JP2002302097A - 複合材翼およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コード方向中央部で複合材翼を前方桁間構造
と後方桁間構造の２個の桁間構造に分割してそれぞれ一
体成形し機械的結合手段により結合することで低コスト
化が可能な複合材翼を提供する。 【解決手段】 前桁１２と前半分のリブ１３とストリン
ガ１４，１５，１６を複合材で一体成形した前方桁間骨
組構造体４と前方桁間骨組構造体４の上下面に接着され
た外板５，６とで構成される前方桁間構造２と、後桁１
７と後半分のリブ１８とストリンガ１９，２０，２１を
複合材で一体成形した後方桁構造体７と後方桁構造体７
の上下面に接着された外板８，９とで構成される後方桁
間構造３と、前方桁間構造２と後方桁間構造３を機械的
結合手段１１により結合する結合金具１０とから構成さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固定翼機の主翼構
造に係り、特に、前後に分割した桁間構造を有する複合
材翼およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に用いられている固定翼機の金属製
主翼は、桁、ストリンガ、リブ（シアタイ）および外板
をそれぞれ個別に製作し、これらをそれぞれファスナ結
合することで組み立てるようにしている。桁間構造を燃
料タンクとして使うためには、ストリンガと外板の結合
部や、ストリンガとリブの結合部や、桁と外板の結合部
が燃料漏洩経路となるので、これら結合部をシール処理
する必要がある。

【０００３】すなわち、燃料金属製主翼の桁間構造を燃
料タンクとして使うには、図８に示すように、ストリン
ガ１００と外板１０１のファスナ結合部１０２や、スト
リンガ１００とリブ１０３のファスナ結合部１０４にシ
ール処理１０５，１０６を施したり、図９に示すよう
に、リブ１０３と桁１０７のファスナ結合部１０８や外
板１０１とリブ１０３と桁１０７のファスナ結合部１０
９にシール処理１１０，１１１を施している。また、ス
トリンガ１００と外板１０１の接合面やリブ１０３と外
板１０１の接合面にもシール処理１１２，１１３を施す
ことが必要である。

【０００４】また、外板とストリンガ一体式のインテグ
ラル外板を有する金属製主翼は、図１０に示すように、
インテグラル外板１１４と桁１０７（図９）とリブ１０
３をそれぞれファスナ結合して桁間構造を組み立てるの
で、桁間構造を燃料タンクとして使うには、インテグラ
ル外板１１４とリブ１０３のファスナ結合部１１５や図
９に示すリブ１０３と桁１０７のファスナ結合部１０８
が燃料漏洩経路となるので、ファスナ結合部１１５やフ
ァスナ結合部１０８にシール処理１１６，１１０を施し
たり、インテグラル外板１１４とリブ１０３の接合面に
シール処理１１７を施すことが必要である。

【０００５】また、分割式外板を有する金属製主翼の桁
間構造を燃料タンクとして使うには、図１１に示すよう
に分割された外板の端面を近接させて、両外板の端部を
結合するスプライスストリンガ１１８と分割外板１１
９，１１９のファスナ結合部１２０が燃料漏洩経路とな
るので、これらファスナ結合部１２０をシール処理１２
１することが必要がある。

【０００６】桁間構造を組み立てる際の通常のファスナ
結合の行程は概略次の通りである。 結合する２つ以上の部品を重ねて位置決めする。 これらにドリルによりファスナ孔を穿孔する。 重ね合わせた部品を一度分解して、孔周りにできた
バリの除去を行う。 部品の清掃。 結合する部品を再度位置決めしてファスナ結合す
る。 液密確保のために燃料漏洩経路にシールを施す。 液密性のチェック。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記金属製主翼は、個
別に製作した桁、ストリンガ、スプライスストリンガ、
リブ（シアタイ）および外板をファスナ結合する際に、
部品の穿孔、清掃、ファスニングの行程が必要であり、
組立作業に多大の労力と時間を要する。

【０００８】また、上記金属製主翼において、桁間構造
を燃料タンクとして使うには、桁間構造に高い液密性が
要求されるので、部品の合わせ面やファスナ孔周りなど
の燃料漏洩経路をシール処理し液密性が確保されている
ことを確認する必要があるが、結合する部品数とファス
ナ本数を少なくするのに限界がある。

