JP2008543670A - 補強ビームおよび補強ビームを製造するための方法ならびに繊維積層物 - Google Patents
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Abstract
Description
さらに、本発明は、少なくとも1つの繊維積層物により強化された合成材を含む、補強ビーム、詳細には航空機の胴体セル用の曲線状リングフレームセグメントを製造する方法に関する。
なった領域に厚みのある部分ができる。
1または複数の繊維積層物が第1の繊維方向の少なくとも1つの完全領域層と、第2の繊維方向の少なくとも1つの完全領域層と、1または複数の繊維積層物の周辺領域に配置された第3の繊維方向の少なくとも1つの追加層とを備えるという事実により、周辺領域の屈曲または曲折によりベース部分すなわちベースセクションが剪断力および横方向力の少なくとも一方を受容または受けるのに最適であり、外側部分すなわち外側セクションが引張力および圧縮力の少なくとも一方を受容するのに同様に理想的である補強ビームを形成することが可能となる。
なくとも一方を受けるまたは受容するために、例えば0°の繊維方向の、第3繊維方向の1または数枚の追加層を配置することができ、他方、剪断力および横方向力の少なくとも一方を理想的に受けるために、他の完全領域層は例えば±45°の繊維方向を有する。また、+20°と+70°の間や、−70°と−20°の間の他の繊維方向も可能である。さらに、炭素繊維で作られた「エンドレス(終端のない)」多軸領域積層物を使用することにより、空間的に拡張された補強ビームを形成することが可能となり、それはリングフレームまたはリングフレームセグメントの役割を果たすことができる。製造される補強ビームの必要条件を考慮して、種々の繊維のタイプを形成することができる。
特に少なくとも1つの繊維積層物により強化された合成材を含む補強ビーム、航空機の胴体セル用の曲線状リングフレームセグメントを製造する方法であって、繊維積層物が第1の繊維方向を有する少なくとも1つの完全領域層と、第2の繊維方向を有する少なくとも1つの完全領域層とを備え、繊維積層物の周辺領域に第3の繊維方向を有する少なくとも1つの追加層とを備え、上記方法は、
曲線状の支持体の上に繊維積層物の周辺領域を載せる工程と、
L字形の断面積を有するL字形形ブランクの外側部分を形成するために繊維積層物のベース領域を屈曲する工程と、
L字形ブランクに硬化可能な合成材を含浸させてL字形ブランクを硬化させる工程と、からなる。
」という表現は、±45°の繊維方向の層のみが実質的に配置されている繊維積層物のベース部分を、しわや折り目を作ることなく水平面で支持体上に湾曲または屈曲された方法で載置できることを意味する。その結果、より小さな曲率半径を有する曲線状リングフレームセグメントも容易に製造することができる。
第1および第2の繊維方向の層が完全領域層であり、繊維積層物の周辺領域に第3の繊維方向の1または複数の層が配置されていることにより、本発明の領域構造を用いて、単に外側部分を形成するために周辺領域を曲折または屈曲し、その後残りのベース部分を曲げた状態で配置することにより、幾何学的形状が大きい場合でも、実質的にいかなる曲率を有する補強ビームをも形成することが可能である。さらに、本発明の繊維積層物によって形成された補強ビームは、ベース部分に剪断力および横方向力の少なくとも一方を生じさせる負荷を与えるのに特に適すると共に、補強ビームは外側部分で引張力および圧縮力の少なくとも一方を受けるのに特に適している。これは、フライト中に航空機の胴体セル内のリングフレームまたはリングフレームセグメントとして補強ビームを使用する場合に
特に当てはまる。
図1は、Z字形の断面積を有する補強ビームの断面図である。この補強ビームは例えば航空機の胴体セルの補強用のリングフレームとして使用される。
は、しわや折り目を形成せずに平面内でベース領域19から湾曲して配置されることを意味する。繊維積層物9のベース領域19の幅は、幅全体18と周辺領域の幅17との間の差から与えられる。周辺領域の幅17と、繊維積層物9の幅全体18との間の比は、この例では0.05と0.5の間にある。さらに、繊維積層物9は、通常、図3に示されるよりも多数の並列の積み重ねられた層10,11および12を含む。
くとも一方次第で、繊維積層物はいかなる数の周辺領域を備えてもよい。
