JP2011512267A - 湾曲した外形を有する複合部品 - Google Patents

Abstract

複合部品の一実施形態は、複数の補強積層を含む湾曲した縦長部分を含んでいる。湾曲した縦長部分に含まれる補強積層は、非連続的な織物及び非連続的な補強材のうちの少なくとも一方を含んでいる。

Description

航空機及びその他のデバイスの従来の補強材は、三つのフランジを有する梁である帽子状の補強材から構成されることが多い。しかしながら、多くの場合、このような梁は、シワ寄り及び／又は湾曲の問題を生じずに、複雑な形状を有する領域に配置することができない。必要な荷重を支持するために、しばしば高価な修復を行って補強材が追加される。更に、修復プライのような追加の材料が必要となって、重量増加を招く場合がある。また、追加の処理、検査、及び／又は製造のステップが必要となって、製造の費用及び時間が共に増大する可能性がある。

一又は複数の既存の複合部品及び／又は製造方法に関連する一又は複数の問題を軽減するための、複合部品及び／又は製造方法が必要である。

本発明の一態様では、複合部品は、複数の補強積層を含む湾曲した縦長部分を含んでいる。湾曲した縦長部分に含まれる補強積層は、非連続的な織物及び非連続的な補強材のうちの少なくとも一方を含む。

本発明の別の態様では、複合部品の製造方法が開示される。一のステップにおいて、縦長の複合部品が供給される。この縦長の複合部品は、非連続的な織物及び非連続的な補強材のうちの少なくとも一方を含む補強積層を含んでいる。別のステップでは、縦長の複合部品を、非連続的な織物及び非連続的な補強材のうちの少なくとも一方を含む湾曲した縦長部分に成形する。

本発明の上記及びその他の特徴、態様、及び利点は、添付図面、後述の説明、及び請求の範囲により更に明らかになるであろう。

Ｚ面内において湾曲した縦長部分と直線的な縦長部分とを含む複合部品の一実施形態を示す斜視図である。 図１の複合部品の実施形態の湾曲した縦長部分のライン２−２における断面図である。 図２の実施形態の断面図に示す４５°の織り布のライン３−３における断面図を平面図に変換した図である。 図２の実施形態の断面図に示す０／９０°の織り布のライン４−４における断面図を平面図に変換した図である。 図２の実施形態の断面図に示す９０°の補強材のライン５−５における断面図を平面図に変換した図である。 図２の実施形態の断面図に示す０°の補強材のライン６−６における断面図を平面図に変換した図である。 図１の複合部品の底面図であり、点線は、湾曲した縦長部分の補強層に設けられた窓を示している。 図１の複合部品の実施形態の直線的な縦長部分のライン８−８における断面図である。 図１の複合部品の実施形態の湾曲した縦長部分のライン９−９における断面図の別の実施形態を示す。 Ｘ−Ｙ平面内において湾曲した縦長部分と、一部材に取り付けられた直線的な縦長部分とを含む複合部品の一実施形態の斜視図である。 図１０の複合部材の実施形態の湾曲した縦長部分のライン１１−１１における断面図である。 図１０の複合部品の底面図であり、点線は、湾曲した縦長部分の補強層に設けられた窓を示している。 図１０の複合部品の実施形態の直線的な縦長部分のライン１３−１３における断面図である。 複合部品製造方法のフローチャートの一実施形態を示す。

後述の詳細な説明は、本発明を実行するために現在考慮される最善のモードに関するものである。本発明の範囲は請求の範囲によって最もよく定義されるので、後述の説明は、制限的な意味を持たず、本発明の一般原理の説明のみを目的としている。

図１は、Ｚ面内において湾曲した縦長部分１２と、直線的な縦長部分１４とを含む複合部品１０の一実施形態の斜視図である。複合部品１０は、補強材の積層から作製することができ、航空機の部品、航空機の骨組み、航空機の縦通材、或いは航空機以外の部品、デバイス、又は構造を含みうる。湾曲した縦長部分１２は、フランジ部材１６及び１８、ウェブ部材２０及び２２、並びにキャップ部材２４を含むことができる。

