ロータブレードの編組翼桁とその製造方法
編組によるロータブレード翼桁は、翼桁の長手軸に対して平行に配置されない斜角編組繊維を有する３軸編組物を含む。ゼロ度繊維が軸に対して平行に設けられ、翼桁の上下面に位置するように配置される。斜角繊維は、ゼロ度繊維の周囲に編組される。編組翼桁の製造方法では、多軸編組機によって編組スリーブが乾いた状態でマンドレルに形成される。マンドレルに編組スリーブが形成された後、マンドレルがマッチドメタルモールドに配置され、樹脂が含浸され、硬化される。次に完成した編組翼桁からマンドレルが取り除かれる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空複合部材、より詳しくは、特定の角度で配向された編組繊維を使用する複合翼桁およびその製造を容易にするための方法に関連する。
【背景技術】
【０００２】
ロータブレード翼桁は、その主な機能が中央トルク駆動ハブ部材へ、またはこの部材からフラップ方向、エッジ方向、ねじれ、遠心荷重の組合せを伝達することであるため、ヘリコプターロータブレードアセンブリの主要構造要素である。一般的に、所望の翼型形状が得られるように前縁・後縁アセンブリが翼桁を囲む。翼桁は一般的に、ロータブレードの長さにわたって延在して、ハブ部材への取付けを容易にするカフスアセンブリに内端部で取り付けられている。
【０００３】
強度対重量比が好都合であることから、繊維強化樹脂マトリックス複合材料が使用される。固有の重量および強度の長所にも関わらず、材料コストと関連する製造方法の高いコストのため、広範囲での使用が妨げられていた。
【０００４】
複合翼桁を製造するための従来方法は、フィラメント・ワインディング法と複合材料のプレプレッグ・レイアップ法を含む。これらの方法は効果的ではあるが、比較的時間・労働集約的である。
【０００５】
プレプレッグ・レイアップ法は、主として手作業で実施される。プレプレッグは、未硬化状態では構造的剛性をほとんど持たない。プレプレッグは手作業で重ねられて、膨張式マンドレルアセンブリ上に交互に配置される。レイアップは次に、マッチドメタルモールドへ移され、マンドレルアセンブリが膨張している間にオートクレーブ炉で硬化されて完成した複合翼桁となる。さらに、プレプレッグシートは比較的高価で、細心の注意を要する保管・取扱いプロセスを必要とし、製造費用をさらに高くする。
【０００６】
フィラメント・ワインディング法は、繊維が前もって含浸されるか、繊維がマンドレルアセンブリに巻かれるときに樹脂が含浸される巻付けプロセスを伴う。マンドレルアセンブリは、完成品に必要な形状に概ね対応する形状を持つ。マンドレルアセンブリは一般的に、剛性基礎構造と、剛性基礎構造の上に設けられるブラターとを含む。マンドレルとフィラメントとがマンドレルの長手軸すなわち巻き軸に沿って互いに対して反対方向に移動してフィラメントがマンドレルに巻き付けられて、複数層のフィラメント材料が設けられる。フィラメント・ワインディング法の終了時には、マンドレルに巻き付けられたレイアップがマッチドメタルモールドに配置され、マッチドメタルモールドへ繊維を押し付けるようにブラダーが加圧された状態で硬化される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
フィラメント・ワインディングの短所の一つは、繊維をマッチドメタルモールドに対して膨張させることに関する問題に関連する。最初に繊維は張力を受けた状態でマンドレルを中心として横方向に巻き付けられるので、適切な積層体圧縮を達成するのに充分な加圧は実現が困難である。繊維の完全で均一な圧縮ができない場合には、複合製品は特定の領域で樹脂過剰または樹脂不足となり、結果的に積層体の品質が低下する。楕円形の複合製品の場合には、円錐状領域つまり前縁と後縁が繊維体積の許容範囲外の変動の影響を受けやすい。
【０００８】
従来のフィラメント・ワインディングの別の短所は、マンドレルアセンブリの長手軸に対して０度または０度近くの繊維配向を確立することに関連する困難さである。従来のフィラメント・ワインディング装置ではこの点に欠点が見られる以上、一方向つまり０度の繊維を挟み込むために巻付け作業を定期的に中断するのが普通である。このような挟み込み作業は、手作業で実施される厄介なものであり、比較的時間がかかるため、製造費用をさらに上げることになる。
【０００９】
したがって、特定の配向で繊維を配置し、重量を最少化し、損傷許容度を増加させる構造的に効率的な複合翼桁を提供することが望ましい。さらに、労働集約的なプロセス段階を減少し、材料の取扱いを容易にしながら、組立中に厳しい品質基準を維持する安価な製造プロセスを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によるロータブレード翼桁は、複合材料の編組スリーブを形成するように一緒に編組される多数の単繊維を含む。編組スリーブは、翼桁の長手軸に対してある角度で配置された斜角編組繊維を含む３軸編組物である。ゼロ度繊維が軸と平行に設けられ、翼桁の上下面に位置するように配置される。斜角編組繊維は、ゼロ度繊維の周囲に編組される。ゼロ度繊維は編組サイクル中に編み合わされ、編組による幾何学形状の相互作用によって層間剥離が最小化されるので翼桁の衝撃許容度が増加する。
