航空機用途のための積層断熱ブランケットおよびそのためのプロセス
【課題】航空機エンジンのための断熱ブランケットおよび熱伝導率が低く、温度性能が高い断熱ブランケットを製造するためのプロセスを提供する。
【解決手段】断熱ブランケット６０は、エーロゲル断熱材料６２が複合材層６４と支持層６６の間に封入されるように、エーロゲル断熱材料６２、エーロゲル断熱材料６２の第１の表面に配置される複合材層６４、およびエーロゲル断熱材料６２の反対側表面に配置される支持層６６を含む層状構造を有する。複合材層６４は、繊維強化材料を用いて強化される樹脂マトリックス材料を含む。
【解決手段】断熱ブランケット６０は、エーロゲル断熱材料６２が複合材層６４と支持層６６の間に封入されるように、エーロゲル断熱材料６２、エーロゲル断熱材料６２の第１の表面に配置される複合材層６４、およびエーロゲル断熱材料６２の反対側表面に配置される支持層６６を含む層状構造を有する。複合材層６４は、繊維強化材料を用いて強化される樹脂マトリックス材料を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、航空機エンジンで使用されるタイプの断熱ブランケットに関する。より詳しくは、本発明は、高バイパスガスタービンエンジンのコアエンジンを囲繞するのに適する断熱ブランケットのための構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に、本技術分野で知られるタイプの高バイパスターボファンエンジン１０を概略的に示す。エンジン１０は、ファンアセンブリ１２とコアエンジン１４とを含むものとして概略的に示す。ファンアセンブリ１２は、ファンケーシング１６とファンブレード１８のアレイから前方に突き出るスピナノーズ２０とを含むものとして示す。スピナノーズ２０とファンブレード１８の両方は、ファンディスク（図示せず）によって支持される。コアエンジン１４は、高圧コンプレッサ２２、燃焼器２４、高圧タービン２６および低圧タービン２８を含むものとして示す。ファンアセンブリ１２に流入する空気の大部分は、エンジン１０の後部にバイパスされて追加のエンジン推力を発生する。バイパスされた空気は、環形状バイパスダクト３０を通過し、ダクト３０からファンノズル３２を通って流出する。ファンブレード１８は、バイパスダクト３０の半径方向外側の境界を画定するファンナセル３４によって、囲繞される。ファンナセル３４は、エンジン１０への流入ダクトおよびファンノズル３２をさらに画定し、通常、逆推力装置の一部として外側変換カウル（translation cowl）（図示せず）を組み込む。コアエンジン１４は、バイパスダクト３０の半径方向内側の境界を画定するコアカウル３６によって囲繞され、コアエンジン１４から後方に延在する主排気ノズル３８への後部コアカウルの遷移表面をもたらす。
【０００３】
コアカウル３６は、ただしファンバイパスダクト３０を通る気流のための空気力学的輪郭、音響抑制、コアエンジン１４のための火勢抑制、およびエンジンシステム故障抑制（バーストダクト）に限定されずに、これらを含む多くの機能をもたらす。高バイパスガスタービンエンジンのコアカウルは、通常、アルミニウム外板、またはアルミニウムのコアに接着接合される繊維強化複合材外板を有するように、構築されている。図２に、実施例を概略的に示し、それは、図１の領域“Ａ”の詳細な断面図として表示されている。カウル３６の構造は、比較的より厚いコア４４の対向する側に接合される、一対の外板４０および４２を含むものとして示す。コア４４は、他の軽量セルタイプの構造も、カウルコアについて知られ、使用されているが、コア４４の厚さを完全に貫通する、連続する六角形状のセル４８を含むハニカム構造を有するものとして示す。開いたセルのコア材料の非限定の例は、開いたセルのセラミック、金属、炭素および熱可塑性の発泡体、ならびに、たとえば、ＮＯＭＥＸ（登録商標）アラミド繊維から形成されるハニカムタイプの材料を含む。閉じたセルのコア材料の非限定の例は、木材および他のセルロース系材料、ならびにポリメタアクリルイミドから形成され、エボニックインダストリー（Evonik Industries、以前はDegussa）からＲＯＨＡＣＥＬＬ（登録商標）の名で市販されて入手できる、閉じたセルの低密度硬質発泡体材料を含む。図２に示す構造は、高バイパスガスタービンエンジンのコアカウル、さらに、他の航空機のエンジンのナセル構成要素、たとえば、エンジン流入口、逆推力装置およびトランスカウル（transcowl）中で使用される、サンドイッチタイプの層状構造の特色を極めてよく示す。コアカウル３６の層状構造によって、コアカウル３６が、かなりの構造負荷を支持することが可能になる。
【０００４】
図１および２から明らかなように、外板４０は、カウル３６の外側外板と言うことができ、それは、半径方向外側の方を向いて、バイパスダクト３０を通る気流の半径方向内側の境界を画定し、一方では、他の外板４２が、コアエンジン１４の内部に向かって半径方向内側の方に向いている。外側外板４０は、音響外板として形成することができ、その場合、外板４０は、多数の小さな貫通孔を形成することによって、音響的に取り扱うことになる、すなわち、その貫通孔は、音に付属する圧力波をコア４４内のセル４８中に導入し、そこでは、圧力波のエネルギが、摩擦（熱への変換）、圧力損失、およびここでは支持外板４２と言う、他の外板４２からの圧力波の反射による相殺を通じて消散させることによって、騒音を抑制するのに役立つ。コアカウル３６が、金属製または複合材の構造であるかどうかにかかわらず、断熱ブランケット５０は、支持外板４２上に設けられる。カウル３６および断熱ブランケット５０は、組み合わせて、少なくとも燃焼器部分（燃焼器２４に対応する）およびタービン部分（高圧および低圧のタービン２６および２８）を囲繞するように、装着することができ、断熱ブランケット５０は、コア４４とカウル３６の外板４０および４２との間の接着接合が、エンジン動作中に晒される温度を制限することによって、カウル３６の構造完全性を保存するように働く。断熱ブランケット５０のための現在の材料および構造は、断熱材料５２、たとえば、スチールの薄層５４とポリマーフィルム５６の間に存在するガラスおよび／またはシリカ繊維マットを含む。断熱ブランケット５０とコアカウル３６の残り部分の間での熱い空気の漏れの可能性のために、カウル３６の接合ラインの温度が限度を超えた場合、危険が生じる恐れがある。
【０００５】
動作温度が、より新しいエンジン設計に伴い、高くなってきているので、それらのコアカウルの温度環境がますます厳しくなり、断熱ブランケット５０は、より厚くより重くなることが求められており、それは、重量（燃料経済性）、コアエンジン１４の囲繞する構成要素とのクリアランス、およびコアエンジン１４に実施される保守の観点から、不利である。そうなので、見合う程度の、またはより低い熱伝導率を達成し、一方また、ブランケットの効率、およびブランケットがその中に装着されるエンジンの全体効率を向上させるために、重量を軽減することが可能である、より薄い断熱ブランケットが要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０２０６５７５号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明によって、航空機エンジンのための断熱ブランケット、および熱伝導率が低く、温度性能が高い断熱ブランケットを製造するためのプロセスがもたらされる。
