JP2000006893A - 複合材翼構造 - Google Patents

複合材翼構造

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JP2000006893A
JP2000006893A JP10176093A JP17609398A JP2000006893A JP 2000006893 A JP2000006893 A JP 2000006893A JP 10176093 A JP10176093 A JP 10176093A JP 17609398 A JP17609398 A JP 17609398A JP 2000006893 A JP2000006893 A JP 2000006893A
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composite
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wing
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Kazuaki Amaoka
和昭 天岡
Hideyuki Sano
英之 佐野
Naoya Takizawa
尚哉 滝沢
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Subaru Corp
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Fuji Heavy Industries Ltd
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C3/00—Wings

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成要素が単純化され、部品点数が減り、成
形が容易になる。 【解決手段】 スパン方向に延びる複数の桁１１を有す
る複合材一体成形多桁構造体２，３，４をスパン方向に
複数配置する。各複合材一体成形多桁構造体２，３，４
は、上面外板９と、下面外板１０と、上面外板９と下面
外板１０の間に略同一方向に配置された複数の桁１１を
有する。複合材一体成形多桁構造体の少なくとも一端に
桁１１に直交する方向に小骨８を取付け、複合材一体成
形多桁構造体同士を小骨８を介して連結手段１３で連結
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、航空機
の主翼に適用される複合材翼構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の航空機の翼構造として、図１０な
いし図１２に示す構造のものは知られている。図１０に
示す翼構造は、上面外板１００と、下面外板１０１と、
前桁１０２と、後桁１０３と、複数の小骨１０４とで構
成され、これら部材をファスナにより組み立てたもので
ある。図１１に示す翼構造は、下面外板１１１に、前桁
１１２と後桁１１３と小骨１１４で構成される下部構造
１１５を一体成形し、これに上面外板１１６をファスナ
により組み立てたものである。図１２に示す翼構造は、
下面外板１１７と桁１１８を一体成形し、これに上面外
板１１９と前縁１２０と後縁１２１をファスナにより組
み立てたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】外板と桁と複数の小骨
をファスナ結合した航空機等の翼構造は、部品点数が多
くなり、これらを組み立てるために組立て治具を必要と
し、しかも、全体重量が重くなり、かつコスト高になる
という問題点がある。
【０００４】下面外板に桁および小骨で構成される下部
構造を一体成形した航空機等の翼構造は、構造コンセプ
トをそのままで一体化しており、治具成形プロセスが複
雑になり、プリプレグの積層に手間がかかり、しかも、
一方の外板をファスナ結合しなければならず、コスト高
になってしまうという問題点がある。
【０００５】低コストの翼構造様式としてはマルチスパ
ー一体成形方式がよいことが分かっているが、エルロン
（補助翼）、フラップや脚取付部から入る大きな荷重を
構造全体に伝達する力骨を配置しようとすると、一体構
造化できなかった。
【０００６】本発明は、上記問題点を解消するととも
に、軽量低コスト化を可能にする複合材翼構造を提供す
ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の複合材翼構造
は、スパン方向に延びる複数の桁を有する複合材多桁構
造体を、スパン方向に複数配置したことで、各複合材多
桁構造体をスパン方向に分割した形状とすることで、長
い翼を分割して制作できるので、製作を容易にすること
ができる。