図２は、図１に示す複合部品１０の実施形態の湾曲した縦長部分１２のライン２−２における断面図である。図示のように、湾曲した縦長部分１２は、異なる種類／方向の補強材を有する積み重ねられた複数の補強層２６から構成することができる。他の実施形態では、補強積層２６は、様々な材料から作製することができる。４５°（ＰＸ）の織り布２９からなる複数の層２８は、フランジ部材１６からウェブ部材２０、キャップ部材２４、ウェブ部材２２、及びフランジ部材１８に亘って連続することができる。４５°（ＰＸ）の織り布２９からなる他の層３１は、ウェブ部材２０から、キャップ部材２４を介してウェブ部材２２に連続し、フランジ部材１６及び１８中に延びることができる。４５°（ＰＸ）の織り布２９からなるまた別の層３５は、フランジ部材１６及び１８に延びることなく、ウェブ部材２０、キャップ部材２４、及びウェブ部材２２の周囲３７に連続して延びることができる。図３は、図２の実施形態の断面図に示す４５°の織り布２９の一部の、ライン３−３における断面図を平面図に変換したものである。４５°の織り布２９は、補強材の層３３に対して４５°の角度に、補強材の層３０を含むことができる。

図２に示すように、０／９０°（ＰＷ「平織り」）の織り布３４の層３９は、湾曲した縦長部分１２に沿って非連続に延びることができる。０／９０°の織り布３４は、フランジ部材１６からウェブ部材２０の途中まで延びることができる。０／９０°の織り布３４はまた、フランジ１８からウェブ部材２２の途中まで延びることができる。０／９０°の織り布３４は、キャップ部材２４に延びなくてもよい。ウェブ部材２０、キャップ部材２４、及びウェブ部材２２の０／９０°の、織り布３４が存在しない部分には、一又は複数の窓３６を設けることができる。このような窓３６は、湾曲した縦長部分１２のシワ寄りを軽減及び／又は防止することができる。図４は、図２の実施形態の断面図に示す０／９０°の織り布３４のライン４−４における断面図を平面図に変換したものである。０／９０°の織り布３４は、補強材の層４０に垂直な補強材の層３８を含むことができる。

図２に示すように、９０°の補強材４２からなる層４１は、ウェブ部材２０の途中から、キャップ部材２４を通って、ウェブ部材２２の途中までしか延びていない。９０°の補強材４２は、フランジ部材１６又は１８には延びず、ウェブ部材２０及び２２の部分４４及び４６にも延びていない。ウェブ部材２０、キャップ部材２４、及びウェブ部材２２の、９０°の補強材４２が存在しない部分には、一又は複数の窓４８があってよい。このような窓４８は、湾曲した縦長部分１２のシワ寄りを軽減及び／又は防止することができる。図５は、図２の実施形態の断面図に示す９０°の補強材４２のライン５−５における断面図を、平面図に変換したものである。９０°の補強材４２は、補強材５０からなる平行な層を含むことができる。

図２に示すように、０°の補強材５２からなる層４３は、キャップ部材２４の一部のみに配置することができる。０°の補強材５２からなる層は、ウェブ部材２０及び２２に延びることができるが、フランジ部材１６又は１８には延びていない。ウェブ部材２０及び２２、並びにキャップ部材２４の、補強材が存在しない部分には、一又は複数の窓５４を設けることができる。このような窓５４は、湾曲した縦長部分１２のシワ寄りを軽減及び／又は防止することができる。図６は、図２の実施形態の断面図に示す０°の補強材５２のライン６−６における断面図を、平面図に変換したものである。０°の補強材５２は、図５の補強材５０に垂直な補強材５６からなる平行な層を含むことができる。