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、断熱ブランケットは、対向して配置される第１および第２の表面を有するエーロゲル断熱材料と、エーロゲル断熱材料の第１の表面に配置される複合材層と、エーロゲル断熱材料が、複合材層と支持層の間に封入されるように、エーロゲル断熱材料の第２の表面に配置される支持層とを含む層状構造を有する。複合材層は、繊維強化材料を用いて強化される樹脂マトリックス材料を含む。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、断熱ブランケットは、高バイパスガスタービンエンジン上に装着され、ガスタービンエンジンのコアエンジンの燃焼器および／またはタービン部分を囲繞する。断熱ブランケットは、対向して配置される第１および第２の表面を有するエーロゲル断熱材料と、エーロゲル断熱材料の第１の表面に配置される複合材層と、エーロゲル断熱材料が、複合材層と支持層の間に封入されるように、エーロゲル断熱材料の第２の表面に配置される支持層とを含む層状構造を有する。複合材層は、繊維強化材料を用いて強化される樹脂マトリックス材料を含み、断熱ブランケットは、航空機エンジンのバイパスダクトの境界を画定するカウルを熱的に保護するために、コアエンジン中に装着される。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、断熱ブランケットを製作し、それを航空機エンジン上に装着するためのプロセスが、もたらされる。プロセスは、複合材層と、エーロゲル断熱材料と、支持層とを工具上で積み重ねて積層構造を形成するステップを含む。複合材層は、繊維強化材料を用いて強化される樹脂マトリックス材料を含む。次いで、積層構造は、加熱して、エーロゲル断熱材料が、その中で複合材層と支持層の間に封入される断熱ブランケットを形成する。次いで、断熱ブランケットは、それが、航空機エンジンのバイパスダクトの境界を画定するカウルを熱的に保護するように、航空機エンジン上に装着される。
【００１１】
本発明の技術的効果は、断熱ブランケットが、エンジンの火からナセル構造、たとえば、複合材のコアカウルを保護し、複合材のナセル構造を、その構造の強度構造完全性に有害にならない温度に保つことができることである。断熱ブランケットは、先行技術によるブランケットの場合通常可能であるよりも薄い厚さで、および／またはより軽い重量で、これらの役割を果たすことができ、したがって、その結果、エンジン重量を軽減し、囲繞する構成要素とのクリアランスをより広くし、そしてコアエンジンに実施する検査および保守をより簡単にすることができる。
【００１２】
本発明の他の態様および利点は、以下の詳細な明細からより良く認識されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】高バイパスターボファンエンジンの概略断面図である。
【図２】高バイパスガスタービンエンジン中に使用される従来のコアカウルの概略断面図である。
【図３】本発明の実施形態によって構築される断熱ブランケットの概略断面図である。
【図４】図３の断熱ブランケットを製作するのに適する装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図３に、たとえば図１に示すタイプの高バイパスガスタービンエンジンに使用するのに適する断熱ブランケット６０の断面を示す。図３に示す断熱ブランケット６０は、図２の断熱ブランケット５０の代わりに装着することができ、したがって、コアカウル３６とともに使用するように適合させることができる。具体的には、断熱ブランケット６０は、図２の先行技術によるブランケット５０について示し述べた方法と同様に、コアカウル３６の積層構造（外板４０および４２、およびコア４４）を熱的に保護する目的で、カウル３６の内側面上に位置付けることができる。しかし、断熱ブランケット６０は、エンジン１０の他の位置に装着すること、さらにその上、高バイパスガスタービンエンジン以外の用途で使用することができるはずであることが予測できる。
【００１５】
図３に示す断熱ブランケット６０は、複合材層６４および支持層６６に接合され、その間に在る断熱材料６２を含む層状構造を有する。断熱材料６２は、エーロゲルであり、それは、本技術分野で知られているように、ゲルから得られ、その中では、ゲルの液体構成要素が、ガスと置き換えられて、極めて低密度の固体を生じる。エーロゲル断熱材料６２の好ましい組成物は、二酸化ケイ素（シリカ；ＳｉＯ2）のエーロゲルを含むが、他の組成物、たとえば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）のエーロゲルが予測できる。適切なシリカエーロゲルの市販されている例は、アスペンエーロゲル社（Aspen Aerogels, Inc.,）からＰＹＲＯＧＥＬ（登録商標）ＸＴおよびＰＹＲＯＧＥＬ（登録商標）ＸＴＦの名で入手でき、それらは、強化材料として、不織布ガラスまたはシリカ繊維バッティングを含むアモルファスのシリカであると発表されている。ＰＹＲＯＧＥＬ（登録商標）ＸＴおよびＰＹＲＯＧＥＬ（登録商標）ＸＴＦは、最大使用可能温度が約６５０℃であるとさらに発表されており、それは、コアエンジンの断熱ブランケット６０の断熱材料６２としてのその使用に適合する。エーロゲル断熱材料６２の厚さは、ＰＹＲＯＧＥＬ（登録商標）ＸＴまたはＰＹＲＯＧＥＬ（登録商標）ＸＴＦから形成した場合、少なくとも０．１ｃｍであり、たとえば、約０．１〜約１０ｃｍであり、約０．５〜約１ｃｍであることがより好ましい。エーロゲル断熱材料６２に対する所望の厚さは、エーロゲル材料の単一層、あるいは、包み込まれた、または互いに接合されたエーロゲル材料の多層を用いて達成することができる。
【００１６】
図３のブランケット６０の形状から明らかなように、複合材層６４は、コアエンジン１４の内側に向けて半径方向内側に向かうように意図され、したがって、断熱ブランケット６０とカウル３６のために、少なくとも最初の防火バリアとして働く。複合材層６４は、繊維強化材料を用いて強化される樹脂マトリックス材料を含むポリマ複合材料であることが好ましい。繊維強化材料のための好ましい組成物は、ガラスおよび／またはシリカの繊維を含むが、他の繊維強化材料、たとえば、石英、アルミナおよび／または炭化ケイ素繊維の使用も予測できる。繊維強化材料は、織物の形態であることが好ましく、複合材層６４の少なくとも１０体積パーセントであることが好ましく、複合材層６４の約４０〜約７０体積パーセントであることがより好ましい。樹脂マトリックス材料に適する組成物は、ただし、これらに限定されないが、ポリシロキサンポリマおよびジオポリマ、たとえば、ポリシアル酸を含み、それらに、シリカなどの充填材の材料を添加することができる。樹脂マトリックス材料に好ましい組成物は、均質で共重合化され、架橋されたシリコーンポリマであり、それは、炎または十分な高温に晒されたとき、無機シリカに変換される。適切な織物の強化ポリマ複合材料の市販例は、サイテックエンジニアードマテリアルズ（CYTEC Engineered Materials）からファミリーネームＳＭ８０００で入手することができ、それは、燃える、または炭化することなく、約８００℃の温度に耐えると発表されている。具体的な例は、ＳＭ８０２７およびＳＭ８０３０であり、それらは、樹脂マトリックス材料としてシリコーンポリマ、および強化材料としてシリカ織物を含む。これらの複合材料のシリコーンポリママトリックス材料は、高温の取り扱いを被ったとき、シリカに変換されると発表されている。複合材層６４の厚さは、少なくとも０．１ｍｍであり、たとえば、約０．１〜約５ｍｍであり、約０．２〜約０．５ｍｍであることがより好ましい。断熱材料６２のように、複合材層６４は、ブランケット６０の設計要件に基づく適切な厚さを獲得するために、単一の分離された層、または２つ以上の分離された層として構築することができる。
