JP2010523397A - 複合トラス構造のための方法とシステム - Google Patents

Abstract

複合トラス構造（１０２）のための方法と構造が提供される。本構造は、複合材料からなる複数のシートから形成されたウェブ（２０６）を含み、これらシートの各々が、それぞれが長さと幅を持つ第１の面とそれとは反対側の第２面とを有する。複数のシートの各々は、両面の長さと幅が隣接するシートの長さと幅に一致するように、複数のシートのうちの他の少なくとも一つと向かい合わせに連結される。複数のシートは、上弦材（２０２）と、下弦材（２０４）と、及びそれらの間に配置される複数のウェブ材（２０６）とを含むように形成される。本構造は、ウェブの外周縁の近位でウェブに連結される少なくとも第１のフランジプレート（２０８）も含む。

Description

本発明の実施形態は、概して、軽量のトラス材を形成するための方法と構造に関し、具体的には複合ウィングリブ及びトラス材を形成するための方法と構造に関する。

従来の航空機の翼の構造には、通常、胴体の縦軸に対して横方向に延びる一又は複数の桁が含まれ、この桁は、横方向に間隔を開けて縦方向に延び、翼型の形状を画定する複数のリブを支持する。リブの垂直なウェブ部分は、圧縮及び伸張による負荷を支えて翼型の形状を維持するように構成された構造要素を含んでいる。航空機のウィングリブにトラス設計を用いることは、翼構造全体に負荷を伝達及び分配するための効率的な方法である。トラス構造は、橋、床及びその他の支持構造にも使用されている。既知のトラス構造の少なくとも一部は、トラス構造の構造要素及び金属製の部品の使用により重量が大きい。軽量の材料を使用して頑丈な軽量トラス構造を作ることもできるが、現在の複合リブは製造が複雑で、且つトラス構造要素間に負荷を十分に伝達するために、一般に重量が大きい。また、翼に複合リブを用いる航空機の翼の組み立ては困難であることが分かっている。

必要なのは、トラス構造と接続部品の製造を容易にし、組み立て時間を短縮する軽量な支持構造を提供するための方法と構造である。

一実施形態では、複合トラスの構造は、複合材料からなる複数のシートから形成されたウェブを含み、これらシートの各々は、それぞれが長さと幅を有する第１面と、第１面の反対側の第２面とを有する。複数のシートの各々は、各面の長さと幅とが、隣接するシートの面の長さと幅とにほぼ一致するように、複数のシートのうちの他の少なくとも一つと向かい合わせに連結される。複数のシートは、上弦材、下弦材、及びそれらの間に配置される複数のウェブ材を含むように形成される。この構造は、ウェブの外周縁の近位でウェブに連結される少なくとも第１のフランジプレートも含む。

また別の実施形態では、複合構造部材を形成する方法は、複合材料からなる複数のシートを向かい合わせに連結してウェブを形成するステップ、ウェブを成形することにより上弦と下弦を形成するステップ、及びウェブに複数の開口を形成することにより、上弦と下弦の間に延びる複数の構造ウェブ部材を形成するステップを含む。本方法はまた、少なくとも一つのフランジプレートを、上弦及び下弦の少なくとも一方の外周縁に連結するステップを含む。

別の実施形態では、複合ウィングリブを含む航空機の翼を形成する方法は、ウィングリブを形成するステップを含み、このウィングリブ形成ステップは、向かい合わせに連結された複数の複合シートからウェブを形成するステップと、上弦材、下弦材、及び各々がウェブに形成された複数の開口により画定される複数のウェブ材を含むウェブ内に、相互接続された複数の構造要素を形成するステップと、ウィングリブの外周縁に近位の側に、横方向に延びるフランジ部材を含むフランジプレートを連結するステップとを含む。本方法はさらに、前部桁と後部桁の少なくとも一方に少なくとも一つのウィングリブを取り付けるステップと、横方向に延びるフランジ部材を用いて桁とウィングリブとのアセンブリに後縁外板を取り付けるステップとを含む。本方法はまた、上部及び下部の中央外板を、リブ、桁及び後縁外板からなるアセンブリに、中央外板が後縁外板に重なるように取り付けるステップと、前縁外板を、翼アセンブリに、前縁外板が中央外板と後縁外板とのアセンブリに重なるように取り付けるステップとを含む。