図２に示すように、湾曲した縦長部分１２は、航空機の外板及び／又は他の種類の航空機の部品或いは航空機以外の部品を含みうる部材５８に取り付けることができる。湾曲した縦長部分１２と前記部材５８の間の追加的支持として、複数のフィラー部材６０を取り付けることができる。

図７は、図１の複合部品１０の底面図を示し、点線は、湾曲した縦長部分１２の補強層２６に設けられた各窓３６、４８、及び５４を示している。窓３６、４８、及び５４は、湾曲した縦長部分１２のシワ寄りを軽減及び／又は防止することができる。

図８は、図１の複合部品１０の実施形態の直線的な縦長部分１４のライン８−８における断面図である。図示のように、直線的な縦長部分１４は、第２の積み重ねられた複数の補強層６４を含むことができる。第２の複数の補強積層６４は、フランジ部材１６からウェブ部材２０、キャップ部材２４、ウェブ部材２２及びフランジ部材１８に亘って連続する４５°（ＰＸ）の織り布２９からなる層を含むことができる。第２の複数の補強積層６４は、更に、フランジ部材１６からウェブ部材２０、キャップ部材２４、ウェブ部材２２、及びフランジ部材１８に亘って連続する０／９０°（ＰＷ「平織り」）の織り布３４の層を含むことができる。シワ寄りは、直線的な縦長部分１４においては問題ではなく、４５°（ＰＸ）の織り布２９の層と、０／９０°（ＰＷ「平織り」）の織り布３４の層とを、補強層６４に窓を用いずに、フランジ部材１６及び１８、ウェブ部材２０及び２２、並びにキャップ部材２４に亘って連続させることができる。

図９は、図１に示す複合部品の実施形態の湾曲した縦長部分１２のライン９−９における断面図の別の実施形態を示す。図９の断面図と図２の断面図との相違点は、図９では、０／９０°の織り布３４が、フランジ部材１６及び１８内と、ウェブ部材２０及び２２のいずれかの中に延びているが、キャップ２４部材内には延びていないことのみとすることができる。その結果、０／９０°の補強材を含まない窓３６を拡大することができる。

図１０は、Ｘ−Ｙ平面内において湾曲した縦長部分１１２と、航空機の外板及び／又は他の種類の航空機部品あるいは航空機以外の部品を含みうる部材１５８に取り付けられる直線的な縦長部分１１４とを含む複合部品１１０の一実施形態の斜視図を示す。複合部品１１０は、補強材の積層から作製することができ、航空機の部品、航空機の骨組み、航空機の縦通材、或いは航空機以外の部品、デバイス又は構造でありうる。湾曲した縦長部分１１２は、フランジ部材１１６及び１１８、ウェブ部材１２０及び１２２、並びにキャップ部材１２４を含むことができる。

図１１は、図１０に示す複合部品１１０の実施形態の湾曲した縦長部分１１２のライン１１−１１における断面図を示す。図示のように、湾曲した縦長部分１１２は、異なる種類／方向の補強材を有する複数の補強積層１２６を含むことができる。補強積層１２６は、一又は複数の種類の補強材から作製することができる。他の実施形態では、補強積層１２６は様々な材料から作製することができる。４５°（ＰＸ）の織り布１２９からなる複数の層１２８は、フランジ部材１１６からウェブ部材１２０、キャップ部材１２４、ウェブ部材１２２、及びフランジ部材１１８に亘って連続することができる。

図１１に示すように、０／９０°（ＰＷ「平織り」）の織り布１３４の層は、湾曲した縦長部分１１２に沿って連続していなくともよい。０／９０°の織り布１３４は、ウェブ部材１２０にのみ配置することができ、フランジ部材１１６及び１１８、或いはキャップ部材１２４には含まれなくてよい。他の実施形態では、０／９０°の織り布１３４は、フランジ部材１１６及び１１８の途中までしか延びずともよく、キャップ部材１２４中に延びていなくてよい。フランジ部材１１６及び１１８、並びにキャップ部材１２４の、０／９０°の織り布１３４を含まない部分には、一又は複数の窓１３６を設けることができる。このような窓１３６は、湾曲した縦長部分１１２のシワ寄りを軽減及び／又は防止することができる。