【００１１】
編組翼桁の製造方法では、多軸編組機によって編組スリーブが乾いた状態で形成される。多軸編組機は、回転軸を中心として回転する外側リングに配列された多数のスプールを含む。内側リングに対して外側リングが回転すると、多数のスプールからの多数の単繊維が編組されて、内側リングを通過するマンドレルの上に編組スリーブが形成される。マンドレルに編組スリーブが形成されると、マンドレルはマッチドメタルモールドに配置されて、樹脂が含浸される。編組スリーブが乾いたフィラメントで形成されるので、編組サイクルを樹脂含浸処理と関連させる必要がない。材料の保管と取扱いの複雑性が低下して、労働集約的なプロセス段階と費用が減少する。熱エネルギーを加えることなどにより含浸樹脂が硬化すると、硬化した編組スリーブとマンドレルとがマッチドメタルモールドから外され、完成した編組翼桁からマンドレルが取り除かれる。
【００１２】
そのため本発明は、繊維を特定の配向で配置し、重量を軽減し、損傷許容度を増加させる構造効率の高い複合翼桁を提供する。さらに、労働集約的なプロセス段階を減少させ、材料の取扱いを容易にしながら、組立中に厳しい品質基準を維持する安価な製造プロセスを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の様々な特徴と長所は、現時点で好適な実施例についての次の詳細な説明から当業者には明らかとなるだろう。
【００１４】
図１は、回転軸Ａを中心とする回転のためロータハブアセンブリ１１（概略図示）に取り付けられたメインロータブレードアセンブリ１０の例を概略的に示す。メインロータブレード１０は、内側セクション１２と中間セクション１４と外側セクション１６とを含む。内側、中間、外側のセクション１２，１４，１６は、メインロータブレード１０の翼幅を画定する。ブレードセクション１２，１４，１６は、回転軸Ａとブレード先端１８との間にブレード半径Ｒを画定する。
【００１５】
複数のメインロータブレードアセンブリ１０が、ハブアセンブリ１１から実質的に径方向外方に突出し、数多くのアタッチメントのうちの一つでハブアセンブリに支持されている。ロータ装置１０にいかなる数のブレード１０を使用してもよい。開示された実施例ではロータ装置が図示されているが、フレックスビーム、メインロータ、テールロータ、プロペラ、翼桁、タービン、風車タービンなど、中空複合部材が有益である他の用途も、本発明では有益であることを理解すべきである。
【００１６】
メインロータブレード１０は、メインロータブレード１０の翼弦Ｃを画定する前縁２０と後縁２２とを有する。後縁２２から後方には、調整自在なトリムタブ２４が延在している。ピッチ軸または接合軸（ｆａｙｉｎｇ ａｘｉｓ）Ｐは翼弦方向におけるロータブレードの質量中心であり、ブレード１０のねじれが発生する軸でもある。ロータブレード１０の翼型面は一般的に、空気力学的効率を向上させるためブレード翼幅にわたって直線状にねじれている。１０から１２度が一般的であるが、本発明では他のねじれも有益である。
【００１７】
図２を参照すると、上下の薄板２６，２８が、メインロータブレード１０の上下の空気力学面を画定している。「前方」、「後方」、「上方」、「下方」、「上」、「下」などの相対的な位置を表す語は、機体の正常運転姿勢を基準とするものであって、他の意味で限定的と考えるべきでない。薄板２６，２８は、適当な樹脂マトリックスに埋設された織られたガラス繊維材料などのプレプレッグ複合材料の複数層で形成されることが望ましい。コア３０と翼桁３２と一つ以上の釣合いおもり３３と前縁シース３４とは、メインロータブレード１０の薄板２６，２８の内部支持体を形成する。
【００１８】
翼桁３２は、運転中にロータブレード１０内で発生するねじれ、曲げ、せん断、遠心動荷重に対応するメインロータブレード１０の主要構造部材として機能する。本発明の翼桁３２は、ＩＭ７、ＡＳ４、アラミド、炭素、グラファイト、ガラス繊維、ケブラーおよび／または他の繊維状材料などの複合材料の編組物から製造されることが好ましい。１２０００または６０００強度のストランドの使用が好ましいが、本発明では他の繊維も有益である。
【００１９】
図３を参照すると、多数の単繊維３６を一緒に編組して複合材料の編組スリーブ３８を形成することにより、翼桁３２が形成される。編組スリーブ３８は、繊維３６の靴下状の編組物となる。単繊維３６それ自体が多数の編組フィラメントなどを含みうることを理解すべきである。編組スリーブ３８は、多軸編組機４０（図４にも図示）によって乾いた状態で形成される。多軸編組機４０は、回転軸Ａを中心として回転する外側リング４２に配列された多数のスプール４１を含む。多軸編組機４０は、好ましくは、外側リング４２に支持された１４４本、２８８本、その他の数のスプール４１を含む。各スプール４１は、固定内側リング４４へ通じる１本の繊維３６を支持する。所望する翼桁３２の構造に応じて各スプール４１は類似した、または類似していない繊維３６を支持することを理解すべきである。
【００２０】