本発明の一実施形態による航空機の翼構造の切開等角図である。 本発明の例示的一実施形態によるトラスリブアセンブリの側方断面図である。 図２のトラスリブアセンブリの線Ａ−Ａに沿った断面図である。 図２のトラスリブアセンブリの線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。 図２のトラスリブアセンブリの線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。 図２のトラスリブアセンブリの線Ｄ−Ｄに沿った断面図である。 図２のトラスリブアセンブリの線Ｅ−Ｅに沿った断面図である。 本明細書の別の例示的実施形態によるトラスリブアセンブリの側方断面図である。

後述の詳細な説明は、例示を目的としたものであり、本発明を限定するものではない。下記の説明により、当業者であれば本開示内容を作製及び使用することができ、この説明は、本発明を実行するベストモードと思われるものを含め、本発明の複数の実施形態、適用例、変形例、代替形態、及び使用法について説明する。

図１は、本発明の一実施形態による航空機の翼構造１００の切開等角図である。この例示的な実施形態では、航空機の翼構造１００は複数のトラスリブアセンブリ１０２を含み、これらのトラスリブアセンブリ１０２は、航空機の翼構造１００の前縁１０８と後縁１１０の間で、前方１０４と後方１０６に延びている。航空機の翼構造１００は、航空機の胴体（図示しない）から延びる前部翼桁１１２及び後部翼桁１１４も含む。下方翼被覆セクション又は外板１１６は、前縁１０８と後縁１１０の間でトラスリブアセンブリ１０２の下部に接合されている。同様に、上方翼被覆セクション又は外板１１８は、前縁１０８と後縁１１０の間でトラスリブ１０２の上部に結合されている。

図２は、本発明の例示的一実施形態によるトラスリブアセンブリ１０２の側方断面図である。翼などの航空機の翼型のリブとして記載するが、本構造及びこのような構造を製造する方法は、例えば、限定しないが、梁、小屋組、及び船橋楼甲板支持部材といった他の複合トラス構造にも使用することができる。このような実施形態では、トラスリブアセンブリ１０２は、一又は複数の被覆部材を受けてその上に被覆部材を支持するように構成される。

この実施形態では、トラスリブアセンブリ１０２は複合トラス構造を含む。トラスリブアセンブリ１０２は、上弦材２０２、下弦材２０４、及びそれらの間に配置される複数のウェブ材２０６を含む。上弦材２０２、下弦材２０４、及びウェブ材２０６はそれぞれ、並んで搭載される少なくとも第１の部分２０２と第２の部分２０４とから形成される。各部分は、限定しないが、平織（ＰＷ）又は硬度５（５Ｈ）材のような繊維強化シート材から形成される。繊維ガラスなどの繊維強化材、グラファイト、限定しないがアラミド繊維エポキシなどの芳香族ポリアミド、又は熱可塑性物質も使用できる。各部分は、互いに結合又は連結される。これらの部分が互いに結合又は連結されると、トラス構造要素の全ては各構造要素についてボックス構造を形成する。リブの蓋部２０６は開いており、翼の外板がリブに結合されるとき閉じられる。リブ又はトラスの空のスペースにはフォームコアを使用することができる。