【０００８】本発明の複合材翼構造は、複合材多桁構造
体を上面外板と下面外板の間に複数の桁を一体成形する
ことで、部品の交差や上面外板のファスナ結合作業がな
く、製作プロセスがシンプルになる。
【０００９】本発明の複合材翼構造は、複合材多桁構造
体の少なくとも一端に桁に直交する方向に小骨を取付
け、複合材多桁構造体同士を小骨を介して連結装置で連
結したことで、複合材多桁構造体の間に小骨を配置する
ことになり、フラップや脚荷重のように大きい荷重が加
わる旅客機の主翼に適用できることに加えて、軽量低コ
スト化を可能にする。
【００１０】本発明の複合材翼構造は、複合材多桁構造
体の桁自体にスパン方向に延びるベントラインを形成す
ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。
【００１２】図１は本発明の複合材翼構造を航空機の主
翼に適用した例を示す図であり、この主翼１は、３つの
複合材一体成形多桁構造体２，３，４を結合することで
構成される。３つの複合材一体成形多桁構造体２，３，
４は、主翼の翼形をスパン方向に３つに分割した形状を
なしている。図１では複合材一体成形多桁構造体は、３
つに分割されているが、これは対象物に応じて可変とさ
れるものである。
【００１３】上記複合材一体成形多桁構造体２には、図
２に示すように、前端に前縁６が結合され、後端に後縁
７が結合され、側端にコ形エンドリブ（小骨）８が結合
される。コ形エンドリブ８は、大きい荷重を翼構造に伝
達させる力骨および翼内燃料タンクの仕切壁としても作
用する。
【００１４】図１において、内側すなわち胴体側に位置
する複合材一体成形多桁構造体２は、狭い幅の側端にコ
形エンドリブ８を有する。中間に位置する複合材一体成
形多桁構造体３は、両方の側端にコ形エンドリブ８を有
する。外側に位置する複合材一体成形多桁構造体４は、
広い幅の側端にコ形エンドリブ８を有する。
【００１５】各複合材一体成形多桁構造体２，３，４
は、図３に示すように、上面外板９と、下面外板１０
と、上面外板９と下面外板１０の間に略同一方向に配置
された複数の中間桁１１と前桁１９と後桁２０を有す
る。中間桁１１は、略Ｙ形をなし二又部分を上面外板９
に結合している。そのため、上面外板９と中間桁１１の
二又部分との間にスパン方向に延びる通気パイプ１２が
形成される。この通気パイプ１２は燃料タンクのベント
ラインとして作用する。また、中間桁１１は二又部分を
上面外板９に接合しているので、上面外板９と中間桁１
１とのピッチＰは、通常のＩ形桁より狭くなり、圧縮荷
重に対する上面外板９の座屈許容荷重が上がり、強度も
強くなる。
【００１６】上記複合材一体成形多桁構造体２は、図４
ないし図６に示すように、連結手段１３を介して複合材
一体成形多桁構造体３に一体的に結合される。図示しな
いが、同様に、複合材一体成形多桁構造体３は、同様構
成の連結手段１３を介して複合材一体成形多桁構造体４
に一体的に結合される。
【００１７】すなわち、複合材一体成形多桁構造体２と
複合材一体成形多桁構造体３、複合材一体成形多桁構造
体３と複合材一体成形多桁構造体４は、エンドリブ８、
前桁１９および後桁２０を連結手段１３を介して一体的
に結合される。この場合、複合材一体成形多桁構造体
２，３，４の側端に力骨として作用するエンドリブ８を
設け、複合材一体成形多桁構造体２，３，４を一体に結
合することで、シンプルでファスナも大幅に少なく、し
かも、複合材でしかできない構造で低コスト化が可能と
なる。
【００１８】上記連結手段１３は、図４ないし図６に示
すように、複合材一体成形多桁構造体２の前桁１９ａと
複合材一体成形多桁構造体３の前桁１９ｂを連結するチ
タン合金もしくはアルミ合金製の結合金具１４と、複合
材一体成形多桁構造体２のエンドリブ８ａと複合材一体
成形多桁構造体３のエンドリブ８ｂを連結する結合金具
１５とを有する。
【００１９】上記結合金具１４は、複合材一体成形多桁
構造体２の前桁１９ａと複合材一体成形多桁構造体３の
前桁１９ｂを橋絡する長さのチャンネル状部材であり、
通常のねじ手段により複合材一体成形多桁構造体２の前
桁１９ａと複合材一体成形多桁構造体３の前桁１９ｂに
結合される。
【００２０】上記結合金具１５は、図５および図６に示
すように、一端を複合材一体成形多桁構造体２の前桁１
９ａ、中間部を複合材一体成形多桁構造体２のエンドリ
ブ８ａに固定した結合板１６ａと、一端を複合材一体成
形多桁構造体３の前桁１９ｂ、中間部を複合材一体成形
多桁構造体３のエンドリブ８ｂに固定した結合板１６ｂ
と、結合板１６ａと結合板１６ｂを連結する結合板１７
を有する。結合板１７は通常のねじ手段により結合板１
６ａ，１６ｂに結合される。
【００２１】複合材一体成形多桁構造体２の通気パイプ
１２と複合材一体成形多桁構造体３の通気パイプ１２を
連結するには、図６および図７に示すように、複合材一