内側リング４４に対して外側リング４２が回転すると、多数の単繊維３６が編組されて編組スリーブ３８が形成される。編組機は一般的に周知で、ほぼ筒型の衣類を形成するために低強度繊維による織物製造で利用されることが多い。フィラメントの編組とここに挙げる教示とは、織物製造の当業者の技量の範囲に充分含まれる。
【００２１】
内側リング４４に対して外側リング４２が回転すると、編組スリーブ３８を受けて支持するため内側リング４４を通過するマンドレル４６に、多数の単繊維３６が編組される（図４参照）。すなわち、マンドレル４６は編組スリーブ３８を受けて、翼桁３２の内側形状を形成する。編組スリーブ３８は、マンドレル４６に他の方法で支持されていなければ、概ねマンドレルを締め付けるように形成されることが好ましい。編組スリーブ３８は、靴下が脚に密着するように、マンドレル４６に密着する。マンドレル４６は、翼桁３２の形状に応じて、一体型、複数部品型、および／または溶解構造でもよい。翼桁３２が直線状である必要はなく、本発明では、後退しているロータ先端（図５参照）などのための角度を持つ翼桁３２も有益であることを理解すべきである。
【００２２】
図６を参照すると、編組スリーブ３８は３軸編組物であることが好ましい。斜角繊維は翼桁の中心線（接合軸Ｐ）に対して４０度の角度で配置され、マンドレル４６の周囲に配置されることが好ましい。斜角は翼桁３２にねじり強さを付与し、３軸編組物の２本の軸となる。３軸編組物の第３軸は、翼桁３２に軸方向強度を付与するゼロ度繊維を含む。ゼロ度繊維は軸Ｐと平行に設けられる。ゼロ度繊維は、翼桁３２の上下面に位置するように配置され、４０度繊維はゼロ度繊維の周囲に編組される。すなわち、それぞれの４０度繊維を辿ると、螺旋経路が翼桁３２の接合軸Ｐに対して４０度となるようにマンドレルを中心とする螺旋経路を描くことになる。翼桁３２の前縁および後縁の円錐形状は、翼桁３２の軸Ｐに対して好ましくは４０から４５度の角度の斜角繊維を含む。本発明では、他の繊維配向および繊維配列も有益であることを理解すべきである。さらに、翼桁３２は、所望する積層体の厚さと物理的特性を付与するように編組された多数の層を含むことが好ましい。
【００２３】
翼桁３２の付加的な局所的補強は、所望の箇所の別の複合層（３３で概略図示）によって達成される。すなわち、編組サイクル中に繊維内の所望の箇所に乾いた複合材料シートを追加で配置してもよい。
【００２４】
ゼロ度繊維は編組サイクル中に編み合わされることが好ましく、多軸編組機４０の回転軸Ａに対して固定位置に配置され、繊維３６の曲げによって発生する強度低下を軽減するため引張状態に維持される。ゼロ度繊維を編み合わせることによって、編組による幾何学形状の相互作用により層間剥離が最小となるので、翼桁３２の衝撃許容度が増加する。これに関して、複合材料の構造繊維は、隣接繊維の耐荷重能力によって１本または複数本の繊維への損傷が緩和される、複数の冗長荷重経路と見ることができる。
【００２５】
選択的に、またはこれに加えて、翼桁３２のねじれに従うようにマンドレル４２が編組中に回転してもよい。すなわち、ロータ翼桁はたいてい、空気力学的効率を向上させるため翼幅にわたって直線状に１０から１２度ねじれており、このねじれに対応するように編組物を特に配向することができる。
【００２６】
図７を参照すると、編組スリーブ３８がマンドレル４６に形成されると、マンドレル４６はマッチドメタルモールド４８の中に配置される。編組スリーブ３８は乾いたフィラメントで形成されているので、編組サイクルは樹脂含浸処理に関連する必要はなく、材料保管・取扱いの複雑性が低下して労働集約的なプロセス段階と費用を減少させる。含浸樹脂は供給源５０からマッチドメタルモールド４８へ注入されることが好ましく、効率的な製造時間を提供するためマッチドメタルモールド４８の後縁からマッチドメタルモールド４８の全長に沿ってマッチドメタルモールド４８の前縁に設けられた出口まで供給される。本発明では、他の配置形態も有益である。含浸樹脂は、反応性樹脂成分、硬化剤、溶剤、他の薬剤を含むことが好ましい。一般的な樹脂は、エポキシと、エポキシノボラック、および（縮合と付加の両タイプの）ポリエステルとポリアミド、フェノール樹脂、ビスマレイミドを含む他の熱硬化性樹脂を含む。破壊耐性を高めるため、樹脂は熱可塑性または弾性の薬剤を含有してもよい。
【００２７】
熱エネルギーを加えることなどにより含浸樹脂５０が硬化すると、硬化した編組スリーブ３８とマンドレル４６とがマッチドメタルモールド４８から取り出される。次に、形成された翼桁３２の開口端部からマンドレルを摺動させて一体として取り除くか、一般に理解されるようにマンドレルを分解または溶解によって取り除く。図８は、編組コア製造プロセスで実施される段階を示すフローチャートである。
【００２８】
特定の段階の順序が図示、説明、請求されたが、これらの段階は、他の記載がなければいかなる順序で実施されても、分離または結合されてもよく、本発明ではやはり有益であることを理解すべきである。
【００２９】
上記の説明は、その中の限定によって規定されるというよりは、例を示すものである。上記の教示を考慮して、本発明の多くの変形および変更が可能である。本発明の好適な実施例が開示されたが、特定の変形が本発明の範囲に包含されることを当業者は認識できるだろう。そのため、請求項の範囲において、本発明が明記されたもの以外の形で実施されてもよいことを理解すべきである。このため、本発明の真の範囲と内容を判断するには、請求項を検討すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】メインロータブレードアセンブリの例の上面図である。