この例示的実施形態のトラスリブアセンブリ１０２は、トラスリブアセンブリ１０２の外周に連結されて、トラスリブアセンブリ１０２から側方に延びる側方フランジを含む。側方フランジ２０８は、互いの反対方向に延びる右手部分と左手部分を有することができる。他の実施形態では、右手フランジ及び左手フランジの一方のみが使用される。例示的な一実施形態では、フランジ２０８はトラスリブアセンブリ１０２の全周囲に延びる。別の実施形態では、フランジ２０８はトラスリブアセンブリ１０２の周囲の一部のみに延びる。前部桁フランジ２１０と後部桁フランジ２１２は、側方フランジ２０８と同様に形成されているが、各桁の開口２１４及び２１６の内縁をそれぞれ取り囲んでいる。桁及び蓋部の位置に示されたフランジ２０８、２１０、２１２は、リブ及び／又はリブセクションを個々の外板に結合して外板アセンブリを形成し、次いでそれらのサブアセンブリを完成された翼に結合するように構成されている。各ウェブ開口２１８は、内側に向かってウェブ開口２１８内に延びる対応する右手及び／又は左手フランジ２２０によって取り囲まれている。

図には、単一のトラスリブアセンブリ１０２として作製されたトラスリブアセンブリ１０２が示されているが、トラスリブアセンブリ１０２は、異なる翼アセンブリ方法が適用できるように、複数の個別の部品から作製されてもよい。このような複合トラスリブの使用は、航空機の翼に限定されず、建物の床又は小屋組、及び異なる場所で製造されて現場で組み立てられる橋トラスにも使用される。

図３は、（図２の）線Ａ−Ａに沿ったトラスリブアセンブリ１０２の断面図である。この例示的実施形態では、トラスリブアセンブリ１０２は、上弦材２０２、下弦材２０４、及びウェブ材２０６を形成するように裁断された複合材料からなる一又は複数のシートにより形成されている。シートは並べて互いに結合されており、トラスリブアセンブリ１０２と開口２１８の周囲にはフランジが付けられている。線Ａ−Ａにおけるフランジは、それぞれ複合シートの中心線３０６から延びる左手側方部分３０２及び右手側方部分３０４を含む。フランジはまた、開口２１８内に延びる右手フランジ部分３０８と、このフランジ部分３０８に相補的な左手フランジ部分３１０とを含む。この例示的実施形態では、右手フランジ部分３０８と左手フランジ部分３１０とが互いに結合されていることにより、複合シートを互いに結合することが容易である。左手側方部分３０２と右手側方部分３０４は結合関係において外板部材を受容するように構成され、よって翼構造の組み立てが容易となっている。

図４は、（図２の）線Ｂ−Ｂに沿ったトラスリブアセンブリ１０２の断面図である。この例示的な実施形態では、トラスリブアセンブリ１０２は、線Ｂ−Ｂに沿って、前部桁開口２１４の両側の前部桁フランジ２１０と、開口２１８内に延びて複合シートの相互連結を助けるフランジ２２０とを含む。

図５は、（図２の）線Ｃ−Ｃに沿ったトラスリブアセンブリ１０２の断面図である。この例示的な実施形態では、トラスリブアセンブリ１０２は、線Ｃ−Ｃに沿って、左手フランジの半分５０２と、右手フランジの半分５０４と、開口２１８内に延びて複合シートの相互連結を助けるフランジ２２０とを含む。

図６は、（図２の）線Ｄ−Ｄに沿ったトラスリブアセンブリ１０２の断面図である。この例示的な実施形態では、トラスリブアセンブリ１０２は、線Ｄ−Ｄに沿って、左手フランジの半分６０２と、右手フランジの半分６０４と、開口２１８内に延びて複合シートの相互連結を助けるフランジ２２０とを含む。

図７は、（図２の）線Ｅ−Ｅに沿ったトラスリブアセンブリ１０２の断面図である。この例示的な実施形態では、トラスリブアセンブリ１０２は、線Ｅ−Ｅに沿って、後部桁開口２１６の両側と、左手フランジ７０２と右手フランジ７０４の各々に、後部桁フランジ２１２を含む。トラスリブアセンブリ１０２はまた、上弦材２０２及び下弦材２０４に沿って延びる側方フランジ２０８を含む。後部桁フランジ２１２は、後部桁１１４へのトラスリブアセンブリ１０２の連結を助け、側方フランジ２０８は、組み立ての間に、トラスリブアセンブリ１０２への被覆セクション又は外板部材の連結を助ける。

