材料の例は、これらに限定されないが、炭素繊維強化炭素（Ｃ／Ｃ）、炭素繊維強化炭化ケイ素（Ｃ／ＳｉＣ）、炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素（ＳｉＣ／ＳｉＣ）、アルミナ繊維強化アルミナ（Ａｌ２Ｏ３／Ａｌ２Ｏ３）、またはそれらの組合せを含む。ＣＭＣは、モノリシックセラミック構造と比較して高い伸び、破壊靱性、熱衝撃、動的負荷能力、および異方性特性を有し得る。
【0004】
ＣＭＣ中空翼形部は、後縁（ＴＥ）コア界面でのＴＥおよび／または層間引張（ＩＬＴ）ウィッシュボーン応力の剥離応力による損傷を受ける可能性がある。サービス中のＣＭＣ中空翼形部内のキャビティの加圧のために、前縁（ＬＥ）およびＴＥは、高いＩＬＴバルーニング応力を受ける。ＬＥコアおよびＴＥコアはキャビティの内部で丸められているので、マトリックスおよび繊維のラジアルロールが配置されて空間を占め、通常のＣＭＣプライを含むことが不可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】米国特許出願第２０１６／０００３０７２号
【発明の概要】
【0006】
一実施形態では、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）中空ブレードは、ＣＭＣ翼形部を含む。前記ＣＭＣ翼形部は、少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライと、少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライと、第１のインサートとを含む。前記翼形部ＣＭＣプライは、第１の縁部と、前記第１の縁部に対向する第２の縁部と、前記第１の縁部から前記第２の縁部に延びる第１の側部と、前記第１の側部に対向する第２の側部とを含むＣＭＣ翼形部の輪郭を画定する。前記第２の側部は、前記第１の縁部から前記第２の縁部に延びる。前記キャビティＣＭＣプライは、キャビティを前記ＣＭＣ中空ブレードの前記ＣＭＣ翼形部内に画定する。前記第１のインサートは、前記第１の縁部と前記キャビティとの間に位置する。前記第１のインサートは、前記翼形部ＣＭＣプライおよび前記キャビティＣＭＣプライの一方によって包まれ、それにより前記翼形部ＣＭＣプライおよび前記キャビティＣＭＣプライの前記一方は、前記ＣＭＣ翼形部の前記第１の側部から前記第１のインサートに沿って、前記ＣＭＣ翼形部の平均キャンバラインを横切って前記ＣＭＣ翼形部の前記第２の側部に延びる。前記翼形部ＣＭＣプライおよび前記キャビティＣＭＣプライの前記一方は、前記ＣＭＣ翼形部の前記第２の側部のプライ端部で終端する。
【0007】
別の実施形態では、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）中空ブレードの形成方法は、少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライを敷設することと、第１のインサートを前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライに配置することと、少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライを前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライおよび前記第１のインサートの周りに敷設することとを含む。前記キャビティＣＭＣプライは、キャビティを前記ＣＭＣ中空ブレードのＣＭＣ翼形部内に画定する。前記翼形部ＣＭＣプライは、第１の縁部と、前記第１の縁部に対向する第２の縁部と、前記第１の縁部から前記第２の縁部に延びる第１の側部と、前記第１の側部に対向する第２の側部とを含む前記ＣＭＣ翼形部の輪郭を画定する。前記第２の側部は、前記第１の縁部から前記第２の縁部に延びる。前記第１のインサートは、前記キャビティと前記第１の縁部との間に位置する。前記第１のインサートは、前記翼形部ＣＭＣプライおよび前記キャビティＣＭＣプライの一方によって包まれ、それにより前記翼形部ＣＭＣプライおよび前記キャビティＣＭＣプライの前記一方は、前記ＣＭＣ翼形部の前記第１の側部から前記第１のインサートに沿って、前記ＣＭＣ翼形部の平均キャンバラインを横切って前記ＣＭＣ翼形部の前記第２の側部に延びる。前記翼形部ＣＭＣプライおよび前記キャビティＣＭＣプライの前記一方は、前記ＣＭＣ翼形部の前記第２の側部のプライ端部で終端する。
【0008】
本発明の他の特徴および利点は、本発明の原理を例として示した添付の図面を伴って、以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）中空ブレードのＣＭＣ翼形部の断面図である。