図１１に示すように、０°の補強材１５２からなる非連続的な幅狭のストリップ又はトウは、各ストリップ又はトウの間に名目上のギャップを有し、フランジ部材１１６及び１１８からウェブ部材１２０を通ってキャップ部材１２４中へと延びることができる。このような窓１５４は、湾曲した縦長部分１１２のシワ寄りを軽減及び／又は防止することができる。

図１１に示すように、湾曲した縦長部分１１２は、航空機の外板及び／又は他の種類の航空機部品或いは航空機以外の部品を含みうる部材に取り付けることができる。複数のフィラー部材１６０を、追加的な支持として、湾曲した縦長部分１１２と部材１５８との間に取り付けることができる。

図１２は、図１０の複合部品１１０の底面図を示し、点線は、湾曲した縦長部分１１２の０／９０°（ＰＷ「平織り」）の織り布からなる層１３４に設けられた窓１３６、１４８、及び１５４内部の、０°の補強材からなる非連続的な幅狭のストリップ又はトウを示している。窓１３６、１４８、及び１５４は、湾曲した縦長部分１１２のシワ寄りを軽減及び／又は防止することができる。

図１３は、図１０に示す複合部品１１０の実施形態の、直線的な縦長部分１１４のライン１３−１３における断面図である。図示のように、直線的な縦長部分１１４は、第２の積み重ねられた複数の補強層１６４を含むことができる。第２の複数の補強積層１６４は、フランジ部材１１６からウェブ部材１２０、キャップ部材１２４、ウェブ部材１２２及びフランジ部材１１８に亘って連続する４５°（ＰＸ）の織り布２９からなる層を含むことができる。第２の複数の補強積層１６４は、更に、フランジ部材１１６からウェブ部材１２０、キャップ部材１２４、ウェブ部材１２２、及びフランジ部材１１８に亘って連続する０／９０°（ＰＷ「平織り」）の織り布１３４の層を含むことができる。シワ寄りは、直線的な縦長部分１１４においては問題ではなく、４５°（ＰＸ）の織り布２９の層と、０／９０°（ＰＷ「平織り」）の織り布１３４の層とを、０／９０°（ＰＷ「平織り」）の織り布の層１６４に窓を用いずに、フランジ部材１１６及び１１８、ウェブ部材１２０及び１２２、並びにキャップ部材１２４に亘って連続させることができる。

図１４は、複合部品１０／１１０の製造方法のフローチャート２６６の一実施形態を示す。一のステップ２６８では、縦長の複合部品１０／１１０を準備／積層する。準備／積層された縦長の複合部品１０／１１０は、非連続的な平織り（ＰＷ）０／９０°の織り布３４／１３４、及び非連続的な０°の補強材５２／１５２のうちの少なくとも一方を有する補強層２６／１２６を積層すること、窓３６／４８／５４／１３６／１４８／１５４の形状が極めて複雑な領域の周辺に窓プライを配置すること、及び窓３６／４８／５４／１３６／１４８／１５４の中に構造補強プライを追加することを含むことができる。積層された補強層２６／１２６は、様々な補強剤から作製することができる。他の実施形態では、積層された補強層２６／１２６は、様々な材料から作製することができる。準備ステップ２６８は、直線的／平坦な補強材の積層２６／１２６を有する縦長の複合部品１０／１１０を含む平坦なチャージの中に、補強材のプライを準備／積層することを含むことができる。準備ステップ２６８は、更に、直線的な縦長部分１４／１１４を含むことができ、この直線的な縦長部分１４／１１４全体には、連続的な平織り（ＰＷ）０／９０°の織り布３４／１３４、及び／又は連続的な４５°（ＰＸ）の織り布２９／１２９が延びている。