【０００９】本発明は、上記した点を考慮してなされた
もので、分割した桁間構造を複合材材一体成型品の桁間
骨組構造体に外板を接着により結合することで構成し、
分割した桁間構造を結合金具を介して機械的手段により
結合することで製造工程の簡単化を図ることができる複
合材翼およびその製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の複合材は、前桁
と桁間中央部で前後に分割されたリブの前方部分とスト
リンガとを複合材で一体成形した前方桁間骨組構造体と
前方桁間骨組構造体の上下面に接着された外板とで構成
される前方桁間構造と、後桁と分割された前記リブの後
方部分とストリンガとを複合材で一体成形した後方桁構
造体と後方桁構造体の上下面に接着された外板とで構成
される後方桁間構造と、前方桁間構造と後方桁間構造を
機械的結合手段により結合する結合金具とから構成され
る。

【００１１】本発明の複合材翼の製造方法は、 前後に
分割された翼の一方の表面に沿う一方の下型治具の上に
樹脂を含浸しない織物材で形成した前後いずれか一方の
桁部材とストリンガ部材とを置き、この上に樹脂を含浸
しない織物材で形成され中央部で前後に分割されたリブ
の一方の部材を一方の中間治具で支持して配置し、この
上に樹脂を含浸しない織物材で形成したストリンガ部材
を置き、この上に前後に分割された翼の表面に沿う一方
の上型治具を載せ、上型治具を下型治具に固定して密封
し、上型治具と下型治具との間に樹脂を導入して加熱し
桁とストリンガと分割されたリブの一方とからなる前後
いずれかの桁間骨組構造体を一体に成形し、前後に分割
された翼の一方の翼表面形状を持つ一方の下型に複合材
プリプレグ外板を積層し、このプリプレグ外板の上に接
着剤を介して前後いずれか一方の桁間骨組構造体を配置
し、一方の中間治具を一方の桁間骨組構造体の間に配置
し、一方の中間治具と一方の桁間骨組構造体の上に接着
剤を介して複合材プリプレグ外板を積層し、これらの上
に一方の上型を被せ、これら全体を真空バッグフィルム
で覆いその内部の空気を排出した状態で加圧加熱して硬
化させ前後いずれか一方の桁間構造を一体成形し、前後
に分割された翼の一方の表面に沿う他方の下型治具の上
に樹脂を含浸しない織物材で形成した前後いずれか他方
の桁部材とストリンガ部材とを置き、この上に樹脂を含
浸しない織物材で形成され前後に分割されたリブの他方
の部材を他方の中間治具で支持して配置し、この上に樹
脂を含浸しない織物材で形成したリブの他方の部材を置
き、この上に前後に分割された翼の他方の表面沿う他方
の上型治具を載せ、上型治具を下型治具に固定して密封
し、上型治具と下型治具との間に樹脂を導入して加熱し
桁と縦通材と分割されたリブの他方とからなる前後いず
れか他方の桁間骨組構造体を一体に成形し、前後に分割
された翼の他方の翼表面形状を持つ他方の下型に複合材
プリプレグを積層し、このプリプレグの上に接着剤を介
して他方の桁間骨組構造体を配置し、他方の中間治具を
他方の桁間骨組構造体の間に配置し、他方の中間治具と
他方の桁間骨組構造の上に接着剤を介して複合材プリプ
レグ外板を積層し、これらの上に他方の上型を被せ、こ
れら全体を真空バッグフィルムで覆いその内部の空気を
排出した状態で加圧加熱して後方桁間構造を一体成形
し、一体成形された一方の桁間構造と一体成形された他
方の桁間構造を機械的結合手段により結合することで構
成される。

【００１２】

【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。図１は本発明の複合材翼の組み立て
前の段階を示す図であり、この複合材翼１は、コード方
向の中央部で前後に分割された前方桁間構造２と後方桁
間構造３とを有する。上記前方桁間構造２は、前方桁間
骨組構造体４と前方桁間骨組構造体４の上面に接着され
た外板５および下面に接着された外板６とから形成され
る。前方桁間骨組構造体４と外板５，６は、コボンド成
形またはコキュア成形あるいは二次接着により接着され
る。

【００１３】上記後方桁間構造３は、後方桁間骨組構造
体７と後方桁間骨組構造体７の上面に接着された外板８
および下面に接着された外板９とから形成される。後方
桁間骨組構造体７と外板８，９は、コボンド成形または
コキュア成形あるいは二次接着により接着される。

【００１４】上記複合材翼１は、図１および図２に示す
ように、前方桁間構造２と上記後方桁間構造３を開口側
が対向するように配置し、金属又は複合材で作られた結
合金具１０を介してファスナのような機械的手段結合１
１により互いに結合することで作られる。