硬化可能な合成材に浸漬されるか同合成材を含浸された繊維積層物9より形成されていた補強ビーム22は、外側部分20およびベース部分21を備えている。外側部分20は、周辺領域16を屈曲または曲折することにより平面状の繊維積層物9から得られる。従って、ベース部分21は繊維積層物9の残りの領域を含む。補強ビーム22の実質的にL字形の断面積は、これはL字形ブランクにより定義されるものであるが、考えられる多くの断面形状の一例にすぎない。例示のため、図3の参照数字に対応する参照数字が、繊維積層物9中の実際のもっと多数の層を代表する層として、図4で層10、11および12に対しても与えられる。
方向を有する層だけが配列された繊維積層物9の部分が、しわや折り目を形成せずに一平面内で湾曲した方法で配置されることを意味する。この曲げた状態での配置のため、多軸繊維積層物のそれぞれの層の中で互いに実質的に等距離に平行に最初に配列された繊維は、自身の方向および距離の少なくとも一方を、互いにわずかに変更することが可能である。
できることは特に有利である。
補強ビーム23は、L字形の断面積を有するL字形ブランクから形成される。上に説明したように、L字形ブランク24は、紙面に対して90°の角度に境界線27に沿って周辺部分26を屈曲または曲折させ、続いて残りの領域を曲げた状態で配置することにより、繊維積層物25から形成される。残りの領域では、曲率を生成するために±45°の繊維方向を有する繊維のみが配列される。その後、L字形ブランクは公知のプロセスにて硬化可能な合成材に浸漬される。
第一に、いくつかの幅狭のエンドレス繊維積層物(形状および構造は図3に示された繊維積層物に対応)を、6m以内の幅を有する市販のエンドレス繊維積層物から長手方向カットにより切断する。その後、所望の補強ビームを製造するのに十分長い少なくとも1つのセクションを、狭幅のエンドレス繊維積層物のうちの1つから側方カットにより切り離す。その結果、図3の繊維積層物が得られる。本発明の補強ビームを製造するために複数のそのような繊維積層物を使用することが可能である。
Z字形ブランクおよびC字形ブランクを示す。図中の異なる繊維方向の層の表現は、図6〜8のそれらの表現に相当する。図9〜17では、0°の繊維方向に配列された繊維を備えた層は円により表わされ、45°の繊維方向に配列された繊維を備えた層は実線により表わされ、−45°の繊維方向に配列された繊維を備えた層は破線により表わされる。
図18〜20は、実質的に任意の複雑さの断面形状と、必要な場合には曲線形状とを有する補強ビームが、L字形ブランク、Z字形ブランクおよびC字形ブランクから、それらを適切な方法で組み合わせることによりいかに形成可能であるかを示す。ここで、ブランクは、硬化可能な合成材での浸漬の前に互いに結合されることが望ましい。
,6,22,23,36の外側部分4,5,20,33,45に配列され得る。 さらに、層10−12,29,31,34,39−41は各々、互いに実質的に平行かつ等距離に配列された複数の繊維13−15,30,32,35から形成され得る。
第2の繊維方向は−70°から−20°までの範囲にあり得る。
第3の繊維方向は実質的に0°であり得る。
補強ビーム1,6,22,23,36のベース部分3,21,28,35および外側部分4,5,20,33,45は、L字形の断面積を形成する約90°の角度を定義し得る。
繊維積層物9,25,37は、複数の繊維13−15,30,32,35により、特に炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維またはその同等物の多軸繊維積層物により、形成され得る。
本発明はさらに、少なくとも1つの繊維積層物9,25,37により強化された合成材を含む、補強ビーム1,6,22,23,36、詳細には航空機の胴体セル用の曲線状リングフレームセグメントを製造する方法に関する。繊維積層物9,25,37は、第1の繊維方向を有する少なくとも1つの完全領域層10,29,39と、第2の繊維方向を有する少なくとも1つの一層の層11,31,40と、少なくとも1つの周辺領域16,26,38の第3の繊維方向を備えた少なくとも1つの追加層12,34,41とを備える。方法はさらに、
−曲線状の支持体上に、少なくとも1つの繊維積層物9,25,37の周辺領域16,26,38を載せる工程と、
−ブランク、詳細にはL字形の断面積を有するL字形ブランク43、51、52を形成するために、繊維積層物9,25,37のベース領域19を屈曲させる工程と、
