JP2011500415A - 補強材端部接続部を有する航空機及びそのような航空機の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、航空機胴体における補強フレームと補強材とが交差する部分での応力を伝達するシステム、及びそのようなシステムの製造方法に関するものである。航空機の胴体は、補強フレーム（５）によって途切れた補強材（４）を有する。途切れた箇所では、補強フレーム（５）が存在していても、補強材（４）に加わる応力が伝達されなければならない。公知の方法では、簡単な応力伝達経路を複合材料で製造し、取り付けることが困難であった。この問題を解決するために、本発明では、補強材（４）の連続した２つの区分（６）を接続するために、補強フレーム（５）下を延び、かつ該補強材（４）の連続する区分（６）の端部（１６）と、胴体（１）の表皮（７）とを覆う当て板（１５）を設ける。

Description

本発明は、補強材端部接続部を有する航空機及びそのような航空機の製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、航空機の胴体における補強フレームと補強材との間の交差部で応力を伝達するシステム、並びにそのようなシステムの製造方法に関する。本発明の目的は、航空機の補強材の２つの連続する区分間で応力を効果的に導くことである。そのような補強材は、通常、航空機の胴体における補強フレームを通り抜けている。本発明はまた、オメガ形状の輪郭を備えた補強材を導くための手段を簡単に製造し、取り付けできるようにすることを目的とする。

航空機の胴体は、幾つかの胴体プレートが互いに結合されることによって形成される。この胴体プレートはまた、複数の補強材を有している。この補強材は、該胴体プレートに対して隆起したリブ状に形成されている。この補強材は、胴体プレート上で胴体の縦軸方向に沿って延びている。更に、胴体には補強フレームが設けられており、特に補強フレームは複数の胴体プレートの接続部に設けられている。この補強フレームは、胴体の縦軸と直交するように配置されている。したがって、胴体では、補強フレームと補強材とが交差する多くの領域が存在する。

補強材と補強フレームとが交差する部分では、補強フレームを優先させるために、補強材が途切れる状態にされている。したがって、この種の補強材は、複数の補強材区分の形態で配列される。この補強材区分は、補強フレームが存在することによって互いに分離されており、相互に整列した状態にされる。しかし、胴体のような装置において、補強材の役割を正しく遂行するには、途切れ部分があるとしても、補強材の負担応力が、一方の補強材区分から他方の区分へ伝達されなければならない。

金属の分野における従来技術では、補強フレームが存在する場合には、ブラケットを補強材区分の端部に付加して、応力伝達の連続性をもたせることが知られている。このようなブラケットは、補強フレームの各側部に支持されており、応力を一方の補強材区分から該補強フレームを通して次の補強材区分に伝えることにより、応力が単純な経路に沿って連続することを確実にしている。

しかしながら、このようなブラケットは、オメガ形状の横断面輪郭をもつ補強材のためのものとして製造することは困難である。オメガ形状の横断面輪郭とは、胴体プレートに平行に延びる２つの底面を有し、これら２つの底面は、その最も近い端部から補強材ヘッドに連続して、該補強材ヘッドが２つの底面を連結するようになった形状の補強材を意味する。この種のヘッドは、その輪郭が台形或いは曲面になった帆の形状にされている。横断面でみると、両方の底面は、ヘッドとともに、大文字のオメガ（Ω）形状をもった補強材を構成する。

更に、このブラケットは、全体的に複合材料により製造することができない。ブラケットを製造するには金属要素が必要になる。しかし、金属要素の存在は、胴体において、腐食の問題、重量の問題、及び熱的な問題の原因となる。

また、金属並びに複合材料の分野における従来技術では、プレートの表皮に二重重なり部（double folds)を形成することが知られている。この二重重なり部は、プレートの剛性を増加させるのに寄与する。この二重重なり部の目的は、補強フレームが存在する場合でも、一つの補強材区分から他の補強材区分に応力を伝達することである。表皮は、胴体プレートの内壁を覆う。このような重なり部は、補強材が途切れる前の位置で、表皮の下に付加的な層を生成することによって形成される。この付加的な層は、補強材が途切れる前の位置で、応力を補強材区分から外に出し、次の補強材区分に伝達する。そのために、重なり部の翼状部分が、補強フレームの下を通り、次の補強材区分の端部の下に連続し、応力を効果的に伝達する。

しかし、補強材の下にこのような重なり部の翼状部分があると、補強材が取り付けられる位置で表皮の厚みが変化することになる。オメガ形状の横断面輪郭をもった補強材を、表皮のこの厚み変化に適合するように製造することは困難である。更に、応力を一つの補強材区分から他の補強材区分に導く経路が複雑になり、ブラケットに比べて応力伝達の質が劣る結果になる。