準備ステップ２６８では、切断機、積層機、及び／又は他の種類の機器を利用して、直線的／平坦な補強積層２６／１２６の積層及び／又は切断を行うことができる。準備ステップ２６８は、他に、４５°（ＰＸ）の織り布２９／１２９と９０°の補強材４２／１４２とを更に含む補強層２６／１２６を積み重ねることにより、縦長の複合部品１０／１１０を準備／積層することを含むことができる。準備ステップ２６８は、積み重ねられた補強積層２６／１２６の各々が、補強積層２６／１２６に一又は複数の窓３６／４８／５４／１３６／１４８／１５４を含むような平坦なパターンを含むように、切断機、積層機、及び／又は別の種類の機器をプログラミングすることを含むことができる。準備ステップは、更に、窓３６／４８／５４／１３６／１４８／１５４内の補強プライ間に、手動で及び／又は機器を使用することにより、セパレータフィルムを挟むことを含むことができる。

別のステップ２７０では、準備された縦長の複合部品１０／１１０の未硬化の直線的な補強積層２６／１２６を、湾曲した縦長部分１２／１１２に成形する。成形ステップ２７０は、成形機、型、及び／又は別の種類の成形デバイス、構造、及び／又はプロセスを利用することができる。一実施形態では、成形ステップ２７０は、未硬化の、直線的な補強積層２６／１２６を使用して、準備された縦長の複合部品１０／１１０の縦長部分１２／１１２を機械により成形すること、成形した縦長部分１２／１１２を、硬化型内に配置すること、フランジ部材１６／１８／１１６／１１８及びウェブ部材１０／２２／１２０／１２２を、必要に応じて真っ直ぐに揃えること、湾曲部分に窓プライを位置決め及び成形すること、セパレータフィルムを除去すること、及び湾曲した縦長部分１２／１１２をシワ無く硬化させることのうちの一又は複数を含むことができる。成形された湾曲縦長部分１２／１１２は、非連続的な平織り（ＰＷ）０／９０°の織り布３４／１３４からなる一又は複数のプライと、非連続的な０°の補強材５２／１５２とを含むことができる。成形ステップ２７０は、更に、準備された縦長の複合部品１０／１１０の未硬化の直線的な強化積層２６／１２６を、直線的な縦長部分１４／１１４に成形することを含むことができる。成形された直線的縦長部分１４／１１４は、直線的縦長部分１４／１１４全体に延びる連続的な平織り（ＰＷ）０／９０°の織り布３４／１３４、及び／又は直線的縦長部分１４／１１４全体に延びる連続的な４５°（ＰＸ）の織り布２９／１２９を含むことができる。

一実施形態では、準備ステップ２６８及び成形ステップ２７０は、航空機の部品、航空機の骨組み、及び航空機の縦通材のうちの少なくとも一つを含む複合部品を準備及び成形することを含むことができる。他の実施形態では、様々な航空機以外の構造、デバイス、又は部品を準備及び成形することができる。

また別の実施形態では、本発明の様々な実施形態に開示される複合部品及び方法は、あらゆる角度の織り布、及び／又はあらゆる角度の補強材を包含及び／又は利用することができる。例えば、所定の角度の織り布、及び／又は所定の角度の補強材に言及している本明細書のあらゆる部分において、織り布の角度及び／又は補強材の角度を変更することが可能である。

本発明の一又は複数の実施形態は、一又は複数の既存の複合部品及び／又は製造方法が有する一又は複数の問題を軽減することができる。例えば、本発明の一又は複数の実施形態は、極めて複雑な外形を有する領域に配置されて、シワ及び／又は屈曲の種類の問題を軽減及び／又は排除する複合部品を提供することができ、必要な荷重を支持する補強材の追加に必要な高価な修理を軽減することができ、追加的な補強材の必要性を軽減することにより、費用及び重量を低減することができ、追加的な処理、検査、及び製造ステップの必要性を低減することができ、及び／又は一又は複数の他の種類の問題を軽減することができる。