【００１７】
支持層６６は、カウル３６に向かって半径方向外側に向き、カウル３６の半径方向内側の外板４２に直接接合することができる。支持層６６は、ブランケット６０の取り扱いおよび装着を容易にする、ブランケット６０のための支持フィルムとして働く。支持層６６は、コアエンジン１４の内側に向かって直接剥き出しになっていないが、それでもなお、少なくとも２００℃の温度に耐えることができることが好ましい。支持層６６に適切な組成物は、複合材料、アルミニウム箔および／または１つまたは複数のポリマーフィルム、たとえば、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ）フィルム、ポリイミドフィルム（たとえば、ＫＡＰＴＯＮ（登録商標））、ポリエーテルイミドフィルム、および／または流体暴露に耐性がある、別の高温ポリマーフィルムを含む。支持層６６のための他の組成物の使用が、予測できる。適切なＰＰＳＵフィルムの例は、ソルベイアドバンストポリマー（Solvay Advanced Polymers）からＲＡＤＥＬ（商標登録）の名で市販され入手できるものである。好ましい複合材料は、使用温度が１２０℃より高い芳香族タイプのエポキシアミン樹脂系を含むガラス複合材および炭素複合材であり、たとえば、サイテックエンジニアードマテリアルズから入手できるＣＹＣＯＭ（商標登録）９９７およびＣＹＣＯＭ（商標登録）９７７、およびヘクセル（Hexcel）から入手できるＨＥＸＦＬＯＷ（商標登録）ＲＴＭ６およびＨＥＸＦＬＯＷ（商標登録）ＶＲＭ３７である。複合材料のための好ましい繊維強化材は、連続織物、一方向およびノンクリンプの織物を含み、それらは、支持層６６の少なくとも１０体積パーセントを構成することが好ましく、支持層６６の約４５〜約６５体積パーセントを構成することがより好ましい。支持層６６のための適切な炭素繊維強化材料の例は、ヘクセルからＨＥＸＦＬＯＷ（商標登録）ＡＳ４の名で市販され入手できるものである。支持層６６のための適切な炭素複合材料の例は、サイテックエンジニアードマテリアルズからＣＹＣＯＭ（商標登録）９９７／ＡＳ４プレグレグの名で市販され入手できるものである。
【００１８】
また、支持層６６として、複合材層６４として使用されるものと同じ材料、たとえば、シリカ織物強化ポリシロキサン複合材を用いることも本発明の範囲に含まれ、その場合、断熱材料６２は、効果的に複合材層６４中に完全に包み込まれる。支持層６６の厚さは、少なくとも０．０２ｍｍ、たとえば、約０．０２〜約２ｍｍが好ましく、約０．０４〜約０．１３ｍｍがより好ましい。
【００１９】
上記に述べたように、断熱ブランケット６０は、任意選択で追加の層をさらに含むことができる。たとえば、図４に、断熱ブランケット６０を製作するためのプロセスを示し、そこでは、アルミニウム箔またはポリイミドフィルム（たとえば、ＫＡＰＴＯＮ（商標登録）から形成される任意選択の層７０が、断熱材料６２と複合材層６４の間に設けられる。
【００２０】
図４に示す製作のやり方は、断熱ブランケット６０を製作するために使用することができる、いくつかの可能な技術の１つである。図４では、支持層６６、エーロゲル断熱材料６２、任意選択の層７０および複合材層６４は、当て板シート６８を含むものとして図４に示す、適切な工具上で積層され、次いで、その結果得られた互いに積層された構造８０を、ブランケット６０に所望な形状およびサイズに画定させるプロセスで硬化する。図４に示すように、複合材層６４は、断熱材料６２および支持層６６の周辺全体のまわりに巻き付けることができ、したがって断熱材料６２は、複合材層６４および支持層６６によって完全に封入される。積層構造８０は、当て板シート６８上に置かれたとき、当て板シート６８の表面に適合する。したがって、図３に示すブランケット６０のアーチ形の形状を生成するために、また、当て板シート６８は、相補的なアーチ形状（図示せず）を有することになるはずである。図４に、バッグ７２を用いて被覆されている積層構造８０を概略的に示し、それによって、当て板シート６８とバッグ７２の間を真空に引くことができ、したがってバッグ７２によって積層構造８０が圧縮される。バッグは、オートクレーブプロセス中で同様に使用することができ、それによって、バッグ７２の上部表面に圧力を加え、したがって、バッグ７２が積層構造８０を圧縮する。どちらの場合でも、温度を上げた積層構造８０の圧縮は、複合材層６４および支持層６６の樹脂成分の硬化の間、ぎっしりと詰め込み、構造８０の層の間の接触を推進するように働く。図４から明らかなように、硬化プロセスによって、断熱材料６２を完全に封入するように、複合材層６４および支持層６６の少なくとも周辺が互いに接合される。適宜、また、複合材層６４および支持層６６は、断熱材料６２の対向する表面で直接接合してもよい。複合材層６４および支持層６６の一方または両方の周辺に接着剤を塗布して、それらの互い間の接着を推進することができる。複合材層６４および支持層６６が当て板シート６８およびバッグ７２に接着しないように防止するために、積層構造８０、当て板シート６８およびバッグ７２の間に存在するものとしてリリースフィルム７４および７６を示す。リリースフィルム７４および７６は、ＴＥＦＬＯＮ（商標登録）など、任意の適切な材料から形成することができる。リリースシート７６は、積層構造８０を囲繞する空気が、バッグ７２の真下から引き込まれてフィッティング７８を通って排出されるのを可能にするように、多孔性であることが好ましい。複合材層６４は、図４に示すプロセスに先立ち、製作し、真空またはオートクレーブのプロセスを使用して別々に硬化させ、次いで、断熱材料６２および支持層６６と組み合わせ、接着剤を用いて支持層６６に接合することができる。
【００２１】
適切な硬化温度、圧力／真空レベル、および他のパラメータは、使用される具体的な材料にいくぶん依存することになり、所定の実験によって決定することができる。断熱材料６２とするＰＹＲＯＧＥＬ ＸＴ（登録商標）エーロゲル材料、シリカ織物強化ポリシロキサン複合材層６４としてのＳＭ８０２７、および支持層６６としての炭素複合材料の例を使用すると、適切な硬化サイクルは、約１７〜５１ｋＰａ（約５〜約１５ｉｎＨｇ）の不完全真空で実施することができる。積層構造８０は、一度図４に示すように組み立てられると、室温から約５０℃まで約２℃／分の速度で加熱して約４０分間保持し、次いで約１２０℃まで約２℃／分の速度でさらに加熱して約４０分間保持し、次いで約１８０℃まで約２℃／分の速度でさらに加熱して約２時間保持し、次いで約２００℃まで約２℃／分の速度でさらに加熱して約２時間保持することができる。その後、その結果得られた積層構造は、約３５℃まで約３℃／分の速度で冷却することができる。
【００２２】