したがって、本発明の目的は、過度の応力損失なしに、補強材の２つの区分間で効果的に応力を導くことができ、複合材料により製造することが可能で、製造及び取り付けが容易な装置を提供することにある。

本発明は、補強フレームが存在する場合であっても、全ての補強材区分において応力の連続性を達成するために、補強材の連続する区分の端部を接続する部材を付加する。具体的に述べると、本発明は、表皮と補強材区分の端部とにわたして当て板を設けるものである。この当て板により、表皮に重なり部を形成することを回避でき、したがって、補強材の下における表皮の厚み変化を回避することが可能になる。

加えて、本発明は、補強フレームの下を延びて、連続する２つの補強材区分を接続するようになった当て板を提供する。このような補強材にわたして設けられる接続は、過度の応力損失なしに応力を効果的に導くことを確実にする。更に、そのような当て板は、複合材料により容易に製造でき、したがって、金属材料の存在によって生じる問題を回避することができる。
最後に、このような当て板は、容易に配置することができ、その製造及び胴体への組み付けを容易にすることができる。

したがって、本発明は、胴体プレートと、オメガ状端面形状をもち、該胴体プレート上で又は表皮上で胴体の縦軸方向に沿って延びる補強材と、胴体の縦軸方向に直交する平面上に配置された補強フレームとを備え、該補強材は、胴体プレートが補強フレームと交差する点で途切れており、該補強材の途切れが該補強材を２つの区分に分離しており、少なくとも１つの当て板が設けられ、この当て板が、該補強材の区分の端部間にわたされて、２つの連続する補強材区分を結合するようにされた航空機であって、当て板が一つの胴体プレートと補強フレームとの間に配置され、該フレームが当て板に対設して支持されていることを特徴とする航空機に関する。

本発明は、以下の説明を読み、添付図面を参照することでより良く理解されるであろう。これらは、例示の目的のためにだけ与えられたもので、本発明を制限するものではない。図面は以下の通りである。

胴体の一部を示す概略斜視図である。 本発明の第1実施態様による胴体の一部を示す概略斜視図である。 本発明による補強フレームと補強材との間の交差部の断面図である。 本発明の第２実施態様による胴体の一部を示す概念斜視図である。 本発明の第３実施態様による補強材と当て板の断面図である。

図１は、胴体の一部を示す概略斜視図である。この胴体１は、互いに結合された複数のセグメント２を有している。これらセグメント２は全体として円筒形状である。このセグメント２は、複数の胴体プレート３を有し、これら胴体プレート３が互いに結合されて、円筒状セグメント２を構成している。

構造の一体性を確実にするために、胴体１は、少なくとも１つ、通常は数個の補強材４を有する。これら補強材は、胴体１の縦軸１００に平行に延びている。これらの補強材は、胴体１の内壁に沿って設けられる。

加えて、この胴体１は、少なくとも１つ、通常は数個の補強フレーム５を有する。これらの補強フレームは、ビームの形態で配置され、該ビームは、剛性を確保し、かつ胴体の好ましくない変形を防ぐのに十分な高さを備えている。

これら補強フレーム５は、胴体の内壁に沿っている。この補強フレーム５は、胴体１の縦軸１００に直交する平面に沿って配置されている。したがって、補強材４は、補強フレーム５が延びる平面に対して直交する軸に沿って延びる。

補強フレーム５に優先性をもたせるために、補強材４は、補強フレーム５と交差する点の各々で途切れている。したがって、補強材４は、複数の区分６に分割される。そのために、ある区分６は、補強材４の始まり部分か、又は終わり部分のどちらかの区分６となって、補強材４の始まり部分又は終わり部分で始まって、補強フレーム５の直前で終端となるか、或いは、補強材４の区分６が２つの補強フレーム５間に配置されるようになる。

胴体１は、プレート３の内壁である胴体１の内壁の一部又は全部を覆うようになった表皮７を有することができる。この場合には、補強材４は、プレート３に直接取り付ける代わりに、表皮７に取り付けてもよい。

図２は、本発明の第1実施態様による胴体の一部を示す概略斜視図を示す。横断面において、補強材４はオメガ形状である。もっと詳細に述べると、補強材４は、ヘッド支持部８とヘッド９とを有する。ヘッド支持部８は補強材４のヘッド９の両側から横方向に延びている。ヘッド支持部８は、ヘッド９の一方の側から延びる第１底板１０と、ヘッド９の他方の側から延びる第２底板１１とを有する。第１底板１０と第２底板１１は、胴体１の内壁を覆う表皮７の表面と平行に延びる。