【００１５】上記前方桁間骨組構造体４は、図３に示す
ように、前桁１２と、この前桁１２にその長手方向と交
差する方向に結合されたリブ１３と、このリブ１３の下
端にリブ１３と交差するように結合された複数のストリ
ンガ１４と、リブ１３の上端にリブ１３と交差するよう
に結合された複数のストリンガ１５およびＴ字状のスプ
ライスストリンガ１６とを有する。

【００１６】上記後方桁間骨組構造体７は、図４に示す
ように、後桁１７と、この後桁１７にその長手方向に交
差する方向に結合されたリブ１８と、このリブ１８の下
端にリブ１３と交差するように結合された複数のストリ
ンガ１９およびＴ字状のスプライスストリンガ２０と、
リブ１８の上面に後方桁１２と平行に結合された複数の
ストリンガ２１とを有する。

【００１７】上記前方桁間骨組構造体４の上面に接着さ
れた外板５は、図５に示すように、その後端部がスプラ
イスストリンガ１６のフランジ上面の半分に対応する部
位に位置するように接着され、一体に成形されている。

【００１８】上記前方桁間骨組構造体４の下面に接着さ
れた外板６は、図６に示すように、その後端部がスプラ
イスストリンガ２０のフランジの半分に対応する部位ま
で延びている。前方桁間骨組構造体４の外板６の後端部
分６ａは、図６に示すように、スプライスストリンガ２
０および結合金具１０にファスナのような機械的結合手
段１１により結合される。また、スプライスストリンガ
２０のウェブ２０ａと結合金具１０もファスナのような
機械的結合手段１１により結合されている。この場合、
外板６とスプライスストリンガ２０と結合金具１０の接
合部にはシール材２２が施され、外板６とスプライスス
トリンガ２０と結合金具１０のファスナ結合部にはシー
ル材２３が施され、スプライスストリンガ２０のウェブ
２０ａと結合金具１０のファスナ結合部にはシール材２
４が施され、スプライスストリンガ２０のウェブ２０ａ
と結合金具１０の接合面にはシール材２５が施されてい
る。

【００１９】上記後方桁間骨組構造体７は、図４に示す
ように、後方桁１７と、この後方桁１７に交差する方向
に結合されたリブ１８と、このリブ１８の下端にリブ１
８と交差して結合された複数のストリンガ１９およびス
プライスストリンガ２０と、リブ１８の上端にリブ１８
と交差するようにして結合された複数のストリンガ２１
とを有する。

【００２０】上記後方桁間骨組構造体７の上面に接着さ
れた外板８は、図５に示すように、その先端部がスプラ
イスストリンガ１６の上面の半分すなわちフランジ部の
半分まで延びている。

【００２１】後方桁間骨組構造体７の下面に接着された
外板６は、図６に示すように、その先端部がスプライス
ストリンガ２０の下面の半分すなわちフランジ部の半ば
まで延び、スプライトストリンガ２０が一体に接着され
ている。

【００２２】後方桁間骨組構造体７の外板８の先端部分
８ａは、図５に示すように、スプライスストリンガ１６
および結合金具１０にファスナのような機械的結合手段
１１により結合されている。また、スプライスストリン
ガ１６のウェブ１６ａと結合金具１０もファスナのよう
な機械的結合手段１１により結合されている。この場
合、外板８とスプライスストリンガ１６と結合金具１０
の接合部にはシール材２６が施され、外板８とスプライ
スストリンガ１６と結合金具１０のファスナ結合部１１
にはシール材２７が施され、スプライスストリンガ１６
のリブ１６ａと結合金具１０のファスナ結合部１１には
シール材２８が施され、スプライスストリンガ１６のリ
ブ１６ａと結合金具１０の接合面にはシール材２９が施
されている。

【００２３】つぎに、本発明の複合材翼の製造方法につ
いて説明する。前方桁間骨組構造体４と後方桁間骨組構
造体７および前方桁間構造２と後方桁間構造３は、同じ
成形工程で成形されるので、前方桁間骨組構造体４およ
び前方桁間構造２の成形工程についてのみ説明し、後方
桁間骨組構造体７および後方桁間構造３の成形工程の説
明を省略する。

【００２４】前方桁間骨組構造体４は、ＲＴＭ法を使用
して製作される。図７に示すように、下型治具３０の上
に樹脂を含浸しない織物材で形成した桁部材１２ａとス
トリンガ部材１４ａ，１４ａを置き、この上に樹脂を含
浸しない織物材で形成したストリンガ部材（図示せず）
を中間治具３１，３１，３１で支持して配置し、この上
に樹脂を含浸しない織物材で形成したストリンガ部材１
５ａ，１５ａおよび１６ｂを置き、この上に上型治具３
２を載せ、上型治具３２と下型治具３０を成形型３３，
３４に固定して密封し、上型治具３２と下型治具３０と
の間に樹脂を導入し、桁部材１２ａとストリンガ部材１
４ａ，１５ａ，１６ｂと分割されたストリンガ部材に含
浸した樹脂を加熱加圧処理することで硬化することで成
形される。