【図3】内部ＣＭＣプライが本開示の一実施形態において平均キャンバラインからはみ出して重なり合う、ＣＭＣ中空ブレードのＣＭＣ翼形部の一部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
可能な限り、同一の参照符号が同一の部品を表すために図面の全体にわたって使用される。
【0011】
セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）中空ブレードおよびそのようなＣＭＣ中空ブレードの形成方法が提供される。
【0012】
本開示の実施形態は、たとえば、本明細書に開示される特徴の１つまたは複数を含まない概念と比較して、ＣＭＣプライのより良好な結びつきを達成し、より強力なカプセル化されたインサートを提供し、より頑丈なＣＭＣ翼形部システムを提供し、後縁における層間クラック成長の可能性を低減し、プライ終端を平均キャンバラインから遠ざけることを目的とし、より理想的なプライ構造を可能にし、部品の落下を低減し、コストを削減し、またはそれらの組合せを可能にする。
【0013】
キャビティは、本明細書で使用する場合、ＣＭＣ中空ブレードのＣＭＣ翼形部に位置し、マンドレルおよび／もしくは１つまたは複数のキャビティＣＭＣプライによって画定された所定の輪郭を有する任意の意図的に形成された空隙空間を指す。
【0014】
インサートは、本明細書で使用する場合、キャビティの輪郭からＣＭＣ翼形部の外側表面の輪郭へのＣＭＣプライ層の移行を補助するために、ＣＭＣプライ層に対して配置される非プライ輪郭を有する任意の永久構造を指す。
【0015】
キャビティＣＭＣプライは、本明細書で使用する場合、ＣＭＣ翼形部の外側表面よりキャビティの近くに位置するか、またはＣＭＣ翼形部の外側表面の輪郭よりＣＭＣ翼形部のキャビティの輪郭により近く密集する任意のＣＭＣプライを指す。
【0016】
翼形部ＣＭＣプライは、本明細書で使用する場合、ＣＭＣ翼形部のキャビティより外側表面の近くに位置するか、またはＣＭＣ翼形部のキャビティの輪郭よりＣＭＣ翼形部の外側表面の輪郭により近く密集する任意のＣＭＣプライを指す。
【0017】
平均キャンバラインは、本明細書で使用する場合、翼形部の正圧側と負圧側との間の翼形部の中心線を指す。
【0018】
図１を参照すると、ＣＭＣ中空ブレードのＣＭＣ翼形部１０は、前縁（ＬＥ）１２と、後縁（ＴＥ）１４と、正圧側（ＰＳ）１６と、負圧側（ＳＳ）１８と、キャビティ２０とを含む。少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ２２は、キャビティ２０を画定し、少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ２４は、ＬＥ１２、ＴＥ１４、ＰＳ１６、およびＳＳ１８を含むＣＭＣ翼形部１０の輪郭を画定する。内部ＣＭＣプライ２６は、キャビティ２０とＴＥ１４との間の空間を充填する。翼形部ＣＭＣプライ２４の少なくとも１つの端部および内部ＣＭＣプライ２６は、ＣＭＣ翼形部１０の平均キャンバライン３０で終端する。明確化および単純化のために、キャビティＣＭＣプライ２２、翼形部ＣＭＣプライ２４、および内部ＣＭＣプライ２６は、図１および図２に線として概略的に示され、追加のキャビティＣＭＣプライ２２、翼形部ＣＭＣプライ２４、および内部ＣＭＣプライ２６が、ＣＭＣ翼形部１０に存在してもよい。
【0019】
図２でより明瞭に見ることができるように、内部ＣＭＣプライ２６は、キャビティＣＭＣプライ２２と翼形部ＣＭＣプライ２４との間の空間を充填しながら、互いに実質的に平行に延びる変化する長さを有する。上述したように、ＣＭＣ中空ブレードは、サービス中のキャビティ２０の加圧が高い層間引張（ＩＬＴ）バルーニング応力を引き起こすため、ＴＥ１４の剥離応力による損傷を受ける可能性がある。この剥離応力は、ＣＭＣ翼形部１０の平均キャンバライン３０に沿って最も強い傾向がある。
【0020】
図３および図４を参照すると、第１のキャビティＣＭＣプライ２２は、マンドレル４０に沿ってその周りに延び、ＣＭＣ翼形部１０のキャビティ２０を画定するように配置される。マンドレル４０は、最終的に除去されて、キャビティ２０をマンドレル４０の輪郭を有するＣＭＣ翼形部１０に形成する。第１のキャビティＣＭＣプライ２２は、ＣＭＣ翼形部１０のＳＳ１８のマンドレル４０に接触する第１のプライ端部２８で開始する。次いで、第１のキャビティＣＭＣプライ２２は、図３および図４に示すように、マンドレル４０に沿ってマンドレル４０のＴＥ端部の平均キャンバライン３０を横切ってＣＭＣ翼形部１０のＰＳ１６に向かって延び、マンドレル４０を包んでそれ自体に重なり合い、再び平均キャンバライン３０を横切って延び、ＣＭＣ翼形部１０のＰＳ１６の第２のプライ端部２８で終端する。明確化および単純化のために、キャビティＣＭＣプライ２２のみを図３および図４に示し、キャビティＣＭＣプライ２２を線として概略的にのみ示す。翼形部ＣＭＣプライ２４および内部ＣＭＣプライ２６（図１および図２参照）ならびに追加のキャビティＣＭＣプライ２２が、ＣＭＣ翼形部１０に存在してもよい。