体成形多桁構造体２の通気パイプ１２に連通するパイプ
１８ａと複合材多桁構造体３の通気パイプ１２に連通す
るパイプ１８ｂを設け、２つのパイプ１８，１８をエン
ドリブ８のコード方向に延ばしパイプ端同士を図示しな
い連結具で連結することで行う。
【００２２】つぎに、複合材製主翼１の製造方法を説明
する。まず、主翼の翼形をスパン方向に３つに分割した
形状の複合材一体成形多桁構造体２，３，４を成形す
る。複合材一体成形多桁構造体２，３，４は、エンドリ
ブ８が１つであるか、２つであるかを除いて同じ構成で
あるから、複合材一体成形多桁構造体２についてだけ説
明する。
【００２３】複合材一体成形多桁構造体２の成形に先立
って、上面外板９および下面外板１０を成形する。上面
外板９および下面外板１０は、主翼の翼形をスパン方向
に分割した形状に裁断した熱硬化性樹脂または熱可塑性
樹脂を含浸した炭素繊維強化複合材（ＣＦＰＰ）プリプ
レグを複数枚用意し、これら複数枚のプリプレグを図示
しない上型治具および下型治具にそれぞれレイアップ
し、バギングシートの内部空間を真空引きし、材料に応
じて適度に加熱して半硬化の状態に成形される。
【００２４】つぎに、中間桁１１と前桁１９と後桁２０
を成形するために、所定寸法に裁断した炭素繊維強化複
合材のプリプレグを用意し、図８に示すように、炭素繊
維強化複合材のプリプレグを一隅部を切欠いた矩形断面
治具３０、両隅部を切欠いた矩形断面治具３１、３角形
断面治具３２および矩形断面治具３３にそれぞれレイア
ップし、全体をバギングシートで覆い、バギングシート
の内部空間を真空引きし、それぞれ半硬化状態の一隅部
を切欠いた矩形中空積層体３４と両隅部を切欠いた矩形
中空積層体３５と３角形中空積層体３６とコ形積層体３
７を成形する。このとき、矩形断面治具３０，３１，３
３の上下面と三角形断面治具３２の上面とは翼形状に沿
った形状に形成されている。
【００２５】複合材一体成形多桁構造体２を成形するに
は、図９に示すように、下型治具４０の上に下面外板１
０を配置し、この下面外板１０の上に一隅部を切欠いた
矩形中空積層体３４と両隅部を切欠いた矩形中空積層体
３５を切り欠き部が対向するように配置し、切り欠き部
により形成される空間に３角形中空積層体３６を配置
し、この前後に、前桁１９を形成するためのコ形積層体
３７と後桁２０を形成するためのコ形積層体３７を配置
し、この上に、上面外板９を配置し、上面外板９の上に
上型治具４１を配置し、これら全体をバギングシート４
２で覆い、バギングシート４２の内部空間を真空引き
し、オートクレーブにおいて１８０℃で２時間加圧加熱
して硬化する。この温度および圧力は使用する複合材料
に応じて適切に決められる。その後、矩形断面治具３
０，３１および３角形断面治具３２を引き抜くことで、
複合材一体成形多桁構造体２が成形される。
【００２６】つぎに、複合材一体成形多桁構造体２と複
合材一体成形多桁構造３の結合について述べ、複合材一
体成形多桁構造体同士の結合を説明する。
【００２７】ここでは、コ形エンドリブ８、結合板１
６、結合金具１７および結合金具１８は、チタン合金も
しくはアルミ合金材料を切削加工して製作され、コ形エ
ンドリブ８、結合板１６、結合金具１７および結合金具
１８には、結合用のねじ等の貫通孔が設けられてナット
等も固設され、さらに、エンドリブ８には、そのベント
ライン１２に対応した部分に図示しない貫通孔が設けら
れる。
【００２８】まず、チタン合金もしくはアルミ合金また
は繊維強化複合材で製作された、Ｌ字状のスティフナー
４３の片側を複合材一体成形多桁構造体２の桁１１，１
９，２０にファスナで固定し、スティフナー４３のもう
片側に、コ形エンドリブ８ａを、その開口部を外に向け
てブラインドファスナ等で結合する。この際、桁１１，
１９，２０とコ形エンドリブ８ａのウェブ間にはシーラ
ントを塗布して隙間をなくす。同様に、複合材一体成形
多桁構造体３にも、結合板１６ｂとコ形エンドリブ８ｂ
とパイプ１８ｂを取り付ける。
【００２９】複合材一体成形多桁構造体２と複合材一体
成形多桁構造体３を結合するには、複合材一体成形多桁
構造体２のコ形エンドリブ８ａ側に複合材一体成形多桁
構造体３を隣接配置し、複合材一体成形多桁構造体２の
各通気パイプ１２にパイプ１８ａを連通し、複合材一体
成形多桁構造体３の各通気パイプ１２にパイプ１８ｂを
連通し、複合材一体成形多桁構造体２の通気パイプ１２
に連通したパイプ１８ａおよび複合材一体成形多桁構造
体３の通気パイプ１２に連通したパイプ１８ｂをエンド
リブ８のコード方向に前桁の前もしくは後桁の後まで延
ばし、パイプ端同士を図示しない連結具で連結する。こ
れにより、複合材一体成形多桁構造体２の各通気パイプ
１２と複合材一体成形多桁構造体３の各通気パイプ１２
は連通する。通気パイプ１２と通気パイプ１８との連結
は、通気パイプ１８の先端にフランジを設けておき、こ