上記に述べた材料から構築される断熱ブランケットは、製作され、ナセル用途のための断熱ブランケットの性能を確認するために通常実施される試験を使用して、評価された。かかる試験に含まれるものは、引火試験および熱伝導率の評価であった。試験は、上記に述べたように製作し硬化した２つに試料について実施し、そこでは、断熱材料６２は、厚さが０．５ｃｍのＰＹＲＯＧＥＬ ＸＴ（商標登録）エーロゲル材料の層であり、複合材層６４は、厚さが０．０５ｍｍのＳＭ８０２７シリカ織物強化ポリシロキサン樹脂マトリックス材料の層であり、支持層６６は、厚さが０．０５ｍｍの、樹脂マトリックス材料としてＣＹＣＯＭ（商標登録）９９７、および炭素強化材料としてＨＥＸＴＯＷ（商標登録）ＡＳ４を用いて形成される炭素複合材料の層であった。実験の断熱ブランケットは、面積重量が約２．０ｋｇ／ｍ2（約０．４ｌｂｓ／ｆｔ2）であった。比較のために、従来のブランケットも試験し、そこでは、断熱材料は、厚さが０．０１〜０．０２ｃｍのステンレススチールの層、および厚さが０．０５ｃｍのＫＡＰＴＯＮ（商標登録）の層またはシリコーンポリマ層の間の、厚さが０．５ｃｍのシリカ粒子、金属酸化物および強化繊維の層であった。従来の断熱ブランケットは、面積重量が約３．１ｋｇ／ｍ2（約０．６ｌｂｓ／ｆｔ2）であった。そのように、実験のブランケットは、面積重量が、従来の断熱ブランケットより約３５％軽かった。各試験した断熱ブランケットの全体の厚さは、約５ｍｍ（約０．２ｉｎ）であった。
【００２３】
熱伝導率は、約５０℃で実施された。従来の断熱ブランケットは、熱伝導率が、約０．０５４Ｗ／ｍＫであり、一方２つの実験の断熱ブランケットは、熱伝導率が、約０．０５２および０．０４８Ｗ／ｍＫであった。したがって、実験のブランケットは、熱伝導率が、従来のブランケットとおおよそ同等、またはそれより小さかった。
【００２４】
引火試験は、断熱ブランケットを直接炎に晒して実施した。ブランケットは、約１０００秒の期間にわたってモニタし、その間、実験の断熱ブランケットは、約８００℃〜１０００℃の範囲内の温度に耐え、従来の断熱ブランケットは、約７００℃〜９００℃の範囲内の温度に耐えた。実験のブランケットの性能は、従来のブランケットと同等であると判断した。
【００２５】
上記のことから、本発明によって製作される断熱ブランケット６０は、従来の断熱ブランケットと同等の耐火性、その上、従来の断熱ブランケットより約３５％軽い面積重量が可能であると断定された。さらに、本発明の断熱ブランケットは、熱伝導率をより低くすることが可能であり、それによって、断熱ブランケット６０をより薄くして、コアエンジン１４の隣接する構造要素との間に追加のクリアランスをもたらすのが可能になる。そのように、図３に示す断熱ブランケット６０の優れた面は、カウル３６のための熱保護の所望レベルを達成するのに必要な厚さを減少させる能力である。また、断熱ブランケット６０は、良好な成形性を示し、従来の断熱ブランケットを超えるコスト優位性を有すると考えられる。
【００２６】
本発明の結果に基づき、断熱ブランケット６０に適切な全体の厚さは、少なくとも０．５ｃｍと考えられる。さらに、約２．５ｃｍ以下の厚さは、通常のコアエンジン内に断熱ブランケットを収納するために通常使用できる限られたスペースの観点から、好ましい。適切な厚さの範囲は、約０．２〜約３ｃｍのオーダーであり、約０．５ｃｍ〜約１ｃｍのオーダーであることがより好ましいと考えられる。
【００２７】
組み合わせて、複合材層６４が防火機能をもたらし、エーロゲル断熱材料６２がカウル３６の温度を、たとえば、約３０００℃から１２５０℃より低く、低下させる断熱機能をもたらす。エーロゲル断熱材料６２の厚さによって、保護を必要とするカウル３６の表面温度が主に決定される。この能力は、断熱ブランケット６０が、図１のコアエンジン１４の燃焼器２４、高圧タービン２６および低圧タービン２８を囲繞するように装着された場合、特に有利であり、コアカウル３６のための熱保護バリアとして働く。
【００２８】
本発明は、具体的な実施形態の観点から述べてきたが、当業者が他の形態を採用することができるはずであることは、明らかである。たとえば、断熱ブランケット６０の物理的な構成は、図３に示すものから異なる場合があるはずであり、断熱ブランケット６０を製作するために、述べたプロセス以外のプロセスを使用することができるはずである。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。
【符号の説明】
【００２９】
１０ エンジン
１２ アセンブリ
１４ エンジン
１６ ケーシング
１８ ブレード
２０ ノーズ
２２ コンプレッサ
２４ 燃焼器
２６ タービン
２８ タービン
３０ ダクト
３２ ノズル
３４ ナセル
３６ カウル
３８ ノズル
４０ 外板
４２ 外板
４４ コア
４８ セル
５０ ブランケット
５２ 材料
５４ スチール
５６ フィルム
６０ ブランケット
６２ 材料
６４ 層
６６ 層
６８ シート
７０ 層
７２ バッグ
７４ フィルム
７６ フィルム
７８ フィッティング
８０ 構造
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、航空機エンジンで使用されるタイプの断熱ブランケットに関する。より詳しくは、本発明は、高バイパスガスタービンエンジンのコアエンジンを囲繞するのに適する断熱ブランケットのための構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に、本技術分野で知られるタイプの高バイパスターボファンエンジン１０を概略的に示す。エンジン１０は、ファンアセンブリ１２とコアエンジン１４とを含むものとして概略的に示す。ファンアセンブリ１２は、ファンケーシング１６とファンブレード１８のアレイから前方に突き出るスピナノーズ２０とを含むものとして示す。スピナノーズ２０とファンブレード１８の両方は、ファンディスク（図示せず）によって支持される。コアエンジン１４は、高圧コンプレッサ２２、燃焼器２４、高圧タービン２６および低圧タービン２８を含むものとして示す。ファンアセンブリ１２に流入する空気の大部分は、エンジン１０の後部にバイパスされて追加のエンジン推力を発生する。バイパスされた空気は、環形状バイパスダクト３０を通過し、ダクト３０からファンノズル３２を通って流出する。ファンブレード１８は、バイパスダクト３０の半径方向外側の境界を画定するファンナセル３４によって、囲繞される。ファンナセル３４は、エンジン１０への流入ダクトおよびファンノズル３２をさらに画定し、通常、逆推力装置の一部として外側変換カウル（translation cowl）（図示せず）を組み込む。コアエンジン１４は、バイパスダクト３０の半径方向内側の境界を画定するコアカウル３６によって囲繞され、コアエンジン１４から後方に延在する主排気ノズル３８への後部コアカウルの遷移表面をもたらす。
【０００３】
コアカウル３６は、ただしファンバイパスダクト３０を通る気流のための空気力学的輪郭、音響抑制、コアエンジン１４のための火勢抑制、およびエンジンシステム故障抑制（バーストダクト）に限定されずに、これらを含む多くの機能をもたらす。高バイパスガスタービンエンジンのコアカウルは、通常、アルミニウム外板、またはアルミニウムのコアに接着接合される繊維強化複合材外板を有するように、構築されている。図２に、実施例を概略的に示し、それは、図１の領域“Ａ”の詳細な断面図として表示されている。カウル３６の構造は、比較的より厚いコア４４の対向する側に接合される、一対の外板４０および４２を含むものとして示す。コア４４は、他の軽量セルタイプの構造も、カウルコアについて知られ、使用されているが、コア４４の厚さを完全に貫通する、連続する六角形状のセル４８を含むハニカム構造を有するものとして示す。開いたセルのコア材料の非限定の例は、開いたセルのセラミック、金属、炭素および熱可塑性の発泡体、ならびに、たとえば、ＮＯＭＥＸ（登録商標）アラミド繊維から形成されるハニカムタイプの材料を含む。閉じたセルのコア材料の非限定の例は、木材および他のセルロース系材料、ならびにポリメタアクリルイミドから形成され、エボニックインダストリー（Evonik Industries、以前はDegussa）からＲＯＨＡＣＥＬＬ（登録商標）の名で市販されて入手できる、閉じたセルの低密度硬質発泡体材料を含む。図２に示す構造は、高バイパスガスタービンエンジンのコアカウル、さらに、他の航空機のエンジンのナセル構成要素、たとえば、エンジン流入口、逆推力装置およびトランスカウル（transcowl）中で使用される、サンドイッチタイプの層状構造の特色を極めてよく示す。コアカウル３６の層状構造によって、コアカウル３６が、かなりの構造負荷を支持することが可能になる。