−ブランクに硬化可能な合成材を含浸させ、ブランクを硬化する工程と、
から成る。
,45に配列され、主として引張力および圧縮力の少なくとも一方を受ける。
本発明はさらに、補強ビーム1,6,22,23,36、詳細にはリングフレームセグメントの製造のために繊維積層物9,25,37に更に関する。繊維積層物9,25,37は第1の繊維方向の少なくとも1つの層11,31,40と、第2の繊維方向の少なくとも1つの層10,29,39と、第3の繊維方向の追加層12,34,41とを備え、第1および第2の繊維方向の層10,11,29,31,39,40は完全領域層であり、第3の繊維方向の1または複数の層12,34,41は繊維積層物9,25,37の周辺領域16,26,38に配列される。
繊維積層物9,25,37の個々の層10−12,29,31,34,39−41は互いに実質的に平行に等距離に配列された複数の繊維13−15,30,32,35を備え得る。
特に剪断力および横方向力の少なくとも一方を受けるために、第2の繊維方向は−70°から−20°までの範囲にあり得る。
周辺領域の幅(17)と、繊維積層物(9,26,37)の全体の幅(18)との間の比は、0.05と0.5の間にあり得る。
1 補強ビーム
2 床板
3 ベース部分
4 外側部分
5 外側部分
6 補強ビーム
7 リングフレーム
8 接合部
9 繊維積層物
10 層(+45°繊維方向)
11 層(−45°繊維方向)
12 層(0°繊維方向)
13 繊維
14 繊維
15 繊維
16 周辺領域
17 周辺領域の幅
18 幅合計
19 ベース領域
20 外側部分
21 ベース部分
22 補強ビーム
23 補強ビーム
24 L字形ブランク
25 繊維積層物
26 周辺領域
27 境界線
28 ベース部分
29 層(+45°繊維方向)
30 繊維
31 層(−45°繊維方向)
32 繊維
33 外側部分
34 層(0°繊維方向)
35 繊維
36 補強ビーム
37 繊維積層物
38 周辺領域
39 層(+45°繊維方向)
40 層(−45°繊維方向)
41 層(0°繊維方向)
42 領域
43 L字形ブランク
44 ベース部分
45 外側部分
46 ライン
47 矢印
48 矢印
49 Z字形ブランク
50 C字形ブランク
51 L字形ブランク
52 L字形ブランク
53 ブランク
Claims (14)
- 少なくとも1つの繊維積層物(9,25,37)により強化された合成材を含む、曲線状の補強ビーム(1,6,22,23,36)、特に航空機の胴体セル用の曲線状リングフレームセグメントであって、
繊維積層物(9,25,37)は、剪断力および横方向力の少なくとも一方を主として受ける補強ビーム(1,6,22,23,36)のベース部分(3、21、28、44)において、第1の繊維方向を有する少なくとも1つの完全領域層(10,29,39)と第2の繊維方向を有する少なくとも1つの完全領域層(11,31,40)とを備え、繊維積層物(9,25,37)の周辺領域(16,26,38)では、第3の繊維方向を有する少なくとも1つの追加層(12,34,41)が、引張力および圧縮力の少なくとも一方を主として受ける補強ビーム(1,6,22,23,36)の外側部分(4,5,20,33,45)に配置されており、繊維積層物(9,25,37)のベース部分(19)は曲げた状態で配置可能であり、ベース部分(19)および繊維積層物(9,25,37)の周辺部分(16,26,38)は、L字形の断面積の補強ビーム(1,6,22,23,36)を形成するよう約90°の角度を定義する、曲線状補強ビーム(1,6,22,23,36)において、
第1の繊維方向を有する層または第2の繊維方向を有する層のみが補強ビーム(1,6,22,23,36)のベース部分(3,21,28,44)に配置されていることを特徴とする曲線状補強ビーム(1,6,22,23,36)。 - 層(10−12,29,31,34,39−41)の各々が、実質的に互いに平行で等距離に配置された複数の繊維(13−15,30,32,35)から形成されていることを特徴とする請求項1に記載の曲線状補強ビーム(1,6,22,23,36)。
- 第1の繊維方向が+20°から+70°までの範囲にあることを特徴とする請求項1または2に記載の曲線状補強ビーム(1,6,22,23,36)。
- 第2の繊維方向が−70°から−20°までの範囲にあることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の曲線状補強ビーム(1,6,22,23,36)。