言うまでもないが、上記の説明は本発明の例示的な実施形態に関するものであること、並びに、請求の範囲に規定される本発明の精神及び範囲から逸脱せずに種々の変更が可能であることを理解されたい。

Claims (15)

1. 複数の補強積層を含む湾曲した縦長部分を含む複合部品であって、湾曲した縦長部分に含まれる強化積層が、集合的に、非連続的な織り布及び非連続的な補強材のうちの少なくとも一方を含んでいる、複合部品。
2. 航空機の部品、航空機の骨組み、及び航空機の縦通材のうちの少なくとも一つを含んでいる、請求項１に記載の複合部品。
3. 湾曲した縦長部分に含まれる補強積層が、更に、４５°の織り布（ＰＸ）、及び９０°の補強材のうちの少なくとも一方を含んでいる、請求項１に記載の複合部品。
4. 湾曲した縦長部分が、複数のフランジ部材、複数のウェブ部材、及びキャップ部材を含んでいる、請求項１に記載の複合部品。
5. 湾曲した縦長部分がＺ面内で湾曲しており、ウェブ部材及びキャップ部材の各々が、連続的な平織り（ＰＸ）４５°の織り布、非連続的な平織り（ＰＷ）０／９０°の織り布、及び非連続的な０°の補強材のうちの少なくとも一つを含んでいる、請求項４に記載の複合部品。
6. 湾曲した縦長部分がＸ−Ｙ面内で湾曲しており、フランジ部材及びキャップ部材の各々が、平織り（ＰＸ）４５°の織り布、非連続的な平織り（ＰＷ）０／９０°の織り布、及び非連続的な０°の補強材のうちの少なくとも一つを含んでいる、請求項４に記載の複合部品。
7. 直線的な縦長部分を更に含む、請求項１に記載の複合部品。
8. 湾曲した縦長部分に含まれる補強積層が、集合的に、非連続的な平織り（ＰＷ）０／９０°の織り布、及び非連続的な０°の補強材のうちの少なくとも一方を含んでいる、請求項１に記載の複合部品。
9. 複合部品の製造方法であって、
   非連続的な織り布及び非連続的な補強材のうちの少なくとも一方を含む補強積層を含む縦長の複合部品を準備することと、
   縦長の複合部品を、非連続的な織り布及び非連続的な補強材のうちの少なくとも一方を含む湾曲した縦長部分へと成形することと
   を含む方法。
10. 準備ステップ及び成形ステップが、航空機の部品、航空機の骨組み、及び航空機の縦通材のうちの少なくとも一つを準備及び成形することを含んでいる、請求項９に記載の方法。
11. 準備ステップが、非連続的な平織り（ＰＷ）０／９０°の織り布、及び非連続的な０°の補強材のうちの少なくとも一方を含む補強積層を含む縦長の複合部品を準備することを含んでおり、成形ステップが、縦長の複合部品を、非連続的な平織り（ＰＷ）０／９０°の織り布、及び非連続的な０°の補強材のうちの少なくとも一方を含む湾曲した縦長部分に成形することを含んでいる、請求項９に記載の方法。
12. 準備ステップが、直線的な補強積層を含む縦長の複合部品を準備することを含んでいる、請求項９に記載の方法。
13. 準備ステップが、４５°の織り布（ＰＸ）、９０°の補強材、及び非連続的な０°の補強材を更に含む補強積層を含む縦長の複合部品を準備することを更に含んでいる、請求項１８に記載の方法。
14. 成形ステップが、直線的な縦長部分全体に延びる連続的な平織り（ＰＷ）０／９０°の織り布、直線的な縦長部分全体に延びる連続的な４５°の織り布（ＰＸ）、及び直線的な縦長部分全体に延びる連続的な０°の補強材のうちの少なくとも一つを含む直線的な縦長部分に、縦長の複合部品を成形することを更に含んでいる、請求項９に記載の方法。
15. 成形ステップが、成形機及び型のうちの少なくとも一方を利用する、請求項９に記載の方法。

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