【図２】図１の２−２線に沿ったメインロータブレードの断面図である。
【図３】本発明に使用するための多軸編組機の概略図である。
【図４】多軸編組機を通過するマンドレルに編組スリーブを形成するように多数の単繊維が編組されてロータブレード翼桁の例が形成される編組段階の斜視図である。
【図５】ロータブレード先端のための別の翼桁の例を示す斜視図である。
【図６】本発明により製造されるロータブレード翼桁のフィラメント配向を示す概略図である。
【図７】本発明による樹脂注入段階の概略図である。
【図８】繊維配向確認装置により実施される段階を示すフローチャートである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空複合部材、より詳しくは、特定の角度で配向された編組繊維を使用する複合翼桁およびその製造を容易にするための方法に関連する。
【背景技術】
【０００２】
ロータブレード翼桁は、その主な機能が中央トルク駆動ハブ部材へ、またはこの部材からフラップ方向、エッジ方向、ねじれ、遠心荷重の組合せを伝達することであるため、ヘリコプターロータブレードアセンブリの主要構造要素である。一般的に、所望の翼型形状が得られるように前縁・後縁アセンブリが翼桁を囲む。翼桁は一般的に、ロータブレードの長さにわたって延在して、ハブ部材への取付けを容易にするカフスアセンブリに内端部で取り付けられている。
【０００３】
強度対重量比が好都合であることから、繊維強化樹脂マトリックス複合材料が使用される。固有の重量および強度の長所にも関わらず、材料コストと関連する製造方法の高いコストのため、広範囲での使用が妨げられていた。
【０００４】
複合翼桁を製造するための従来方法は、フィラメント・ワインディング法と複合材料のプレプレッグ・レイアップ法を含む。これらの方法は効果的ではあるが、比較的時間・労働集約的である。
【０００５】
プレプレッグ・レイアップ法は、主として手作業で実施される。プレプレッグは、未硬化状態では構造的剛性をほとんど持たない。プレプレッグは手作業で重ねられて、膨張式マンドレルアセンブリ上に交互に配置される。レイアップは次に、マッチドメタルモールドへ移され、マンドレルアセンブリが膨張している間にオートクレーブ炉で硬化されて完成した複合翼桁となる。さらに、プレプレッグシートは比較的高価で、細心の注意を要する保管・取扱いプロセスを必要とし、製造費用をさらに高くする。
【０００６】
フィラメント・ワインディング法は、繊維が前もって含浸されるか、繊維がマンドレルアセンブリに巻かれるときに樹脂が含浸される巻付けプロセスを伴う。マンドレルアセンブリは、完成品に必要な形状に概ね対応する形状を持つ。マンドレルアセンブリは一般的に、剛性基礎構造と、剛性基礎構造の上に設けられるブラターとを含む。マンドレルとフィラメントとがマンドレルの長手軸すなわち巻き軸に沿って互いに対して反対方向に移動してフィラメントがマンドレルに巻き付けられて、複数層のフィラメント材料が設けられる。フィラメント・ワインディング法の終了時には、マンドレルに巻き付けられたレイアップがマッチドメタルモールドに配置され、マッチドメタルモールドへ繊維を押し付けるようにブラダーが加圧された状態で硬化される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
フィラメント・ワインディングの短所の一つは、繊維をマッチドメタルモールドに対して膨張させることに関する問題に関連する。最初に繊維は張力を受けた状態でマンドレルを中心として横方向に巻き付けられるので、適切な積層体圧縮を達成するのに充分な加圧は実現が困難である。繊維の完全で均一な圧縮ができない場合には、複合製品は特定の領域で樹脂過剰または樹脂不足となり、結果的に積層体の品質が低下する。楕円形の複合製品の場合には、円錐状領域つまり前縁と後縁が繊維体積の許容範囲外の変動の影響を受けやすい。
【０００８】
従来のフィラメント・ワインディングの別の短所は、マンドレルアセンブリの長手軸に対して０度または０度近くの繊維配向を確立することに関連する困難さである。従来のフィラメント・ワインディング装置ではこの点に欠点が見られる以上、一方向つまり０度の繊維を挟み込むために巻付け作業を定期的に中断するのが普通である。このような挟み込み作業は、手作業で実施される厄介なものであり、比較的時間がかかるため、製造費用をさらに上げることになる。
【０００９】
したがって、特定の配向で繊維を配置し、重量を最少化し、損傷許容度を増加させる構造的に効率的な複合翼桁を提供することが望ましい。さらに、労働集約的なプロセス段階を減少し、材料の取扱いを容易にしながら、組立中に厳しい品質基準を維持する安価な製造プロセスを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によるロータブレード翼桁は、複合材料の編組スリーブを形成するように一緒に編組される多数の単繊維を含む。編組スリーブは、翼桁の長手軸に対してある角度で配置された斜角編組繊維を含む３軸編組物である。ゼロ度繊維が軸と平行に設けられ、翼桁の上下面に位置するように配置される。斜角編組繊維は、ゼロ度繊維の周囲に編組される。ゼロ度繊維は編組サイクル中に編み合わされ、編組による幾何学形状の相互作用によって層間剥離が最小化されるので翼桁の衝撃許容度が増加する。