【0021】
あるいは、第１のキャビティＣＭＣプライ２２は、ＣＭＣ翼形部１０のＰＳ１６のマンドレル４０に接触する第１のプライ端部２８で開始してもよい。次いで、第１のキャビティＣＭＣプライ２２は、マンドレル４０に沿ってマンドレル４０のＴＥ端部の平均キャンバライン３０を横切ってＣＭＣ翼形部１０のＳＳ１８に向かって延び、マンドレル４０を包んでそれ自体に重なり合い、再び平均キャンバライン３０を横切って延び、ＣＭＣ翼形部１０のＳＳ１８の第２のプライ端部２８で終端する。
【0022】
図３および図４を参照すると、ＣＭＣ翼形部１０のＳＳ１８の第１のキャビティＣＭＣプライ２２に接触する第１のプライ端部２８で開始する第２のキャビティＣＭＣプライ２２が配置される。次いで、第２のキャビティＣＭＣプライ２２は、第１のキャビティＣＭＣプライ２２に沿って、マンドレル４０のＴＥ端部の平均キャンバライン３０を横切ってＣＭＣ翼形部１０のＰＳ１６に向かって延びる。インサート５０は、マンドレル４０のＴＥ側の第２のキャビティＣＭＣプライ２２に配置される。次に、第２のキャビティＣＭＣプライ２２は、図３および図４に示すように、第１のキャビティＣＭＣプライ２２を包み、インサート５０に沿って再び平均キャンバライン３０を横切って延び、ＣＭＣ翼形部１０のＰＳ１６の第２のプライ端部２８で終端し、好ましくはインサート５０を包む。
【0023】
あるいは、第２のキャビティＣＭＣプライ２２は、ＣＭＣ翼形部１０のＰＳ１６の第１のキャビティＣＭＣプライ２２に接触する第１のプライ端部２８で開始してもよい。次いで、第２のキャビティＣＭＣプライ２２は、第１のキャビティＣＭＣプライ２２に沿って、マンドレル４０のＴＥ端部の平均キャンバライン３０を横切ってＣＭＣ翼形部１０のＳＳ１８に向かって延びる。次に、インサート５０は、マンドレル４０のＴＥ側の第２のキャビティＣＭＣプライ２２に配置される。次に、第２のキャビティＣＭＣプライ２２は、第１のキャビティＣＭＣプライ２２を包み、インサート５０に沿って再び平均キャンバライン３０を横切って延び、ＣＭＣ翼形部１０のＳＳ１８の第２のプライ端部２８で終端し、好ましくはインサート５０を包む。
【0024】
インサート５０を包むキャビティＣＭＣプライ２２は、少なくとも２回：インサート５０のキャビティに面する縁部に１回、およびインサート５０のＴＥに面する縁部に１回、平均キャンバライン３０を横切る。いくつかの実施形態では、インサート５０を覆うキャビティＣＭＣプライ２２または翼形部ＣＭＣプライ２４は、平均キャンバライン３０を横切って３回以上延びてもよい。
【0025】
図３および図４は、インサート５０のキャビティに面する縁部とインサート５０のＴＥに面する縁部の両方に接触する同じキャビティＣＭＣプライ２２を示すが、異なるＣＭＣプライが、インサート５０のキャビティに面する縁部およびＴＥに面する縁部に接触することができる。たとえば、キャビティＣＭＣプライ２２は、代わりに、インサート５０のキャビティに面する縁部に接触し、キャビティＣＭＣプライ２２または翼形部ＣＭＣプライ２４のような異なる隣接するＣＭＣプライは、インサート５０のＴＥに面する縁部に接触してもよい。
【0026】
引き続き図３および図４を参照すると、ＣＭＣ翼形部１０のＳＳ１８の第２のキャビティＣＭＣプライ２２に接触する第１のプライ端部２８で開始する内部ＣＭＣプライ２６が配置される。次いで、内部ＣＭＣプライ２６は、第２のキャビティＣＭＣプライ２２に沿って、マンドレル４０のＴＥ端部の平均キャンバライン３０およびインサート５０を横切って延び、さらにＣＭＣ翼形部１０のＰＳ１６に向かって延びる。次に、内部ＣＭＣプライ２６は、図３および図４に示すように、第２のキャビティＣＭＣプライ２２を包み、再び平均キャンバライン３０を横切って延び、ＣＭＣ翼形部１０のＰＳ１６の第２のプライ端部２８で終端する。
【0027】
あるいは、内部ＣＭＣプライ２６は、ＣＭＣ翼形部１０のＰＳ１６の第２のキャビティＣＭＣプライ２２と接触する第１のプライ端部２８で開始してもよい。次いで、内部ＣＭＣプライ２６は、第２のキャビティＣＭＣプライ２２に沿って、マンドレル４０のＴＥ端部の平均キャンバライン３０およびインサート５０を横切ってＣＭＣ翼形部１０のＳＳ１８に向かって延びる。次に、内部ＣＭＣプライ２６は、第２のキャビティＣＭＣプライ２２を包み、再び平均キャンバライン３０を横切って延び、ＣＭＣ翼形部１０のＳＳ１８の第２のプライ端部２８で終端する。
【0028】
図３および図４に示すキャビティ２０とＴＥ１４との間のインサート５０と同様に、インサート５０は、代替的にまたは追加的に、ＣＭＣ翼形部１０のキャビティ２０とＬＥ１２との間に位置してもよい。一実施形態では、追加のインサートは、ＣＭＣ翼形部１０のキャビティ２０とＬＥ１２との間に存在しない。本開示による構成は、より小さい構成を有することができる既知の設計よりＴＥ１４の近くに位置することができる、より大きいキャビティフィレットを形成することができる。