ヘッド９は、２つの側部と１つの頂部とを有する。第１側部１２は、第１底板１０に対して傾斜した平面を形成する。第１側部１２は、第１底板１０をヘッド９の頂部１３に接続する。ヘッド９の頂部１３は、第１底板１０と第２底板１１間の表皮７に平行な表面を形成する。図２に示す本発明の変形例によれば、頂部１３の幅は、２つの底板１０、１１間の寸法より狭い。他の変形例においては、この幅は底板間の寸法より大きいか同じとすることができる。

第２側部１４は、第２底板１１に対して傾斜した平面を形成する。この第２側部１４は、第２底板１１をヘッド９の頂部１３に接続する。第１底板１０と、第１側部１２、ヘッド９の頂部１３、第２側部１４、及び第２底板１１は、補強材４におけるオメガ形状の横断面輪郭を形成する。しかし、この形状は、ヘッド９のみが第１底板１０と第２底板１１とを接続する一つの湾曲プレートを有するものであっても、達成可能である。

本発明によれば、胴体１は当て板１５を有する。補強フレーム５と補強材４との間の交差部の各々に一つの当て板１５が配置される。この当て板は、表皮７と補強フレーム５の間に配置される。もっと詳細に述べると、この当て板は、補強フレーム５と補強材４との間の交差部において、表皮７を覆っている。この当て板は、補強材４の２つの連続する区分６間の接続部を形成し、補強フレーム５は、この当て板１５上に支持される。

当て板１５は、一つの補強材４の２つの連続する区分６の端部１６間にわたって位置する。もっと詳しく述べると、この当て板１５は、底板１０を覆うように延びるブレード１７と、側部１２を覆うように延びる壁部１８とを有する。

この当て板１５は、表皮７に重なり部の形成を必要としないようにする。このように重なり部がない場合には、補強フレーム５と補強材４との間の交差部において、補強材４の取り付けが容易になる。加えて、このような当て板１５は、２つの連続する区分６間で応力の効果的な伝達をもたらす。

更に、この当て板１５は、金属材料を使わないで、複合材料により容易に製造することができる。このような当て板１５は、金属材料を使うことに関連する熱的な問題及び腐食を防止する。

本発明によれば、補強材が途切れた部分に続いて、複数の当て板１５が横方向に広がり、平らで、かつ互いに連続する表面１９を形成して、補強フレーム５を全表面にわたって支持する。当て板１５は、補強フレームの下で厚みに変化がない。このように厚み変化がない状態にすることにより、胴体１における補強フレームの取り付けが簡単になり、かつ安定した支持が確保される。

本発明は、当て板１５について、複数の可能な実施態様をもつ。
第１の実施形態では、第１当て板２０にブレード１７を設けて、このブレード１７により補強材４の第１区分２２の第１端部２１における底板１０を覆う。また、第１当て板２０の壁１８が、第１端部２１におけるヘッド９の第１側部１２を覆う。

補強材４の第１区分２２における途切れ部分で、第１当て板２０は、横方向、即ち胴体の縦軸１００と直交する方向に、補強材４の中心軸１０１から、横方向に隣り合った補強材４の間隔に相当する幅２３をもったストリップの中心まで広がる幅３５にわたって、表皮７を覆う。更に、第１当て板２０は、胴体の縦軸１００と平行に、補強フレーム５の下を通り、第１区分２２に連続する補強材４の第２区分２４に達する。この第１当て板２２は、第１区分２２と第２区分２４の、それぞれ第１端部２１と第２端部２５の間で、接続部を形成する。

補強材４の第２区分２４の始端において、第１当て板２０の幅は減少する。したがって、第１当て板２０は、第１区分２２の第１端部２１を覆うのと同様の形態で、第２区分２４の第２端部２５を覆っており、このことは、第１当て板２０のブレード１７が第１底板１０を覆い、第１当て板２０の壁部１８が端部２５における第１側部１２を覆うことを意味する。

本発明のこの態様では、第１当て板２０と第２当て板２６とが、１つの補強材４の互いに反対側に位置している。ヘッド９の第２底板１１と第２側部１４は、それぞれ第２当て板２６のブレードと壁部１８により覆われる。第２当て板２６は、補強材４の対称面に関して第１当て板２０と対称に延びている。

図３は、本発明による補強フレームと補強材との間の交差部の断面図を示す。補強フレーム５において、補強材４は途切れており、それ故に、２つの区分２２、２４に分離されている。これら区分の端部２１、２５には、当て板１５が備えられる。したがって、当て板１５が全体で、補強フレーム５の支持表面全体上において、補強板４の区分２２と２４の間で、表皮７或いは胴体プレート３の全体を覆うようになる。