【００１１】
編組翼桁の製造方法では、多軸編組機によって編組スリーブが乾いた状態で形成される。多軸編組機は、回転軸を中心として回転する外側リングに配列された多数のスプールを含む。内側リングに対して外側リングが回転すると、多数のスプールからの多数の単繊維が編組されて、内側リングを通過するマンドレルの上に編組スリーブが形成される。マンドレルに編組スリーブが形成されると、マンドレルはマッチドメタルモールドに配置されて、樹脂が含浸される。編組スリーブが乾いたフィラメントで形成されるので、編組サイクルを樹脂含浸処理と関連させる必要がない。材料の保管と取扱いの複雑性が低下して、労働集約的なプロセス段階と費用が減少する。熱エネルギーを加えることなどにより含浸樹脂が硬化すると、硬化した編組スリーブとマンドレルとがマッチドメタルモールドから外され、完成した編組翼桁からマンドレルが取り除かれる。
【００１２】
そのため本発明は、繊維を特定の配向で配置し、重量を軽減し、損傷許容度を増加させる構造効率の高い複合翼桁を提供する。さらに、労働集約的なプロセス段階を減少させ、材料の取扱いを容易にしながら、組立中に厳しい品質基準を維持する安価な製造プロセスを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の様々な特徴と長所は、現時点で好適な実施例についての次の詳細な説明から当業者には明らかとなるだろう。
【００１４】
図１は、回転軸Ａを中心とする回転のためロータハブアセンブリ１１（概略図示）に取り付けられたメインロータブレードアセンブリ１０の例を概略的に示す。メインロータブレード１０は、内側セクション１２と中間セクション１４と外側セクション１６とを含む。内側、中間、外側のセクション１２，１４，１６は、メインロータブレード１０の翼幅を画定する。ブレードセクション１２，１４，１６は、回転軸Ａとブレード先端１８との間にブレード半径Ｒを画定する。
【００１５】
複数のメインロータブレードアセンブリ１０が、ハブアセンブリ１１から実質的に径方向外方に突出し、数多くのアタッチメントのうちの一つでハブアセンブリに支持されている。ロータ装置１０にいかなる数のブレード１０を使用してもよい。開示された実施例ではロータ装置が図示されているが、フレックスビーム、メインロータ、テールロータ、プロペラ、翼桁、タービン、風車タービンなど、中空複合部材が有益である他の用途も、本発明では有益であることを理解すべきである。
【００１６】
メインロータブレード１０は、メインロータブレード１０の翼弦Ｃを画定する前縁２０と後縁２２とを有する。後縁２２から後方には、調整自在なトリムタブ２４が延在している。ピッチ軸または接合軸（ｆａｙｉｎｇ ａｘｉｓ）Ｐは翼弦方向におけるロータブレードの質量中心であり、ブレード１０のねじれが発生する軸でもある。ロータブレード１０の翼型面は一般的に、空気力学的効率を向上させるためブレード翼幅にわたって直線状にねじれている。１０から１２度が一般的であるが、本発明では他のねじれも有益である。
【００１７】
図２を参照すると、上下の薄板２６，２８が、メインロータブレード１０の上下の空気力学面を画定している。「前方」、「後方」、「上方」、「下方」、「上」、「下」などの相対的な位置を表す語は、機体の正常運転姿勢を基準とするものであって、他の意味で限定的と考えるべきでない。薄板２６，２８は、適当な樹脂マトリックスに埋設された織られたガラス繊維材料などのプレプレッグ複合材料の複数層で形成されることが望ましい。コア３０と翼桁３２と一つ以上の釣合いおもり３３と前縁シース３４とは、メインロータブレード１０の薄板２６，２８の内部支持体を形成する。
【００１８】
翼桁３２は、運転中にロータブレード１０内で発生するねじれ、曲げ、せん断、遠心動荷重に対応するメインロータブレード１０の主要構造部材として機能する。本発明の翼桁３２は、ＩＭ７、ＡＳ４、アラミド、炭素、グラファイト、ガラス繊維、ケブラーおよび／または他の繊維状材料などの複合材料の編組物から製造されることが好ましい。１２０００または６０００強度のストランドの使用が好ましいが、本発明では他の繊維も有益である。
【００１９】
図３を参照すると、多数の単繊維３６を一緒に編組して複合材料の編組スリーブ３８を形成することにより、翼桁３２が形成される。編組スリーブ３８は、繊維３６の靴下状の編組物となる。単繊維３６それ自体が多数の編組フィラメントなどを含みうることを理解すべきである。編組スリーブ３８は、多軸編組機４０（図４にも図示）によって乾いた状態で形成される。多軸編組機４０は、回転軸Ａを中心として回転する外側リング４２に配列された多数のスプール４１を含む。多軸編組機４０は、好ましくは、外側リング４２に支持された１４４本、２８８本、その他の数のスプール４１を含む。各スプール４１は、固定内側リング４４へ通じる１本の繊維３６を支持する。所望する翼桁３２の構造に応じて各スプール４１は類似した、または類似していない繊維３６を支持することを理解すべきである。