【０００４】
図１および２から明らかなように、外板４０は、カウル３６の外側外板と言うことができ、それは、半径方向外側の方を向いて、バイパスダクト３０を通る気流の半径方向内側の境界を画定し、一方では、他の外板４２が、コアエンジン１４の内部に向かって半径方向内側の方に向いている。外側外板４０は、音響外板として形成することができ、その場合、外板４０は、多数の小さな貫通孔を形成することによって、音響的に取り扱うことになる、すなわち、その貫通孔は、音に付属する圧力波をコア４４内のセル４８中に導入し、そこでは、圧力波のエネルギが、摩擦（熱への変換）、圧力損失、およびここでは支持外板４２と言う、他の外板４２からの圧力波の反射による相殺を通じて消散させることによって、騒音を抑制するのに役立つ。コアカウル３６が、金属製または複合材の構造であるかどうかにかかわらず、断熱ブランケット５０は、支持外板４２上に設けられる。カウル３６および断熱ブランケット５０は、組み合わせて、少なくとも燃焼器部分（燃焼器２４に対応する）およびタービン部分（高圧および低圧のタービン２６および２８）を囲繞するように、装着することができ、断熱ブランケット５０は、コア４４とカウル３６の外板４０および４２との間の接着接合が、エンジン動作中に晒される温度を制限することによって、カウル３６の構造完全性を保存するように働く。断熱ブランケット５０のための現在の材料および構造は、断熱材料５２、たとえば、スチールの薄層５４とポリマーフィルム５６の間に存在するガラスおよび／またはシリカ繊維マットを含む。断熱ブランケット５０とコアカウル３６の残り部分の間での熱い空気の漏れの可能性のために、カウル３６の接合ラインの温度が限度を超えた場合、危険が生じる恐れがある。
【０００５】
動作温度が、より新しいエンジン設計に伴い、高くなってきているので、それらのコアカウルの温度環境がますます厳しくなり、断熱ブランケット５０は、より厚くより重くなることが求められており、それは、重量（燃料経済性）、コアエンジン１４の囲繞する構成要素とのクリアランス、およびコアエンジン１４に実施される保守の観点から、不利である。そうなので、見合う程度の、またはより低い熱伝導率を達成し、一方また、ブランケットの効率、およびブランケットがその中に装着されるエンジンの全体効率を向上させるために、重量を軽減することが可能である、より薄い断熱ブランケットが要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０２０６５７５号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明によって、航空機エンジンのための断熱ブランケット、および熱伝導率が低く、温度性能が高い断熱ブランケットを製造するためのプロセスがもたらされる。
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、断熱ブランケットは、対向して配置される第１および第２の表面を有するエーロゲル断熱材料と、エーロゲル断熱材料の第１の表面に配置される複合材層と、エーロゲル断熱材料が、複合材層と支持層の間に封入されるように、エーロゲル断熱材料の第２の表面に配置される支持層とを含む層状構造を有する。複合材層は、繊維強化材料を用いて強化される樹脂マトリックス材料を含む。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、断熱ブランケットは、高バイパスガスタービンエンジン上に装着され、ガスタービンエンジンのコアエンジンの燃焼器および／またはタービン部分を囲繞する。断熱ブランケットは、対向して配置される第１および第２の表面を有するエーロゲル断熱材料と、エーロゲル断熱材料の第１の表面に配置される複合材層と、エーロゲル断熱材料が、複合材層と支持層の間に封入されるように、エーロゲル断熱材料の第２の表面に配置される支持層とを含む層状構造を有する。複合材層は、繊維強化材料を用いて強化される樹脂マトリックス材料を含み、断熱ブランケットは、航空機エンジンのバイパスダクトの境界を画定するカウルを熱的に保護するために、コアエンジン中に装着される。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、断熱ブランケットを製作し、それを航空機エンジン上に装着するためのプロセスが、もたらされる。プロセスは、複合材層と、エーロゲル断熱材料と、支持層とを工具上で積み重ねて積層構造を形成するステップを含む。複合材層は、繊維強化材料を用いて強化される樹脂マトリックス材料を含む。次いで、積層構造は、加熱して、エーロゲル断熱材料が、その中で複合材層と支持層の間に封入される断熱ブランケットを形成する。次いで、断熱ブランケットは、それが、航空機エンジンのバイパスダクトの境界を画定するカウルを熱的に保護するように、航空機エンジン上に装着される。
【００１１】
本発明の技術的効果は、断熱ブランケットが、エンジンの火からナセル構造、たとえば、複合材のコアカウルを保護し、複合材のナセル構造を、その構造の強度構造完全性に有害にならない温度に保つことができることである。断熱ブランケットは、先行技術によるブランケットの場合通常可能であるよりも薄い厚さで、および／またはより軽い重量で、これらの役割を果たすことができ、したがって、その結果、エンジン重量を軽減し、囲繞する構成要素とのクリアランスをより広くし、そしてコアエンジンに実施する検査および保守をより簡単にすることができる。
【００１２】
本発明の他の態様および利点は、以下の詳細な明細からより良く認識されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】高バイパスターボファンエンジンの概略断面図である。
【図２】高バイパスガスタービンエンジン中に使用される従来のコアカウルの概略断面図である。
【図３】本発明の実施形態によって構築される断熱ブランケットの概略断面図である。
【図４】図３の断熱ブランケットを製作するのに適する装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図３に、たとえば図１に示すタイプの高バイパスガスタービンエンジンに使用するのに適する断熱ブランケット６０の断面を示す。図３に示す断熱ブランケット６０は、図２の断熱ブランケット５０の代わりに装着することができ、したがって、コアカウル３６とともに使用するように適合させることができる。具体的には、断熱ブランケット６０は、図２の先行技術によるブランケット５０について示し述べた方法と同様に、コアカウル３６の積層構造（外板４０および４２、およびコア４４）を熱的に保護する目的で、カウル３６の内側面上に位置付けることができる。しかし、断熱ブランケット６０は、エンジン１０の他の位置に装着すること、さらにその上、高バイパスガスタービンエンジン以外の用途で使用することができるはずであることが予測できる。
【００１５】