【0029】
キャビティＣＭＣプライ２２のプライ端部２８は、平均キャンバライン３０と重なり合って離れて位置するため、ＣＭＣ翼形部１０のＴＥ１４の層間クラック成長の可能性が低減される。プライ端部２８は、そのような層間クラック成長の可能性を低減する平均キャンバライン３０を通過する任意の所定の位置に延びるように位置してもよい。
【0030】
インサート５０は、インサート５０に面するまたは接触するキャビティＣＭＣプライ２２、翼形部ＣＭＣプライ２４、および／または内部ＣＭＣプライ２６と適合する任意の材料で作製することができる。いくつかの実施形態では、インサート５０は、ラジアルロールである。いくつかの実施形態では、インサート５０は、マトリックスおよび繊維材料を含む。いくつかの実施形態では、インサート５０は、繊維材料を含む。いくつかの実施形態では、インサート５０は、挿入時に完全に浸透される。いくつかの実施形態では、インサート５０は、それ自体の上に連続的に巻かれてセラミック含有材料のシリンダまたは他の形状（「ゼリーロール」）を形成するセラミック含有材料のプライを含む。いくつかの実施形態では、インサート５０は、プライを含まない。いくつかの実施形態では、インサート５０は、浸透性媒体または固形物を含まない。いくつかの実施形態では、インサート５０の位置に対応する容積は、ＣＭＣ高密度化後の材料の空隙または実質的な空隙である。
【0031】
いくつかの実施形態では、インサート５０は、本明細書に記載のように、場合によってはインサート５０にとって小さすぎる、またはインサート５０がプライ端部２８が重なり合うことなくＣＭＣプライの過度に急峻な移行を場合によっては引き起こす空間を充填する。
【0032】
いくつかの実施形態では、キャビティＣＭＣプライ２２および内部ＣＭＣプライ２６のプライ端部２８のいずれも、ＣＭＣ翼形部１０の平均キャンバライン３０上またはその近くに位置しない。いくつかの実施形態では、最も外側の翼形部ＣＭＣプライ２４のプライ端部２８のみが、ＣＭＣ翼形部１０の平均キャンバライン３０上またはその近くに位置する。いくつかの実施形態では、キャビティＣＭＣプライ２２および内部ＣＭＣプライ２６のプライ端部２８のすべてが、ＣＭＣ翼形部１０の平均キャンバライン３０から少なくとも所定の距離だけ離れて位置する。
【0033】
いくつかの実施形態では、より大きい力のＣＭＣ部品により、ＴＥコアが包むことを可能にする。図３および図４に示すように、プライ終端は、好ましくは、平均キャンバライン３０から離れるように向けられている。より大きい力の部品は、より理想的なプライ構造を可能にする。
【0034】
ＴＥ１４の層間クラック成長の可能性は、キャビティ２０とＴＥ１４との間の空隙を半径方向に延びる高強度のインサート５０で充填することによって低減され得る。インサート５０は、重なり合う繊維ＣＭＣプライによって収容される。いくつかの実施形態では、ＬＥ１２およびＴＥ１４のプライ端部２８の終端が、最も重要である。いくつかの実施形態では、高いＩＬＴ強度構造が重なり合い、これらの領域内に含まれる。
【0035】
中空ＣＭＣ翼形部１０のＬＥ１２および／またはＴＥ１４内に配置され得るインサート５０を、ＰＳ１６からＳＳ１８に戻るか、またはその逆となるＣＭＣプライで包むことによって、より良好なプライの結びつきを達成することができる。包含したＣＭＣプライは、ＩＬＴがその最大であるインサート５０の周りで、ＰＳ１６からＳＳ１８を、またはその逆を包む。
【0036】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法は、現在の製造技術に適合し、ＣＭＣコアの形成を補助する。
【0037】
本発明を１つまたは複数の実施形態を参照して説明してきたが、本発明の範囲を逸脱することなく、その要素を種々変更させることができ、均等物で置換することができることは当業者によって理解されるであろう。さらに、特定の状況または材料に適応させるために、その本質的範囲から逸脱することなく、本発明の教示に多くの修正を行うことができる。したがって、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は添付の特許請求の範囲内に属するすべての実施形態を含むことになることを意図している。さらに、詳細な説明で特定されるすべての数値は、正確な値と近似値の両方が明示的に特定されているように解釈されるべきである。
［実施態様１］
セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）中空ブレードであって、
第１の縁部と、前記第１の縁部に対向する第２の縁部と、前記第１の縁部から前記第２の縁部に延びる第１の側部と、前記第１の側部に対向し、前記第１の縁部から前記第２の縁部に延びる第２の側部とを含むＣＭＣ翼形部（１０）の輪郭を画定する少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）と、