のフランジをエンドリブ８ａの図示しない上記貫通孔の
部分にファスナ結合する。
【００３０】ついで、複合材一体成形多桁構造体２の上
面外板９に結合板１６ａを結合し、複合材一体成形多桁
構造体３の上面外板９に結合板１６ｂを結合し、結合板
１６ａおよびエンドリブ８ａと結合板１６ｂおよびエン
ドリブ８ｂを結合板１７で連結する。これと同時に、複
合材一体成形多桁構造体２の前桁１９ａと複合材一体成
形多桁構造体３の前桁１９ｂを結合金具１４で連結し、
後桁２０ａと後桁２０ｂを結合金具１４で連結する。こ
れにより、複合材一体成形多桁構造体２と複合材一体成
形多桁構造体３が一体的に結合される。上面外板９と結
合板金具１７の間および下面外板１０と結合板金具１７
の間は、十分狭く設定されるとともに、シーラントが挿
入されて密閉される。
【００３１】あるいは、図示しないが下面の結合板また
は前桁結合金具あるいは後桁結合金具に適当な作業孔を
設けることにより、複合材一体成形多桁構造体２と複合
材一体成形多桁構造体３のパイプ１２同士を直接連結さ
せることもできる。
【００３２】このようにして、主翼の翼形をスパン方向
に３つに分割した複合材一体成形多桁構造体２，３，４
を一体的に結合することで複合材製主翼１が形成され
る。この場合、主翼１を複数に分割した複合材一体成形
多桁構造体とすることで、各複合材一体成形多桁構造体
を既存の設備で成形できることになる。
【００３３】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、スパ
ン方向に延びる複数の桁を有する複合材多桁構造体をス
パン方向に複数配置したことで、構成要素が単純化さ
れ、部品点数が減り、成形が容易になる。しかも、翼長
の長い主翼を既存の設備で成形することができる。
【００３４】また、複数の複合材一体成形多桁構造体の
側端に小骨を設けたことで、必要な強度を確保すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による複合材翼構造の分解斜視図。
【図２】複合材一体成形多桁多桁構造体部分の分解斜視
図。
【図３】複合材一体成形多桁構造体のコード方向の断面
図。
【図４】複合材一体成形多桁構造体の前桁の連結部を示
す図。
【図５】複合材一体成形多桁構造体の上部結合構造を示
す図。
【図６】図４のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図７】複合材一体成形多桁構造体の通気パイプの連結
を示す図。
【図８】桁の成形準備段階を示す図。
【図９】本発明による複合材翼構造の成形装置を示す
図。
【図１０】従来の複合材翼構造を示す図。
【図１１】従来の複合材翼構造を示す図。
【図１２】従来の金属材翼構造を示す図。
【符号の説明】
１ 主翼 ２，３，４ 複合材一体成形多桁構造体 ６ 前縁 ７ 後縁 ８ コ形エンドリブ ９ 上面外板 １０ 下面外板 １１ 桁 １２ 通気パイプ １３ 連結手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 滝沢 尚哉 東京都新宿区西新宿一丁目７番２号 富士 重工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4F100 AB10 AB12 AB31 AD11 AK01 AT00A AT00B BA03 BA06 BA10A BA10B BA13 DC25 DC25C DH01 EJ82 GB31 JK01 JL01 JL02

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】スパン方向に延びる複数の桁を有する複合
    材多桁構造体をスパン方向に複数配置したことを特徴と
    する複合材翼構造。
  2. 【請求項２】複合材多桁構造体は、上面外板と下面外の
    間に複数の桁を一体成形して構成されることを特徴とす
    る請求項１に記載の複合材翼構造。
  3. 【請求項３】複合材多桁構造体は、少なくとも一端に桁
    に直交する方向に小骨を有し、複合材多桁構造体同士は
    小骨を介して連結手段で連結されることを特徴とする請
    求項１または２に記載の複合材翼構造。
  4. 【請求項４】桁はＹ形をなし、スパン方向に延びるベン
    トラインを形成したことを特徴とする請求項１ないし３
    のいずれかに記載の複合材翼構造。
  5. 【請求項５】スパン方向に複数に分割された翼構造体
    と、翼構造体の端部に接合され隣接する翼構造体を結合
    する小骨と、隣接する翼構造体の桁同士を結合する結合
    材を有することを特徴とする航空機の翼構造。
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