図３に示す断熱ブランケット６０は、複合材層６４および支持層６６に接合され、その間に在る断熱材料６２を含む層状構造を有する。断熱材料６２は、エーロゲルであり、それは、本技術分野で知られているように、ゲルから得られ、その中では、ゲルの液体構成要素が、ガスと置き換えられて、極めて低密度の固体を生じる。エーロゲル断熱材料６２の好ましい組成物は、二酸化ケイ素（シリカ；ＳｉＯ2）のエーロゲルを含むが、他の組成物、たとえば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）のエーロゲルが予測できる。適切なシリカエーロゲルの市販されている例は、アスペンエーロゲル社（Aspen Aerogels, Inc.,）からＰＹＲＯＧＥＬ（登録商標）ＸＴおよびＰＹＲＯＧＥＬ（登録商標）ＸＴＦの名で入手でき、それらは、強化材料として、不織布ガラスまたはシリカ繊維バッティングを含むアモルファスのシリカであると発表されている。ＰＹＲＯＧＥＬ（登録商標）ＸＴおよびＰＹＲＯＧＥＬ（登録商標）ＸＴＦは、最大使用可能温度が約６５０℃であるとさらに発表されており、それは、コアエンジンの断熱ブランケット６０の断熱材料６２としてのその使用に適合する。エーロゲル断熱材料６２の厚さは、ＰＹＲＯＧＥＬ（登録商標）ＸＴまたはＰＹＲＯＧＥＬ（登録商標）ＸＴＦから形成した場合、少なくとも０．１ｃｍであり、たとえば、約０．１〜約１０ｃｍであり、約０．５〜約１ｃｍであることがより好ましい。エーロゲル断熱材料６２に対する所望の厚さは、エーロゲル材料の単一層、あるいは、包み込まれた、または互いに接合されたエーロゲル材料の多層を用いて達成することができる。
【００１６】
図３のブランケット６０の形状から明らかなように、複合材層６４は、コアエンジン１４の内側に向けて半径方向内側に向かうように意図され、したがって、断熱ブランケット６０とカウル３６のために、少なくとも最初の防火バリアとして働く。複合材層６４は、繊維強化材料を用いて強化される樹脂マトリックス材料を含むポリマ複合材料であることが好ましい。繊維強化材料のための好ましい組成物は、ガラスおよび／またはシリカの繊維を含むが、他の繊維強化材料、たとえば、石英、アルミナおよび／または炭化ケイ素繊維の使用も予測できる。繊維強化材料は、織物の形態であることが好ましく、複合材層６４の少なくとも１０体積パーセントであることが好ましく、複合材層６４の約４０〜約７０体積パーセントであることがより好ましい。樹脂マトリックス材料に適する組成物は、ただし、これらに限定されないが、ポリシロキサンポリマおよびジオポリマ、たとえば、ポリシアル酸を含み、それらに、シリカなどの充填材の材料を添加することができる。樹脂マトリックス材料に好ましい組成物は、均質で共重合化され、架橋されたシリコーンポリマであり、それは、炎または十分な高温に晒されたとき、無機シリカに変換される。適切な織物の強化ポリマ複合材料の市販例は、サイテックエンジニアードマテリアルズ（CYTEC Engineered Materials）からファミリーネームＳＭ８０００で入手することができ、それは、燃える、または炭化することなく、約８００℃の温度に耐えると発表されている。具体的な例は、ＳＭ８０２７およびＳＭ８０３０であり、それらは、樹脂マトリックス材料としてシリコーンポリマ、および強化材料としてシリカ織物を含む。これらの複合材料のシリコーンポリママトリックス材料は、高温の取り扱いを被ったとき、シリカに変換されると発表されている。複合材層６４の厚さは、少なくとも０．１ｍｍであり、たとえば、約０．１〜約５ｍｍであり、約０．２〜約０．５ｍｍであることがより好ましい。断熱材料６２のように、複合材層６４は、ブランケット６０の設計要件に基づく適切な厚さを獲得するために、単一の分離された層、または２つ以上の分離された層として構築することができる。
【００１７】
支持層６６は、カウル３６に向かって半径方向外側に向き、カウル３６の半径方向内側の外板４２に直接接合することができる。支持層６６は、ブランケット６０の取り扱いおよび装着を容易にする、ブランケット６０のための支持フィルムとして働く。支持層６６は、コアエンジン１４の内側に向かって直接剥き出しになっていないが、それでもなお、少なくとも２００℃の温度に耐えることができることが好ましい。支持層６６に適切な組成物は、複合材料、アルミニウム箔および／または１つまたは複数のポリマーフィルム、たとえば、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ）フィルム、ポリイミドフィルム（たとえば、ＫＡＰＴＯＮ（登録商標））、ポリエーテルイミドフィルム、および／または流体暴露に耐性がある、別の高温ポリマーフィルムを含む。支持層６６のための他の組成物の使用が、予測できる。適切なＰＰＳＵフィルムの例は、ソルベイアドバンストポリマー（Solvay Advanced Polymers）からＲＡＤＥＬ（商標登録）の名で市販され入手できるものである。好ましい複合材料は、使用温度が１２０℃より高い芳香族タイプのエポキシアミン樹脂系を含むガラス複合材および炭素複合材であり、たとえば、サイテックエンジニアードマテリアルズから入手できるＣＹＣＯＭ（商標登録）９９７およびＣＹＣＯＭ（商標登録）９７７、およびヘクセル（Hexcel）から入手できるＨＥＸＦＬＯＷ（商標登録）ＲＴＭ６およびＨＥＸＦＬＯＷ（商標登録）ＶＲＭ３７である。複合材料のための好ましい繊維強化材は、連続織物、一方向およびノンクリンプの織物を含み、それらは、支持層６６の少なくとも１０体積パーセントを構成することが好ましく、支持層６６の約４５〜約６５体積パーセントを構成することがより好ましい。支持層６６のための適切な炭素繊維強化材料の例は、ヘクセルからＨＥＸＦＬＯＷ（商標登録）ＡＳ４の名で市販され入手できるものである。支持層６６のための適切な炭素複合材料の例は、サイテックエンジニアードマテリアルズからＣＹＣＯＭ（商標登録）９９７／ＡＳ４プレグレグの名で市販され入手できるものである。
【００１８】
また、支持層６６として、複合材層６４として使用されるものと同じ材料、たとえば、シリカ織物強化ポリシロキサン複合材を用いることも本発明の範囲に含まれ、その場合、断熱材料６２は、効果的に複合材層６４中に完全に包み込まれる。支持層６６の厚さは、少なくとも０．０２ｍｍ、たとえば、約０．０２〜約２ｍｍが好ましく、約０．０４〜約０．１３ｍｍがより好ましい。
【００１９】
上記に述べたように、断熱ブランケット６０は、任意選択で追加の層をさらに含むことができる。たとえば、図４に、断熱ブランケット６０を製作するためのプロセスを示し、そこでは、アルミニウム箔またはポリイミドフィルム（たとえば、ＫＡＰＴＯＮ（商標登録）から形成される任意選択の層７０が、断熱材料６２と複合材層６４の間に設けられる。
【００２０】