キャビティ（２０）を前記ＣＭＣ中空ブレードの前記ＣＭＣ翼形部（１０）内に画定する少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）と、
前記第１の縁部と前記キャビティ（２０）との間に位置する第１のインサート（５０）であって、前記第１のインサート（５０）は、前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の一方によって包まれ、それにより前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の前記一方は、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第１の側部から前記第１のインサート（５０）に沿って、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の平均キャンバライン（３０）を横切って前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第２の側部に延び、前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の前記一方は、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第２の側部のプライ端部（２８）で終端する第１のインサート（５０）とを備えるＣＭＣ翼形部（１０）を備える、ＣＭＣ中空ブレード。
［実施態様２］
前記第１のインサート（５０）が、ラジアルロールマトリックスと、ラジアルロール繊維材料とを備える、実施態様１に記載のＣＭＣ中空ブレード。
［実施態様３］
前記第１の側部が、正圧側（１６）であり、前記第２の側部が、負圧側（１８）である、実施態様１に記載のＣＭＣ中空ブレード。
［実施態様４］
前記第１の側部が、負圧側（１８）であり、前記第２の側部が、正圧側（１６）である、実施態様１に記載のＣＭＣ中空ブレード。
［実施態様５］
前記第１の縁部が、前縁（１２）であり、前記第２の縁部が、後縁（１４）である、実施態様１に記載のＣＭＣ中空ブレード。
［実施態様６］
前記第１の縁部が、後縁（１４）であり、前記第２の縁部が、前縁（１２）である、実施態様１に記載のＣＭＣ中空ブレード。
［実施態様７］
前記第２の縁部と前記キャビティ（２０）との間に第２のインサート（５０）をさらに備える、実施態様１に記載のＣＭＣ中空ブレード。
［実施態様８］
前記第２のインサート（５０）が、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第１の側部から前記第２のインサート（５０）に沿って、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の平均キャンバライン（３０）を横切って前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第２の側部に延びる前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の他方によって包まれる、実施態様７に記載のＣＭＣ中空ブレード。
［実施態様９］
前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の前記一方の前記プライ端部（２８）が、半径方向平面から約２０°以上離れて位置する、実施態様１に記載のＣＭＣ中空ブレード。
［実施態様１０］
前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の前記一方が、前記第１の縁部と前記キャビティ（２０）との間の前記平均キャンバライン（３０）を少なくとも２回横切る、実施態様１に記載のＣＭＣ中空ブレード。
［実施態様１１］
セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）中空ブレードの形成方法であって、
キャビティ（２０）を前記ＣＭＣ中空ブレードのＣＭＣ翼形部（１０）内に画定する少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）を敷設することと、
第１のインサート（５０）を前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）に配置することと、