【００２０】
内側リング４４に対して外側リング４２が回転すると、多数の単繊維３６が編組されて編組スリーブ３８が形成される。編組機は一般的に周知で、ほぼ筒型の衣類を形成するために低強度繊維による織物製造で利用されることが多い。フィラメントの編組とここに挙げる教示とは、織物製造の当業者の技量の範囲に充分含まれる。
【００２１】
内側リング４４に対して外側リング４２が回転すると、編組スリーブ３８を受けて支持するため内側リング４４を通過するマンドレル４６に、多数の単繊維３６が編組される（図４参照）。すなわち、マンドレル４６は編組スリーブ３８を受けて、翼桁３２の内側形状を形成する。編組スリーブ３８は、マンドレル４６に他の方法で支持されていなければ、概ねマンドレルを締め付けるように形成されることが好ましい。編組スリーブ３８は、靴下が脚に密着するように、マンドレル４６に密着する。マンドレル４６は、翼桁３２の形状に応じて、一体型、複数部品型、および／または溶解構造でもよい。翼桁３２が直線状である必要はなく、本発明では、後退しているロータ先端（図５参照）などのための角度を持つ翼桁３２も有益であることを理解すべきである。
【００２２】
図６を参照すると、編組スリーブ３８は３軸編組物であることが好ましい。斜角繊維は翼桁の中心線（接合軸Ｐ）に対して４０度の角度で配置され、マンドレル４６の周囲に配置されることが好ましい。斜角は翼桁３２にねじり強さを付与し、３軸編組物の２本の軸となる。３軸編組物の第３軸は、翼桁３２に軸方向強度を付与するゼロ度繊維を含む。ゼロ度繊維は軸Ｐと平行に設けられる。ゼロ度繊維は、翼桁３２の上下面に位置するように配置され、４０度繊維はゼロ度繊維の周囲に編組される。すなわち、それぞれの４０度繊維を辿ると、螺旋経路が翼桁３２の接合軸Ｐに対して４０度となるようにマンドレルを中心とする螺旋経路を描くことになる。翼桁３２の前縁および後縁の円錐形状は、翼桁３２の軸Ｐに対して好ましくは４０から４５度の角度の斜角繊維を含む。本発明では、他の繊維配向および繊維配列も有益であることを理解すべきである。さらに、翼桁３２は、所望する積層体の厚さと物理的特性を付与するように編組された多数の層を含むことが好ましい。
【００２３】
翼桁３２の付加的な局所的補強は、所望の箇所の別の複合層（３３で概略図示）によって達成される。すなわち、編組サイクル中に繊維内の所望の箇所に乾いた複合材料シートを追加で配置してもよい。
【００２４】
ゼロ度繊維は編組サイクル中に編み合わされることが好ましく、多軸編組機４０の回転軸Ａに対して固定位置に配置され、繊維３６の曲げによって発生する強度低下を軽減するため引張状態に維持される。ゼロ度繊維を編み合わせることによって、編組による幾何学形状の相互作用により層間剥離が最小となるので、翼桁３２の衝撃許容度が増加する。これに関して、複合材料の構造繊維は、隣接繊維の耐荷重能力によって１本または複数本の繊維への損傷が緩和される、複数の冗長荷重経路と見ることができる。
【００２５】
選択的に、またはこれに加えて、翼桁３２のねじれに従うようにマンドレル４２が編組中に回転してもよい。すなわち、ロータ翼桁はたいてい、空気力学的効率を向上させるため翼幅にわたって直線状に１０から１２度ねじれており、このねじれに対応するように編組物を特に配向することができる。
【００２６】
図７を参照すると、編組スリーブ３８がマンドレル４６に形成されると、マンドレル４６はマッチドメタルモールド４８の中に配置される。編組スリーブ３８は乾いたフィラメントで形成されているので、編組サイクルは樹脂含浸処理に関連する必要はなく、材料保管・取扱いの複雑性が低下して労働集約的なプロセス段階と費用を減少させる。含浸樹脂は供給源５０からマッチドメタルモールド４８へ注入されることが好ましく、効率的な製造時間を提供するためマッチドメタルモールド４８の後縁からマッチドメタルモールド４８の全長に沿ってマッチドメタルモールド４８の前縁に設けられた出口まで供給される。本発明では、他の配置形態も有益である。含浸樹脂は、反応性樹脂成分、硬化剤、溶剤、他の薬剤を含むことが好ましい。一般的な樹脂は、エポキシと、エポキシノボラック、および（縮合と付加の両タイプの）ポリエステルとポリアミド、フェノール樹脂、ビスマレイミドを含む他の熱硬化性樹脂を含む。破壊耐性を高めるため、樹脂は熱可塑性または弾性の薬剤を含有してもよい。
【００２７】
熱エネルギーを加えることなどにより含浸樹脂５０が硬化すると、硬化した編組スリーブ３８とマンドレル４６とがマッチドメタルモールド４８から取り出される。次に、形成された翼桁３２の開口端部からマンドレルを摺動させて一体として取り除くか、一般に理解されるようにマンドレルを分解または溶解によって取り除く。図８は、編組コア製造プロセスで実施される段階を示すフローチャートである。
【００２８】
特定の段階の順序が図示、説明、請求されたが、これらの段階は、他の記載がなければいかなる順序で実施されても、分離または結合されてもよく、本発明ではやはり有益であることを理解すべきである。
【００２９】