【００２５】前方桁間骨組構造体４を治具から取り出し
た後、翼表面形状を持つ下型に複合材プリプレグ（外板
部材）を積層し、このプリプレグの上に接着剤を介して
治具から取り出した前方桁間骨組構造体４を配置し、中
間治具（３１，３１，３１）を前方桁間骨組構造体４の
間に配置し、中間治具（３１，３１，３１）と前方桁間
骨組構造体４の上に接着剤を介して複合材プリプレグ
（外板部材）を積層し、これらの上にもう一方の翼表面
形状を持つ上型治具を被せ、これら全体を真空バッグフ
ィルムで覆いその内部の空気を排出しながら加圧加熱す
ることで前方桁間構造２が作られる。即ち前方桁間構造
２は、一体成形された前方桁間骨組構造体４に外板５，
６を接着することで作られる。

【００２６】上記前方桁間構造２は、外板５，６をエポ
キシ樹脂に炭素繊維を浸したプリプレグを複数枚積層し
たもので形成しているが、外板５，６は、エポキシ樹脂
に炭素繊維を浸したプリプレグを複数枚積層したものを
一次硬化（プリキュア）させたものや製品形状の空洞を
有する成形治工具の空洞内に賦形した炭素繊維をセット
し、樹脂を注入して一次硬化（プリキュア）させるたも
のであってもよいのはもちろんである。

【００２７】上記したように、上記前方桁間構造２は、
前方桁間骨組構造体４と外板５，６をコボンド成形また
はコキュア成形により接着することで作られているが、
一次硬化した部品同士を接着する二次接着により接着す
ることで作ることもできる。

【００２８】後方桁間骨組構造体７および後方桁間構造
３は、前方桁間骨組構造体４および前方桁間構造２の同
様な成形工程により作られる。

【００２９】一体成形された前方桁間構造２と一体成形
された後方桁間構造３は、図１および図２に示すよう
に、開口側が対向するように配置され、金属又は複合材
で作られた結合金具１０を介してファスナのような機械
的結合手段１１により互いに結合され複合材翼１を構成
する。この場合、前方桁間構造２のスプライスストリン
ガ１６の一部は、図５に示すように、分割した後方桁間
構造３と結合するために外板５に接着されない部分を有
し、同様に、後方桁間構造３のスプライスストリンガ２
０の一部は、図６に示すように、分割した前方桁間構造
２と結合するために外板９に接着されない部分を有す
る。

【００３０】また、ファスナのような機械的結合手段１
１による結合部および部材の接合部には、図５や図６に
示すシール処理が施される。

【００３１】

【発明の効果】本発明による複合材翼は、従来の金属製
翼で行われていたように桁、シアタイ、リブ、外板等の
部品を成形し、それらを機械的結合手段により結合する
ようなことを行わず、分割された前方桁間構造と後方桁
間構造を一体で成形し機械的手段により結合して製作さ
れるので、複合材翼の低コスト化が可能になる。

【００３２】また、本発明による複合材翼は、桁間構造
を燃料タンクとして使う際には、桁間構造を骨組構造体
の片面に外板を接着して構成することにより、結合時の
ファスナ結合が上下外板の各一面のみとなるので、シー
ル処理確実なシールとシール作業の容易化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による複合材翼の組み立てる前の状態を
示す図。