図４に示す製作のやり方は、断熱ブランケット６０を製作するために使用することができる、いくつかの可能な技術の１つである。図４では、支持層６６、エーロゲル断熱材料６２、任意選択の層７０および複合材層６４は、当て板シート６８を含むものとして図４に示す、適切な工具上で積層され、次いで、その結果得られた互いに積層された構造８０を、ブランケット６０に所望な形状およびサイズに画定させるプロセスで硬化する。図４に示すように、複合材層６４は、断熱材料６２および支持層６６の周辺全体のまわりに巻き付けることができ、したがって断熱材料６２は、複合材層６４および支持層６６によって完全に封入される。積層構造８０は、当て板シート６８上に置かれたとき、当て板シート６８の表面に適合する。したがって、図３に示すブランケット６０のアーチ形の形状を生成するために、また、当て板シート６８は、相補的なアーチ形状（図示せず）を有することになるはずである。図４に、バッグ７２を用いて被覆されている積層構造８０を概略的に示し、それによって、当て板シート６８とバッグ７２の間を真空に引くことができ、したがってバッグ７２によって積層構造８０が圧縮される。バッグは、オートクレーブプロセス中で同様に使用することができ、それによって、バッグ７２の上部表面に圧力を加え、したがって、バッグ７２が積層構造８０を圧縮する。どちらの場合でも、温度を上げた積層構造８０の圧縮は、複合材層６４および支持層６６の樹脂成分の硬化の間、ぎっしりと詰め込み、構造８０の層の間の接触を推進するように働く。図４から明らかなように、硬化プロセスによって、断熱材料６２を完全に封入するように、複合材層６４および支持層６６の少なくとも周辺が互いに接合される。適宜、また、複合材層６４および支持層６６は、断熱材料６２の対向する表面で直接接合してもよい。複合材層６４および支持層６６の一方または両方の周辺に接着剤を塗布して、それらの互い間の接着を推進することができる。複合材層６４および支持層６６が当て板シート６８およびバッグ７２に接着しないように防止するために、積層構造８０、当て板シート６８およびバッグ７２の間に存在するものとしてリリースフィルム７４および７６を示す。リリースフィルム７４および７６は、ＴＥＦＬＯＮ（商標登録）など、任意の適切な材料から形成することができる。リリースシート７６は、積層構造８０を囲繞する空気が、バッグ７２の真下から引き込まれてフィッティング７８を通って排出されるのを可能にするように、多孔性であることが好ましい。複合材層６４は、図４に示すプロセスに先立ち、製作し、真空またはオートクレーブのプロセスを使用して別々に硬化させ、次いで、断熱材料６２および支持層６６と組み合わせ、接着剤を用いて支持層６６に接合することができる。
【００２１】
適切な硬化温度、圧力／真空レベル、および他のパラメータは、使用される具体的な材料にいくぶん依存することになり、所定の実験によって決定することができる。断熱材料６２とするＰＹＲＯＧＥＬ ＸＴ（登録商標）エーロゲル材料、シリカ織物強化ポリシロキサン複合材層６４としてのＳＭ８０２７、および支持層６６としての炭素複合材料の例を使用すると、適切な硬化サイクルは、約１７〜５１ｋＰａ（約５〜約１５ｉｎＨｇ）の不完全真空で実施することができる。積層構造８０は、一度図４に示すように組み立てられると、室温から約５０℃まで約２℃／分の速度で加熱して約４０分間保持し、次いで約１２０℃まで約２℃／分の速度でさらに加熱して約４０分間保持し、次いで約１８０℃まで約２℃／分の速度でさらに加熱して約２時間保持し、次いで約２００℃まで約２℃／分の速度でさらに加熱して約２時間保持することができる。その後、その結果得られた積層構造は、約３５℃まで約３℃／分の速度で冷却することができる。
【００２２】
上記に述べた材料から構築される断熱ブランケットは、製作され、ナセル用途のための断熱ブランケットの性能を確認するために通常実施される試験を使用して、評価された。かかる試験に含まれるものは、引火試験および熱伝導率の評価であった。試験は、上記に述べたように製作し硬化した２つに試料について実施し、そこでは、断熱材料６２は、厚さが０．５ｃｍのＰＹＲＯＧＥＬ ＸＴ（商標登録）エーロゲル材料の層であり、複合材層６４は、厚さが０．０５ｍｍのＳＭ８０２７シリカ織物強化ポリシロキサン樹脂マトリックス材料の層であり、支持層６６は、厚さが０．０５ｍｍの、樹脂マトリックス材料としてＣＹＣＯＭ（商標登録）９９７、および炭素強化材料としてＨＥＸＴＯＷ（商標登録）ＡＳ４を用いて形成される炭素複合材料の層であった。実験の断熱ブランケットは、面積重量が約２．０ｋｇ／ｍ2（約０．４ｌｂｓ／ｆｔ2）であった。比較のために、従来のブランケットも試験し、そこでは、断熱材料は、厚さが０．０１〜０．０２ｃｍのステンレススチールの層、および厚さが０．０５ｃｍのＫＡＰＴＯＮ（商標登録）の層またはシリコーンポリマ層の間の、厚さが０．５ｃｍのシリカ粒子、金属酸化物および強化繊維の層であった。従来の断熱ブランケットは、面積重量が約３．１ｋｇ／ｍ2（約０．６ｌｂｓ／ｆｔ2）であった。そのように、実験のブランケットは、面積重量が、従来の断熱ブランケットより約３５％軽かった。各試験した断熱ブランケットの全体の厚さは、約５ｍｍ（約０．２ｉｎ）であった。
【００２３】
熱伝導率は、約５０℃で実施された。従来の断熱ブランケットは、熱伝導率が、約０．０５４Ｗ／ｍＫであり、一方２つの実験の断熱ブランケットは、熱伝導率が、約０．０５２および０．０４８Ｗ／ｍＫであった。したがって、実験のブランケットは、熱伝導率が、従来のブランケットとおおよそ同等、またはそれより小さかった。
【００２４】
引火試験は、断熱ブランケットを直接炎に晒して実施した。ブランケットは、約１０００秒の期間にわたってモニタし、その間、実験の断熱ブランケットは、約８００℃〜１０００℃の範囲内の温度に耐え、従来の断熱ブランケットは、約７００℃〜９００℃の範囲内の温度に耐えた。実験のブランケットの性能は、従来のブランケットと同等であると判断した。
【００２５】
上記のことから、本発明によって製作される断熱ブランケット６０は、従来の断熱ブランケットと同等の耐火性、その上、従来の断熱ブランケットより約３５％軽い面積重量が可能であると断定された。さらに、本発明の断熱ブランケットは、熱伝導率をより低くすることが可能であり、それによって、断熱ブランケット６０をより薄くして、コアエンジン１４の隣接する構造要素との間に追加のクリアランスをもたらすのが可能になる。そのように、図３に示す断熱ブランケット６０の優れた面は、カウル３６のための熱保護の所望レベルを達成するのに必要な厚さを減少させる能力である。また、断熱ブランケット６０は、良好な成形性を示し、従来の断熱ブランケットを超えるコスト優位性を有すると考えられる。
【００２６】
本発明の結果に基づき、断熱ブランケット６０に適切な全体の厚さは、少なくとも０．５ｃｍと考えられる。さらに、約２．５ｃｍ以下の厚さは、通常のコアエンジン内に断熱ブランケットを収納するために通常使用できる限られたスペースの観点から、好ましい。適切な厚さの範囲は、約０．２〜約３ｃｍのオーダーであり、約０．５ｃｍ〜約１ｃｍのオーダーであることがより好ましいと考えられる。
【００２７】
組み合わせて、複合材層６４が防火機能をもたらし、エーロゲル断熱材料６２がカウル３６の温度を、たとえば、約３０００℃から１２５０℃より低く、低下させる断熱機能をもたらす。エーロゲル断熱材料６２の厚さによって、保護を必要とするカウル３６の表面温度が主に決定される。この能力は、断熱ブランケット６０が、図１のコアエンジン１４の燃焼器２４、高圧タービン２６および低圧タービン２８を囲繞するように装着された場合、特に有利であり、コアカウル３６のための熱保護バリアとして働く。
【００２８】
本発明は、具体的な実施形態の観点から述べてきたが、当業者が他の形態を採用することができるはずであることは、明らかである。たとえば、断熱ブランケット６０の物理的な構成は、図３に示すものから異なる場合があるはずであり、断熱ブランケット６０を製作するために、述べたプロセス以外のプロセスを使用することができるはずである。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。
【符号の説明】
【００２９】
１０ エンジン
１２ アセンブリ
１４ エンジン
１６ ケーシング
１８ ブレード
２０ ノーズ
２２ コンプレッサ
２４ 燃焼器
２６ タービン
２８ タービン
３０ ダクト
３２ ノズル
３４ ナセル
３６ カウル
３８ ノズル
４０ 外板
４２ 外板
４４ コア
４８ セル
５０ ブランケット
５２ 材料
５４ スチール