上記の説明は、その中の限定によって規定されるというよりは、例を示すものである。上記の教示を考慮して、本発明の多くの変形および変更が可能である。本発明の好適な実施例が開示されたが、特定の変形が本発明の範囲に包含されることを当業者は認識できるだろう。そのため、請求項の範囲において、本発明が明記されたもの以外の形で実施されてもよいことを理解すべきである。このため、本発明の真の範囲と内容を判断するには、請求項を検討すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】メインロータブレードアセンブリの例の上面図である。
【図２】図１の２−２線に沿ったメインロータブレードの断面図である。
【図３】本発明に使用するための多軸編組機の概略図である。
【図４】多軸編組機を通過するマンドレルに編組スリーブを形成するように多数の単繊維が編組されてロータブレード翼桁の例が形成される編組段階の斜視図である。
【図５】ロータブレード先端のための別の翼桁の例を示す斜視図である。
【図６】本発明により製造されるロータブレード翼桁のフィラメント配向を示す概略図である。
【図７】本発明による樹脂注入段階の概略図である。
【図８】繊維配向確認装置により実施される段階を示すフローチャートである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手軸に対して平行でない配向を有する複数の斜角編組繊維と、
前記複数の斜角編組繊維と編み合わされ、かつ前記長手軸に対して実質的に平行である複数のゼロ度繊維と、を含む、中空複合物品。
【請求項２】
前記斜角編組繊維が前記長手軸に対して約４０度の角度をなしている、請求項１に記載の中空複合物品。
【請求項３】
前記斜角編組繊維が前記長手軸に対して約４５度の角度をなしている、請求項１に記載の中空複合物品。
【請求項４】
前記斜角編組繊維が前記長手軸を中心とする螺旋経路を辿る、請求項１に記載の中空複合物品。
【請求項５】
前記中空複合物品の前縁および後縁の円錐形状が前記斜角編組繊維を含む、請求項１に記載の中空複合物品。
【請求項６】
前記斜角編組繊維が前記長手軸に沿ったねじれに対応する配向を有する、請求項１に記載の中空複合物品。
【請求項７】
前記ゼロ度繊維が前記中空複合物品の上下面に配置される、請求項１に記載の中空複合物品。
【請求項８】
さらに、前記複数の斜角編組繊維および前記複数のゼロ度繊維と編み合わされる別の複合シートを含む、請求項１に記載の中空複合物品。
【請求項９】
長手軸に対して平行でない配向を有する複数の斜角編組繊維と、
前記複数の斜角編組繊維と編み合わされ、かつ前記長手軸に対して実質的に平行である複数のゼロ度繊維と、を含む、複合ロータブレード翼桁。
【請求項１０】
前記長手軸が接合軸である、請求項９に記載の複合ロータブレード翼桁。
【請求項１１】
前記斜角編組繊維が前記長手軸を中心とする螺旋経路を辿る、請求項９に記載の複合ロータブレード翼桁。
【請求項１２】
前記翼桁の前縁および後縁の円錐形状が前記斜角編組繊維のみを含む、請求項９に記載の複合ロータブレード翼桁。
【請求項１３】
前記ゼロ度繊維が前記翼桁の上下面に配置される、請求項９に記載の複合ロータブレード翼桁。
【請求項１４】
さらに、前記複数の斜角編組繊維および前記複数のゼロ角度繊維と編み合わされる別の複合シートを含む、請求項９に記載の複合ロータブレード翼桁。
【請求項１５】
前記マンドレルが非直線状である、請求項９に記載の複合ロータブレード翼桁。
【請求項１６】
（１）マンドレル上に編組スリーブを形成するように複数の複合繊維を編組するステップと、
（２）前記編組スリーブと前記マンドレルとをモールド内に配置するステップと、
（３）前記編組スリーブに樹脂を含浸させるステップと、
（４）前記樹脂を硬化させるステップと、
（５）前記マンドレルを除去するステップと、を含む、中空複合物品を形成する方法。
【請求項１７】
ステップ（１）がさらに、
複数の斜角繊維を長手軸に対して平行でない配向で編組し、
前記長手軸に対して実質的に平行である複数のゼロ度繊維を前記複数の斜角編組繊維と編み合わせること、を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
ステップ（１）がさらに、前記物品の上下面に前記ゼロ度繊維を配置することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
ステップ（１）がさらに、多軸編組機に前記マンドレルを通過させることを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
ステップ（１）がさらに、多軸編組機に前記マンドレルを通過させることを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
ステップ（１）がさらに、前記編組スリーブの中に別の複合シートを配置することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１】
長手軸に対して平行でない配向を有する複数の斜角編組繊維と、
前記複数の斜角編組繊維と編み合わされ、かつ前記長手軸に対して実質的に平行である複数のゼロ度繊維と、を含む、中空複合物品。