少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）を前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）および前記第１のインサート（５０）の周りに敷設することであって、前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）は、第１の縁部と、前記第１の縁部に対向する第２の縁部と、前記第１の縁部から前記第２の縁部に延びる第１の側部と、前記第１の側部に対向し、前記第１の縁部から前記第２の縁部に延びる第２の側部とを含む前記ＣＭＣ翼形部（１０）の輪郭を画定する敷設することとを含み、
前記第１のインサート（５０）は、前記キャビティ（２０）と前記第１の縁部との間に位置し、
前記第１のインサート（５０）は、前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の一方によって包まれ、それにより前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の前記一方は、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第１の側部から前記第１のインサート（５０）に沿って、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の平均キャンバライン（３０）を横切って前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第２の側部に延び、前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の前記一方は、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第２の側部のプライ端部（２８）で終端する、方法。
［実施態様１２］
前記第１のインサート（５０）が、ラジアルロールマトリックスと、ラジアルロール繊維材料とを備える、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１３］
前記第１の側部が、正圧側（１６）であり、前記第２の側部が、負圧側（１８）である、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１４］
前記第１の側部が、負圧側（１８）であり、前記第２の側部が、正圧側（１６）である、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１５］
前記第１の縁部が、前縁（１２）であり、前記第２の縁部が、後縁（１４）である、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１６］
前記第１の縁部が、後縁（１４）であり、前記第２の縁部が、前縁（１２）である、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１７］
前記第２の縁部と前記キャビティ（２０）との間に第２のインサート（５０）を配置することをさらに含む、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１８］
前記第２のインサート（５０）を、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第１の側部から前記第２のインサート（５０）に沿って、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の平均キャンバライン（３０）を横切って前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第２の側部に延びる前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の他方によって包むことをさらに含む、実施態様１７に記載の方法。
［実施態様１９］
前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の前記一方の前記プライ端部（２８）が、半径方向平面から約２０°以上離れて位置する、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様２０］
前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の前記一方が、前記第１の縁部と前記キャビティ（２０）との間の前記平均キャンバライン（３０）を少なくとも２回横切る、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１］
セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）中空ブレードであって、
第１の縁部と、前記第１の縁部に対向する第２の縁部と、前記第１の縁部から前記第２の縁部に延びる第１の側部と、前記第１の側部に対向し、前記第１の縁部から前記第２の縁部に延びる第２の側部とを含むＣＭＣ翼形部（１０）の輪郭を画定する少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）と、