【図２】本発明による複合材翼の断面図。

【図３】本発明による複合材翼の前方桁間骨組構造体を
部分的に示す斜視図。

【図４】本発明による複合材翼の後方桁間骨組構造体を
部分的に示す斜視図。

【図５】本発明による複合材翼の前方桁間構造と後方桁
間構造の上側部分の機械的結合部を示す図。

【図６】本発明による複合材翼の前方桁間構造と後方桁
間構造の下側部分の機械的結合部を示す図。

【図７】本発明による複合材翼の桁間骨組構造体のＲＴ
Ｍ法による成形装置を示す図。

【図８】従来の金属製主翼の桁間構造を示す図。

【図９】従来の金属製主翼の桁間構造を示す図。

【図１０】従来の金属製主翼の桁間構造を示す図。

【図１１】従来の金属製主翼の桁間構造を示す図。

【符号の説明】

１ 複合材翼 ２ 前方桁間構造 ３ 後方桁間構造 ４ 前方桁間骨組構造体 ５ 外板 ６ 外板 ７ 後方桁間骨組構造体 ８ 外板 ９ 外板 １０ 結合金具 １１ 機械的結合手段 １２ 前桁 １３ リブ １４ ストリンガ １５ ストリンガ １６ スプライスストリンガ １７ 後桁 １８ リブ １９ ストリンガ ２０ スプライスストリンガ ２１ ストリンガ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野 田 正 弘 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 (72)発明者 戸 井 康 弘 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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】前桁と桁間中央部で前後に分割されたリブ
   の前方部分とストリンガとを複合材で一体成形した前方
   桁間骨組構造体と前方桁間骨組構造体の上下面に接着さ
   れた外板とで構成される前方桁間構造と、後桁と分割さ
   れた前記リブの後方部分とストリンガとを複合材で一体
   成形した後方桁構造体と後方桁構造体の上下面に接着さ
   れた外板とで構成される後方桁間構造と、前方桁間構造
   と後方桁間構造を機械的結合手段により結合する結合金
   具とを有することを特徴とする複合材翼。
2. 【請求項２】前方桁間構造の上下面のいずれか一方の後
   端にストリンガを一体に配置して連結部を形成し、後方
   桁間構造の上下面のいずれか他方の前端にストリンガを
   一体に配置して連結部を形成し、前方桁間構造の後端の
   ストリンガと後方桁間構造の外板とを連結部を介して機
   械的結合手段により結合し、前方桁間構造の外板と後方
   桁間構造の前端のストリンガとを連結部を介して機械的
   手段により結合したことを特徴とする請求項１に記載の
   複合材翼。
3. 【請求項３】前後に分割された翼の一方の表面に沿う一
   方の下型治具の上に樹脂を含浸しない織物材で形成した
   前後いずれか一方の桁部材とストリンガ部材とを置き、
   この上に樹脂を含浸しない織物材で形成され中央部で前
   後に分割されたリブの一方の部材を一方の中間治具で支
   持して配置し、この上に樹脂を含浸しない織物材で形成
   したストリンガ部材を置き、この上に前後に分割された
   翼の表面に沿う一方の上型治具を載せ、上型治具を下型
   治具に固定して密封し、上型治具と下型治具との間に樹
   脂を導入して加熱し桁とストリンガと分割されたリブの
   一方とからなる前後いずれかの桁間骨組構造体を一体に
   成形し、 前後に分割された翼の一方の翼表面形状を持つ一方の下
   型に複合材プリプレグ外板を積層し、このプリプレグ外
   板の上に接着剤を介して前後いずれか一方の桁間骨組構
   造体を配置し、一方の中間治具を一方の桁間骨組構造体
   の間に配置し、一方の中間治具と一方の桁間骨組構造体
   の上に接着剤を介して複合材プリプレグ外板を積層し、
   これらの上に一方の上型を被せ、これら全体を真空バッ
   グフィルムで覆いその内部の空気を排出した状態で加圧
   加熱して硬化させ前後いずれか一方の桁間構造を一体成
   形し、 前後に分割された翼の一方の表面に沿う他方の下型治具
   の上に樹脂を含浸しない織物材で形成した前後いずれか
   他方の桁部材とストリンガ部材とを置き、この上に樹脂
   を含浸しない織物材で形成され前後に分割されたリブの
   他方の部材を他方の中間治具で支持して配置し、この上
   に樹脂を含浸しない織物材で形成したリブの他方の部材
   を置き、この上に前後に分割された翼の他方の表面沿う
   他方の上型治具を載せ、上型治具を下型治具に固定して
   密封し、上型治具と下型治具との間に樹脂を導入して加
   熱し桁と縦通材と分割されたリブの他方とからなる前後
   いずれか他方の桁間骨組構造体を一体に成形し、 前後に分割された翼の他方の翼表面形状を持つ他方の下
   型に複合材プリプレグを積層し、このプリプレグの上に
   接着剤を介して他方の桁間骨組構造体を配置し、他方の
   中間治具を他方の桁間骨組構造体の間に配置し、他方の
   中間治具と他方の桁間骨組構造の上に接着剤を介して複
   合材プリプレグ外板を積層し、これらの上に他方の上型
   を被せ、これら全体を真空バッグフィルムで覆いその内
   部の空気を排出した状態で加圧加熱して後方桁間構造を
   一体成形し、 一体成形された一方の桁間構造と一体成形された他方の
   桁間構造を機械的結合手段により結合することを特徴と
   する複合材翼の製造方法。