【請求項２】
前記斜角編組繊維が前記長手軸に対して約４０度の角度をなしている、請求項１に記載の中空複合物品。
【請求項３】
前記斜角編組繊維が前記長手軸に対して約４５度の角度をなしている、請求項１に記載の中空複合物品。
【請求項４】
前記斜角編組繊維が前記長手軸を中心とする螺旋経路を辿る、請求項１に記載の中空複合物品。
【請求項５】
前記中空複合物品の前縁および後縁の円錐形状が前記斜角編組繊維を含む、請求項１に記載の中空複合物品。
【請求項６】
前記斜角編組繊維が前記長手軸に沿ったねじれに対応する配向を有する、請求項１に記載の中空複合物品。
【請求項７】
前記ゼロ度繊維が前記中空複合物品の上下面に配置される、請求項１に記載の中空複合物品。
【請求項８】
さらに、前記複数の斜角編組繊維および前記複数のゼロ度繊維と編み合わされる別の複合シートを含む、請求項１に記載の中空複合物品。
【請求項９】
長手軸に対して平行でない配向を有する複数の斜角編組繊維と、
前記複数の斜角編組繊維と編み合わされ、かつ前記長手軸に対して実質的に平行である複数のゼロ度繊維と、を含む、複合ロータブレード翼桁。
【請求項１０】
前記長手軸が接合軸である、請求項９に記載の複合ロータブレード翼桁。
【請求項１１】
前記斜角編組繊維が前記長手軸を中心とする螺旋経路を辿る、請求項９に記載の複合ロータブレード翼桁。
【請求項１２】
前記翼桁の前縁および後縁の円錐形状が前記斜角編組繊維のみを含む、請求項９に記載の複合ロータブレード翼桁。
【請求項１３】
前記ゼロ度繊維が前記翼桁の上下面に配置される、請求項９に記載の複合ロータブレード翼桁。
【請求項１４】
さらに、前記複数の斜角編組繊維および前記複数のゼロ角度繊維と編み合わされる別の複合シートを含む、請求項９に記載の複合ロータブレード翼桁。
【請求項１５】
前記マンドレルが非直線状である、請求項９に記載の複合ロータブレード翼桁。
【請求項１６】
（１）マンドレル上に編組スリーブを形成するように複数の複合繊維を編組するステップと、
（２）前記編組スリーブと前記マンドレルとをモールド内に配置するステップと、
（３）前記編組スリーブに樹脂を含浸させるステップと、
（４）前記樹脂を硬化させるステップと、
（５）前記マンドレルを除去するステップと、を含む、中空複合物品を形成する方法。
【請求項１７】
ステップ（１）がさらに、
複数の斜角繊維を長手軸に対して平行でない配向で編組し、
前記長手軸に対して実質的に平行である複数のゼロ度繊維を前記複数の斜角編組繊維と編み合わせること、を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
ステップ（１）がさらに、前記物品の上下面に前記ゼロ度繊維を配置することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
ステップ（１）がさらに、多軸編組機に前記マンドレルを通過させることを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
ステップ（１）がさらに、多軸編組機に前記マンドレルを通過させることを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
ステップ（１）がさらに、前記編組スリーブの中に別の複合シートを配置することを含む、請求項１６に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２００７−５０３５３３（Ｐ２００７−５０３５３３Ａ）
【公表日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５２４７５６（Ｐ２００６−５２４７５６）
【出願日】平成１６年８月２０日（２００４．８．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２７１５１
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０７９１８４
【国際公開日】平成１７年９月１日（２００５．９．１）
【出願人】（５９７１０２９１２）シコルスキー エアクラフト コーポレイション (24)
【氏名又は名称原語表記】ＳＩＫＯＲＳＫＹ ＡＩＲＣＲＡＦＴ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２０日（２００４．８．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２７１５１
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０７９１８４
【国際公開日】平成１７年９月１日（２００５．９．１）
【出願人】（５９７１０２９１２）シコルスキー エアクラフト コーポレイション (24)
【氏名又は名称原語表記】ＳＩＫＯＲＳＫＹ ＡＩＲＣＲＡＦＴ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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