図８は、本発明の別の例示的実施形態によるトラスリブアセンブリ８００の側方断面図である。この例示的実施形態では、トラスリブアセンブリ８００は、三つの部分、即ち、前部８０２、中央部８０４、及び後部８０６に分けて製造されている。各部分は、トラスウェブを形成する上弦８１０、下弦８１２、及び相互接続構造部材８１４の各部分のパターンに方向付けられたチャネルに巻かれた長繊維、或いはＰＷ又は５Ｈ材料などからなる複合シート材料から形成されている。一部の実施形態では、前部８０２、中央部８０４、及び後部８０６の一又は複数をシート材から形成し、他の部分を繊維加工材を配置することにより形成すると有利でありうる。アセンブリは、前部８０２、中央部８０４、及び後部８０６を接合することにより完成する。一実施形態では、前部８０２と中央部８０４は、互いに接合される前に前部桁（図示しない）に取り付けられ、中央部８０４と後部８０６は互いに接合される前に後部桁（図示しない）に取り付けられる。

上述の複合構造部材を形成するための方法と、それによって形成される複合トラス構造とは、費用効率及び信頼性が共に高い。本方法及び構造は、トラスに形成及び相互結合された複合シート材を含み、このトラスには上弦及び下弦、並びに複数のトラス構造要素を含むウェブが含まれている。本トラスは、トラスの固定及び外板の取り付け又はトラス材の被覆を容易にするフランジ部材を含む。複合シート材が互いに結合又は連結されていることにより、強度及び安定性が高まっている。この軽量トラスは、支持装備を低減又は縮小しながら取扱いを単純化する。従って、本方法及び構造により、費用効率的且つ確実に、軽量化及び製造時間の短縮化が促進され、構造部材の強度及び剛度が向上する。

種々の特定の実施形態に関連して本発明の実施形態について説明したが、当業者であれば、本発明の実施形態は、特許請求の理念及び範囲内で、修正を加えて実行可能であることが分かるであろう。

Claims (20)