図４は、本発明の第２実施形態による胴体の一部を示す概略斜視図を示す。この第２実施形態では、図２に示す２つの当て板２０、２６を、単一の当て板２７に構成したものである。当て板２７は、２つの当て板２０、２６と同様に、補強材４の端部２１、２５を覆う。加えて、この当て板２７は、当て板２０、２６と同様に、表皮７或いは胴体プレート３の同じ表面を覆う。

図５は、本発明の第３実施形態による補強材と当て板の断面図を示す。この実施形態によれば、当て板２８が、第１補強材２９の第１底板１０と第１側部１２とを覆う。また、この同じ当て板２８が、第２補強材３０の第２底板１１と第２側部１４とを覆う。第１補強材２９と第２補強材３０は互いに平行に、横方向に隣り合って配列されている。この当て板２８は、上述した本発明の第１実施形態において、第１補強材２９の当て板２０が第２補強材３０の当て板２６に組み合わされている場合と同様に、表皮７の同じ表面を覆っている。

このような当て板１５は、補強フレームが存在することによって途切れていない補強材４の端部１６、即ち、補強材４の始まり部分又は終わりの部分に設けることができる。これらの当て板は、補強材４の端部に設ける。これら当て板は、補強材４の始端或いは終端に対応する補強材４の区分６の端部１６を覆い、かつ表皮７或いは胴体プレート３上で止まり、他の区分６の他の端部１６との接続部を形成しない。これらの始まり又は終わりにある当て板は、補強材４の始端において補強材４の応力を逃がすか、又は補強材４から応力を分散させる。

本発明は、また、応力を導くのに２つの変形例を提供する。
図２に示す第１変形例では、補強材４の底板１０、１１は、補強材ヘッド９の部分より、補強フレーム５から離れた位置で途切れている。補強材４の底板１０、１１が、補強材ヘッド９端部よりも補強フレーム５から離れた位置で途切れていることによって、応力は当て板１５に覆われた補強材４から放出されるようになり、この放出は、最初に底板１０、１１から行われ、次いで、補強材４のヘッド９の端部１２、１４から、最後に補強材４のヘッド９の頂部１３から行われる。

この第１の変形例によれば、当て板１５の途切れる部分、即ち当て板１５が補強材４の端部１６を覆う点は、ヘッド９の側部１２、１４上の方が、底板１０、１１上よりも補強フレーム５に近い。すなわち、当て板２０の壁１８は、ブレード１７が途切れる部分より補強フレーム５に近い補強材ヘッド９の側部において、覆う表面が大幅に減少している。このため、壁１８は、この減少の後に、狭巾の壁３１の形で延び、補強材４の低い側部に押し当てられ、当て板１５が全部途切れる部分に達する。ブレード１７と狭巾の壁３１は、同じところで途切れる。

図４に示す第２変形例では、補強材４のヘッド９の方が、底板１０、１１の端部より補強フレーム５から離れている。この変形例では、補強材４のヘッド９における途切れは、頂部１３に対して傾斜した平面に沿って形成されている。本発明のこの変形例では、当て板１５は、補強材４の底板１０、１１とヘッド９の側部１２、１４とを覆うのに加えて、補強材４のヘッド９の途切れにおける傾斜面の一部３２を覆う。したがって、補強材１５は、補強材４のヘッド９の傾斜した途切れ面に沿って、該補強材４のヘッド９を覆うように延びて、該ヘッド９上に載った状態にある停止部３３を有する。

本発明のこの変形例によれば、応力は、当て板１５に覆われた補強材４から、最初は補強材４のヘッド９の頂部１３から、次に側部１２、１４から、そして最後に底板１０、１１から放出される。

この第２変形例では、補強材４の区分６の一端部１６における当て板１５の途切れは、ヘッド９の側部１２、１４におけるよりも、底板１０、１１における方が、補強フレーム５に近い。そして、壁１８は、ブレード１７よりも補強フレーム５から更に離れて延びる。

更に、本発明においては、補強フレーム５によって途切れた連続する補強材区分の整列状態を維持する手段を当て板１５に設けることができる。

この第２変形例は、補強材の底板１０、１１が、補強材ヘッド９よりも補強フレーム５の近くにある変形を意味するが、本発明では、壁１８の領域３４がヘッド９の端部で肉厚を薄くする。この弱い領域３４のために、壁１８が軽く曲がることが可能になり、補強材４の区分６の整列状態が維持される。補強材４の種々の区分６を取り付けるときに、区分６の完全な整列状態を維持することは多くの場合難しい。