キャビティ（２０）を前記ＣＭＣ中空ブレードの前記ＣＭＣ翼形部（１０）内に画定する少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）と、
前記第１の縁部と前記キャビティ（２０）との間に位置する第１のインサート（５０）であって、前記第１のインサート（５０）は、前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の一方によって包まれ、それにより前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の前記一方は、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第１の側部から前記第１のインサート（５０）に沿って、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の平均キャンバライン（３０）を横切って前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第２の側部に延び、前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の前記一方は、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第２の側部のプライ端部（２８）で終端する第１のインサート（５０）とを備えるＣＭＣ翼形部（１０）を備える、ＣＭＣ中空ブレード。
［実施態様２］
前記第１のインサート（５０）が、ラジアルロールマトリックスと、ラジアルロール繊維材料とを備える、実施態様１に記載のＣＭＣ中空ブレード。
［実施態様３］
前記第１の側部が、正圧側（１６）であり、前記第２の側部が、負圧側（１８）である、実施態様１に記載のＣＭＣ中空ブレード。
［実施態様４］
前記第１の側部が、負圧側（１８）であり、前記第２の側部が、正圧側（１６）である、実施態様１に記載のＣＭＣ中空ブレード。
［実施態様５］
前記第１の縁部が、前縁（１２）であり、前記第２の縁部が、後縁（１４）である、実施態様１に記載のＣＭＣ中空ブレード。
［実施態様６］
前記第１の縁部が、後縁（１４）であり、前記第２の縁部が、前縁（１２）である、実施態様１に記載のＣＭＣ中空ブレード。
［実施態様７］
前記第２の縁部と前記キャビティ（２０）との間に第２のインサート（５０）をさらに備える、実施態様１に記載のＣＭＣ中空ブレード。
［実施態様８］
前記第２のインサート（５０）が、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第１の側部から前記第２のインサート（５０）に沿って、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の平均キャンバライン（３０）を横切って前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第２の側部に延びる前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の他方によって包まれる、実施態様７に記載のＣＭＣ中空ブレード。
［実施態様９］
前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の前記一方の前記プライ端部（２８）が、半径方向平面から約２０°以上離れて位置する、実施態様１に記載のＣＭＣ中空ブレード。
［実施態様１０］
前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の前記一方が、前記第１の縁部と前記キャビティ（２０）との間の前記平均キャンバライン（３０）を少なくとも２回横切る、実施態様１に記載のＣＭＣ中空ブレード。
［実施態様１１］
セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）中空ブレードの形成方法であって、
キャビティ（２０）を前記ＣＭＣ中空ブレードのＣＭＣ翼形部（１０）内に画定する少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）を敷設することと、
第１のインサート（５０）を前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）に配置することと、
少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）を前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）および前記第１のインサート（５０）の周りに敷設することであって、前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）は、第１の縁部と、前記第１の縁部に対向する第２の縁部と、前記第１の縁部から前記第２の縁部に延びる第１の側部と、前記第１の側部に対向し、前記第１の縁部から前記第２の縁部に延びる第２の側部とを含む前記ＣＭＣ翼形部（１０）の輪郭を画定する敷設することとを含み、