- 第3の繊維方向が実質的に0°であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の曲線状補強ビーム(1,6,22,23,36)。
- 補強ビーム(1,6,22,23,36)が、Z字形またはC字形の断面積を有する曲線状補強ビーム(1,6,22,23,36)を形成するために、ベース部分(3,21,28,44)の領域で約90°だけ少なくとも2回曲げられることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の曲線状補強ビーム(1,6,22,23,36)。
- 繊維積層物(9,25,37)が、複数の繊維(13−15,30,32,35)、特に炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維またはその同等物からなる多軸繊維積層物で形成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の曲線状補強ビーム(1,6,22,23,36)。
- 合成材が硬化可能な合成材であり、特にエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、BMI樹脂、またはその同等物であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の曲線状補強ビーム(1,6,22,23,36)。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の曲線状補強ビーム(1,6,22,23,36)、特に航空機の胴体セル用の曲線状リングフレームセグメントを製造する方法であって、
曲線状の支持体の上に繊維積層物(9,25,37)の周辺領域(16,26,38)を載せる工程と、
繊維積層物(9,25,37)のベース領域(19)を折り曲げ、続いて曲げた状態で配置する工程であって、第1の繊維方向を有する層または第2の繊維方向を有する層のみがL字型の断面積を有するL字形ブランク(43,51,52)を形成するように配置される工程と、
L字形ブランク(43,51,52)に硬化可能な合成材を含浸させ、L字形ブランク(43,51,52)を硬化させ、L字形の断面積の補強ビーム(1,6,22,23,36)を形成する工程と、
からなる方法。 - L字形ブランク(43,51,52)の繊維積層物(9,25,37)のベース領域(19)が、Z字形の断面積を有するZ字形ブランク(49)またはC字形の断面積を有するC字形ブランク(50)を形成するために、含浸および硬化の前に、約90°だけ少なくとも2回折り曲げられることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 複雑な断面積を有する曲線状補強ビーム(1,6,22,23,36)を形成するために、硬化可能な合成材を含浸させ、硬化させたL字形ブランク(43,51,52)、Z字形ブランク(49)またはC字形ブランク(50)が互いに結合することを特徴とする請求項9または10に記載の方法。
- 主として第1ならびに第2の繊維方向および第3繊維方向の繊維(10,11,29,31,34,39−41)が、引張力および圧縮力の少なくとも一方を主として受ける曲線状補強ビーム(1,6,22,23,36)の外側部分(4,20,33,45)に配置されていることを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の方法。
- 繊維積層物(9,25,37)が、複数の繊維(13−15,30,32,35)、特に炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維またはその同等物からなる多軸繊維積層物で形成されていることを特徴とする請求項9〜12のいずれかに記載の方法。
- 1または複数の繊維積層物(9,25,39)の含浸に特にエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、BMI樹脂またはその同等物が使用されることを特徴とする請求項9〜13のいずれかに記載の方法。
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