５６ フィルム
６０ ブランケット
６２ 材料
６４ 層
６６ 層
６８ シート
７０ 層
７２ バッグ
７４ フィルム
７６ フィルム
７８ フィッティング
８０ 構造
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱ブランケット（６０）であって、
対向して配置される第１および第２の表面を有するエーロゲル断熱材料（６２）と、
前記エーロゲル断熱材料（６２）の前記第１の表面に配置される複合材層（６４）であって、前記複合材層（６４）は、繊維強化材料を用いて強化される樹脂マトリックス材料を含む、複合材層（６４）と、
前記エーロゲル断熱材料（６２）が、前記複合材層（６４）と支持層（６６）の間に封入されるように、前記エーロゲル断熱材料（６２）の前記第２の表面に配置される前記支持層（６６）とを特徴とする層状構造を有する、断熱ブランケット（６０）。
【請求項２】
前記エーロゲル断熱材料（６２）は、シリカおよびアルミナからなる群から選択される、少なくとも１つの材料から形成されることを特徴とする、請求項１記載の断熱ブランケット（６０）。
【請求項３】
前記複合材層（６４）の前記樹脂マトリックス材料は、加熱されたとき、シリカに変換されるポリシロキサンおよびジオポリマからなる群から選択されることを特徴とする、請求項１または２記載の断熱ブランケット（６０）。
【請求項４】
前記複合材層（６４）の前記繊維強化材料は、シリカ、ガラス、石英、アルミナおよび炭化ケイ素繊維からなる群から選択される、少なくとも１つの材料であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項記載の断熱ブランケット（６０）。
【請求項５】
前記支持層（６６）は、複合材料、アルミニウム箔およびポリマーフィルムの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項記載の断熱ブランケット（６０）。
【請求項６】
前記支持層（６６）は、ポリフェニルスルホンフィルム、ポリイミドフィルムおよびポリエーテルイミドフィルムからなる群から選択される、少なくとも１つのポリマーフィルムを含むことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項記載の断熱ブランケット（６０）。
【請求項７】
前記支持層（６６）は、ガラス複合材料または炭素複合材料、および芳香族タイプのエポキシアミン樹脂マトリックス材料を含むことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項記載の断熱ブランケット（６０）。
【請求項８】
前記支持層（６６）は、炭素強化材料を含む炭素複合材料を含むことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項記載の断熱ブランケット（６０）。
【請求項９】
前記断熱ブランケット（６０）は、高バイパスガスタービンエンジン（１０）のコアエンジン（１４）中に装着されることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項記載の断熱ブランケット（６０）。
【請求項１０】
前記断熱ブランケット（６０）は、前記航空機エンジン（１０）のバイパスダクト（３０）の境界を画定するカウル（３６）を熱的に保護するように装着されることを特徴とする、請求項９項記載の断熱ブランケット（６０）。
【請求項１】
断熱ブランケット（６０）であって、
対向して配置される第１および第２の表面を有するエーロゲル断熱材料（６２）と、
前記エーロゲル断熱材料（６２）の前記第１の表面に配置される複合材層（６４）であって、前記複合材層（６４）は、繊維強化材料を用いて強化される樹脂マトリックス材料を含む、複合材層（６４）と、
前記エーロゲル断熱材料（６２）が、前記複合材層（６４）と支持層（６６）の間に封入されるように、前記エーロゲル断熱材料（６２）の前記第２の表面に配置される前記支持層（６６）とを特徴とする層状構造を有する、断熱ブランケット（６０）。
【請求項２】
前記エーロゲル断熱材料（６２）は、シリカおよびアルミナからなる群から選択される、少なくとも１つの材料から形成されることを特徴とする、請求項１記載の断熱ブランケット（６０）。
【請求項３】
前記複合材層（６４）の前記樹脂マトリックス材料は、加熱されたとき、シリカに変換されるポリシロキサンおよびジオポリマからなる群から選択されることを特徴とする、請求項１または２記載の断熱ブランケット（６０）。
【請求項４】
前記複合材層（６４）の前記繊維強化材料は、シリカ、ガラス、石英、アルミナおよび炭化ケイ素繊維からなる群から選択される、少なくとも１つの材料であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項記載の断熱ブランケット（６０）。
【請求項５】
前記支持層（６６）は、複合材料、アルミニウム箔およびポリマーフィルムの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項記載の断熱ブランケット（６０）。
【請求項６】
前記支持層（６６）は、ポリフェニルスルホンフィルム、ポリイミドフィルムおよびポリエーテルイミドフィルムからなる群から選択される、少なくとも１つのポリマーフィルムを含むことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項記載の断熱ブランケット（６０）。
【請求項７】
前記支持層（６６）は、ガラス複合材料または炭素複合材料、および芳香族タイプのエポキシアミン樹脂マトリックス材料を含むことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項記載の断熱ブランケット（６０）。
【請求項８】
前記支持層（６６）は、炭素強化材料を含む炭素複合材料を含むことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項記載の断熱ブランケット（６０）。
【請求項９】
前記断熱ブランケット（６０）は、高バイパスガスタービンエンジン（１０）のコアエンジン（１４）中に装着されることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項記載の断熱ブランケット（６０）。
【請求項１０】
前記断熱ブランケット（６０）は、前記航空機エンジン（１０）のバイパスダクト（３０）の境界を画定するカウル（３６）を熱的に保護するように装着されることを特徴とする、請求項９項記載の断熱ブランケット（６０）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２５１５５０（Ｐ２０１２−２５１５５０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１２０４０１（Ｐ２０１２−１２０４０１）
【出願日】平成２４年５月２８日（２０１２．５．２８）
【出願人】（３１００２２１３２）エムアールエイ・システムズ・インコーポレイテッド (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１２０４０１（Ｐ２０１２−１２０４０１）
【出願日】平成２４年５月２８日（２０１２．５．２８）
【出願人】（３１００２２１３２）エムアールエイ・システムズ・インコーポレイテッド (11)
【Ｆターム（参考）】
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