本発明によれば、この当て板１５の利点は、当て板を形成する方法にもある。本発明による当て板１５を製造するには、多くの生産方法及び取り付け方法を使用することができる。

したがって、本発明によれは、複合材料から製造される当て板１５と、表皮７とは一緒にかつ同時に製造することができる。同様に、本発明によれは、複合材料から製造される当て板１５と、補強材４とは、一緒にかつ同時に製造することができる。他の解決法では、補強材４とは別に当て板１５を作成し、後で該当て板を補強材４と表皮７に取り付ける。例えば、当て板１５をポリマー表皮に接着することができ、或いは、補強材４と表皮７にボルト止めすることもできる。

本発明によれは、上記した実施態様と当て板の変形態様とを組み合わせることができる。したがって、例えば、補強材は、一方の側部が第１実施態様の当て板２０で覆われ、他方の側部が第３実施態様の当て板で覆われるようにしてもよい。また、他の変形例の組み合わせも可能である。例えば、補強材は、第１底板１０がヘッド９より補強フレーム５に近い位置で途切れ、ヘッド９は第２底板１１より補強フレーム５に近い位置で途切れるようにしてよい。

１ 胴体； ３ 胴体プレート； ４ 補強材； ５ 補強フレーム； ７ 表皮；
９ ヘッド； １０、１１ 底板； １２、１４ 側部； １５ 当て板；
１７ ブレード； １８ 壁部。

Claims (10)

1. 胴体（１）のプレート（３）と、
   オメガ状の断面形状をもち、前記胴体プレート（３）上、或いは前記胴体の内壁を覆う表皮（７）上で、前記胴体（１）の縦軸（１００）に沿って延びる補強材（４）と、
   前記胴体の前記縦軸に直交する方向に配置された補強フレーム（５）と、
   を備え、
   前記補強材（４）は、胴体プレート（３）が前記補強フレーム（５）と交差する部分で途切れており、
   前記補強材（４）の前記途切れにより、該補強材（４）が２つの区分（６）に分離されており、
   少なくとも１つの当て板（１５）が、前記補強材（４）における２つの連続する前記区分（６）の端部（１６）間にわたされて、前記補強材（４）の２つの連続する区分（６）を結合するように構成された航空機であって、
   前記当て板（１５）が、一つの前記プレート（３）と前記補強フレーム（５）との間に配置されて、前記フレーム（５）が前記当て板（１５）に載置されるようにされていることを特徴とする航空機。
2. 前記補強フレーム（５）の載置される前記当て板（１５）の全てが、前記補強フレーム（５）の支持面を形成する、こと特徴とする請求項１に記載の航空機。
3. 前記当て板（１５）が、前記補強材（４）の底板（１０）上に支持された少なくとも１つのブレード（１７）と、前記補強材（４）のヘッド（９）の側部（１２）上に支持される少なくとも１つの壁（１８）とを有すること特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の航空機。
4. 前記当て板（１５）が、２つの底板（１０、１１）上に支持される少なくとも２つのブレード（１７）と、２つの側部（１２、１４）上に支持される少なくとも２つの壁（１８）とを有し、前記底板と側部の組（１０、１２）、（１１，１４）は同じ補強材（４）か、又は隣り合った平行な２つの補強材（２９，３０）にそれぞれ属していること特徴とする請求項３に記載の航空機。
5. 前記当て板（１５）が前記補強材（４）の一方の端部（１６）に配置され、前記補強フレーム（５）によって分断されていないことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の航空機。
6. 前記当て板（１５）は、前記補強材（４）のヘッド（９）の傾斜した端面に沿って延び前記ヘッド（９）に接している止め具（３３）を有することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の航空機。
7. 前記当て板（１５）は薄肉部分（３４）を有し、この薄肉部分（３４）は、前記補強材（４）のヘッド（９）の途切れ部分に対応する前記当て板（１５）の壁（１８）に位置していることを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の航空機。
8. 請求項１から７までのいずれか１項に記載の航空機を製造する方法であって、
   複合材料の当て板（１５）と表皮（７）とが一緒にかつ同時に製造される工程を含むことを特徴とする方法。
9. 請求項１から７までのいずれか１項に記載の航空機を製造する方法であって、
   複合材料の当て板（１５）と複合材料の補強材（４）とが一緒にかつ同時に製造される工程を含むことを特徴とする方法。
10. 請求項１から７までのいずれか１項に記載の航空機を製造する方法であって、
    当て板（１５）を補強材（４）とは別に製造する工程と、
    前記当て板（１５）を補強材（４）と表皮（７）又は胴体プレート（３）とに取り付ける工程と、
    を含むことを特徴とする方法。

Images