前記第１のインサート（５０）は、前記キャビティ（２０）と前記第１の縁部との間に位置し、
前記第１のインサート（５０）は、前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の一方によって包まれ、それにより前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の前記一方は、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第１の側部から前記第１のインサート（５０）に沿って、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の平均キャンバライン（３０）を横切って前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第２の側部に延び、前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の前記一方は、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第２の側部のプライ端部（２８）で終端する、方法。
［実施態様１２］
前記第１のインサート（５０）が、ラジアルロールマトリックスと、ラジアルロール繊維材料とを備える、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１３］
前記第１の側部が、正圧側（１６）であり、前記第２の側部が、負圧側（１８）である、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１４］
前記第１の側部が、負圧側（１８）であり、前記第２の側部が、正圧側（１６）である、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１５］
前記第１の縁部が、前縁（１２）であり、前記第２の縁部が、後縁（１４）である、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１６］
前記第１の縁部が、後縁（１４）であり、前記第２の縁部が、前縁（１２）である、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１７］
前記第２の縁部と前記キャビティ（２０）との間に第２のインサート（５０）を配置することをさらに含む、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１８］
前記第２のインサート（５０）を、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第１の側部から前記第２のインサート（５０）に沿って、前記ＣＭＣ翼形部（１０）の平均キャンバライン（３０）を横切って前記ＣＭＣ翼形部（１０）の前記第２の側部に延びる前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の他方によって包むことをさらに含む、実施態様１７に記載の方法。
［実施態様１９］
前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の前記一方の前記プライ端部（２８）が、半径方向平面から約２０°以上離れて位置する、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様２０］
前記少なくとも１つの翼形部ＣＭＣプライ（２４）および前記少なくとも１つのキャビティＣＭＣプライ（２２）の前記一方が、前記第１の縁部と前記キャビティ（２０）との間の前記平均キャンバライン（３０）を少なくとも２回横切る、実施態様１１に記載の方法。
【符号の説明】
【0038】
１０ ＣＭＣ翼形部
１２ 前縁（ＬＥ）
１４ 後縁（ＴＥ）
１６ 正圧側（ＰＳ）
１８ 負圧側（ＳＳ）
２０ キャビティ
２２ キャビティＣＭＣプライ
２４ 翼形部ＣＭＣプライ
２６ 内部ＣＭＣプライ
２８ プライ端部
３０ 平均キャンバライン
４０ マンドレル
５０ インサート
１２ 前縁（ＬＥ）
１４ 後縁（ＴＥ）
１６ 正圧側（ＰＳ）
１８ 負圧側（ＳＳ）
２０ キャビティ
２２ キャビティＣＭＣプライ
２４ 翼形部ＣＭＣプライ
２６ 内部ＣＭＣプライ
２８ プライ端部
３０ 平均キャンバライン
４０ マンドレル
５０ インサート
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