1. 複合材料からなる複数のシートを含むウェブであって、各シートが、それぞれ長さと幅とを有する第1面と第1面の反対側の第２面とを有し、複数のシートの各々が、各面の長さと幅とが隣接するシートの一面の長さと幅とにほぼ一致するように、複数のシートのうちの他の少なくとも一つと向かい合わせに連結され、複数のシートが、
   一の上弦材、
   一の下弦材、及び
   上弦材と下弦材の間に配置される複数のウェブ材
   を含むように形成される、ウェブと、
   前記ウェブの外周縁の近位で前記ウェブに連結される少なくとも第1のフランジプレートと
   を備える複合トラス構造。
2. 前記ウェブの、前記第１のフランジプレートとは反対の側に連結される第２のフランジプレートをさらに備え、前記第１のフランジプレートと前記第２のフランジプレートの間に前記ウェブが挟まれる、請求項１に記載の構造。
3. 前記少なくとも第１のフランジプレートが、各フランジプレートの縁から延びるフランジを備える、請求項１に記載の構造。
4. 前記少なくとも第１のフランジプレートが、各フランジプレートの外周縁から延びるフランジを備える、請求項１に記載の構造。
5. 外周縁から延びるフランジを備える第２のフランジプレートをさらに備える、請求項１に記載の構造。
6. 前記複合材料からなる複数のシートが、平織の複合材料及び硬度５の複合材料のうちの少なくとも一方を含む、請求項１に記載の構造。
7. 前記複合材料からなる複数のシートから延びて、構造桁を通す開口を囲むフランジをさらに備え、前記フランジが桁に対する前記ウェブの連結を容易にする、請求項１に記載の構造。
8. 前記複数のウェブ材を形成する前記ウェブに設けられた複数の開口をさらに備え、少なくとも一つの開口が、前記複合材料からなる複数のシートの一面と平行なフランジ部材を備える、請求項１に記載の構造。
9. 前記複数のウェブ材が、垂直なウェブ材、水平なウェブ材、及び斜めのウェブ材のうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の構造。
10. 前記上弦材の第１端が前記下弦材の第１端に連結され、前記上弦材の第２端が前記下弦材の第２端に連結される、請求項１に記載の構造。
11. 前記構造の第１の部分が、前記構造の第２の部分とは別個に形成され、第１の部分と第２の部分が互いに連結されて前記構造を形成する、請求項１に記載の構造。
12. 複合構造部材を形成するための方法であって、
    複合材料からなる複数のシートを向かい合わせに連結してウェブを形成するステップと、
    ウェブを成形して上弦及び下弦を形成するステップと、
    ウェブに複数の開口を形成し、上弦と下弦の間に配置される複数のウェブ材構造を形成するステップと、
    上弦と下弦の少なくとも一方の外周縁に少なくとも一つのフランジプレートを連結するステップと
    を含む方法。
13. 第２のフランジプレートを、上弦と下弦の少なくとも一方の外周縁の、前記少なくとも一つのフランジプレートの反対側に連結するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. ウェブを成形して上弦及び下弦を形成するステップでは、ウェブを成形することにより、上弦の第１端が下弦の第１端に連結され、且つ上弦の第２端が下弦の第２端に連結された上弦及び下弦を形成する、請求項１２に記載の方法。
15. 複数の開口のうちの少なくとも一つを、複合材料からなる複数のシートの一面と平行に開口内に延びるフランジ部材を有するフランジプレートで取り囲むステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
16. 複合構造部材がトラス支持体を備えており、上弦と下弦の少なくとも一方の外周縁に少なくとも一つのフランジプレートを連結するステップでは、上弦と下弦の少なくとも一方の外周縁に、被覆部材を受けるように構成された少なくとも一つのフランジプレートを連結する、請求項１２に記載の方法。
17. 複合ウィングリブを含む航空機の翼を製造する方法であって、
    向かい合わせに相互に連結された複数の複合シートからウェブを形成すること、
    上弦、下弦、及びそれぞれがウェブに設けられた複数の開口によって画定される複数のウェブ材を備えるウェブ内に、相互接続された複数の構造要素を形成すること、及び
    ウィングリブの、外周縁に近い側に、側方に延びるフランジ部材を含むフランジプレートを連結すること
    を含むウェブリブ形成ステップと、
    前部桁及び後部桁のうちの少なくとも一方に少なくとも一つのウィングリブを取り付けるステップと、
    側方に延びるフランジ部材を使用して、桁とウィングリブとのアセンブリに後縁外板を取り付けるステップと、
    リブと桁と後縁外板とのアセンブリに対し、上部及び下部中央外板を取り付けて、中央外板で後縁外板を覆うステップと、
    翼アセンブリに前縁外板を取り付けて、前縁外板で中央外板と後縁外板とのアセンブリを覆うステップと
    を含む方法。
18. ウィングリブの一方の側にフランジプレートを連結することは、ウィングリブの第１の側に第１のフランジプレートを連結し、ウィングリブの、第１の側とは反対の第２の側に第２のフランジプレートを連結することを含み、ここで、各フランジプレートが、側方に延びて被覆セクションと係合するフランジを含む、請求項１７に記載の方法。
19. ウェブ内に、相互接続された複数の構造要素を形成することは、上弦材の第１端が下弦材の第１端に連結され、上弦材の第２端が下弦材の第２端に連結される上弦材と下弦材とを形成することを含む、請求項１７に記載の方法。
20. ウィングリブの一方の側にフランジプレートを連結することは、ウィングリブの第１の側に第１のフランジプレートを連結し、ウィングリブの、第１の側とは反対の第２の側に第２のフランジプレートを連結することを含み、ここで、各フランジプレートが、側方に延びて被覆セクションと係合するフランジを含む、請求項１７に記載の方法。

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