JP2013256281A - 接合された複合翼型及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複合翼及び／又は制御面構造の接合された継手、並びに翼桁と連結された構造外板との間の継手での留め具の必要性を減らす製造方法を提供する。
【解決手段】上端翼外板パネル７４及び底面翼外板パネル７６は、二次的な接合工程において、早期硬化され、かつ接合された角継手７８で早期硬化された前桁６６及び早期硬化された後桁６８にそれぞれ装着される。二次的な接合工程前に、翼外板パネル７４、７６及び桁６６、６８を別個にオートクレーブで早期硬化させることにより、製品の不整合を減らし、翼型の質を向上させ、生産工程を単純化し、かつ製造フロー時間を短縮することができる。
【選択図】図３

Description

本発明の開示は、概して航空機の主翼ボックスなどの翼型に関し、より具体的には、翼桁に接合された複合外側外板を有する翼型構造に関する。

航空機の翼及び／又は制御面は、外側外板で覆われる桁、小骨及び縦通材の骨組みを用いることができる。桁は多数の主翼荷重を支え、他方で、小骨は翼を強化し、かつ翼外板に翼型形状を提供する。金属翼構造の場合には、金属構造体は、締結継手を使用して金属桁に装着される。しかしながら、一つには複合物は金属よりも支圧強度が低いために、締結継手の使用は、複合桁翼及び制御面設計に困難を引き起こすかもしれない。したがって、留め具を使用する複合翼構造は、継手領域の留め具の支圧強度を向上させるために、強化する必要がある。翼における強化材の必要性により、翼性能が低下し、好ましくない重量を航空機に付加する、及び／又は製造コストを増やすことになるかもしれない。

したがって、複合翼及び／又は制御面構造の接合された継手、並びに翼桁と連結された構造外板との間の継手での留め具の必要性を減らす又は除去する関連製造方法が必要とされる。また、翼構成要素の製造を単純化し、早期硬化された複合翼外板を二次的な接合工程で接着接合技術を使用して早期硬化された複合桁に装着させる主翼ボックスなどの翼設計も必要とされる。

開示される実施形態は、航空機の主翼ボックス又は制御面などの翼型、及び早期硬化された複合サンドイッチパネル外板を二次的な接合工程で早期硬化された複合サンドイッチ桁に接着接合させ、これにより外板と桁との間で締結継手の必要性を減らす又は取り除く関連製造方法を提供する。複合サンドイッチパネル外板及び桁の使用により、パーツの総数、複雑さ及び重量を減らす一方で、要求される剛性を有する翼型が提供される。二次的な接合工程の前にオートクレーブで翼外板及び翼桁を別々に早期硬化させることにより、製品の不整合性を減らし、翼型の質を向上させ、生産工程を単純化し、かつ製造フロー時間を短縮することが可能になる。桁キャップを桁に一体化することにより、かつ強化積層物である桁キャップを用いることにより、外板と桁との接合を介した荷重伝達は減らされる。桁キャップは、複合サンドイッチパネル外板と実質的に位置合わせされる。桁重量は、ハニカムサンドイッチ構造である桁ウェブを用いることにより、最小化される。複合サンドイッチパネル外板を使用することにより、翼小骨の数を縮小する又は翼小骨間に間隔を空ける一方で、長手方向の翼縦通材の必要性を減らす又は除去することが可能になる。

一つの開示される実施形態によれば、外側翼外板、内側翼外板及び内側翼外板と外側翼外板との間にはさまれたパネルコアを含む少なくとも一つの翼外板パネル、並びに桁ウェブ及び桁キャップを有する少なくとも一つの桁であって、桁キャップは、概して位置合わせされた桁キャップコアを有しかつパネルコアとともに継手を形成する、桁を備える翼型が提供される。翼型は、翼外板パネルと桁との間に接着接合継手をさらに含む。外側翼外板は、継手に重なり、かつ桁キャップと対面接触する。桁は継手に重なる内側表面板を含み、外側翼外板の各々及び内側表面板は繊維強化複合樹脂とする。桁ウェブは桁ウェブコアを含み、桁は、桁キャップコアを桁ウェブコアに連結するヌードルを含む。ヌードルは、シート成形混合物とする。桁は内側表面板及び外側表面板を含み、かつ桁キャップコア、桁ウェブコア及びヌードルは、内側表面板と外側表面板との間にはさまれる。桁キャップコアは、実質的な固体積層物であり、桁ウェブは、ハニカムコアを含む。桁は、背中合わせに設けられ、かつ桁キャップを形成する反対側に延びるフランジをそれぞれが有する二つのＣ型部材を含み、外側外板は、フランジに重なり、かつフランジと対面接触する。

別の開示された実施形態によれば、翼型は、ウェブ及びウェブの一つの端部上に少なくとも一つのフランジを有する少なくとも一つの桁、フランジと対面接触する外側外板、及び桁フランジを外側外板に装着する接合継手を備える。フランジは、外側外板に配置された実質的にすべての荷重を桁ウェブに伝達するのに十分な密度を有するコアを含む。桁及び外側外板の各々は複合物であり、桁はフランジをウェブに連結するヌードルを含む。桁は、内側桁表面板、外側桁表面板、及び内側桁表面板と外側桁表面板との間にはさまれたウェブコアを含み、フランジコアは、内側桁表面板と外側桁表面板との間にはさまれる。フランジコアは、実質的に固体の複合積層物であり、ウェブコアはハニカムとする。桁は、各々が実質的にＣ型の横断面を有する第一及び第二の桁部材を含み、桁部材は背中合わせにつなぎ合わされる。翼型は、内側翼外板、及び外側翼外板と内側翼外板との間にはさまれた翼外板コアをさらに備える。フランジコア及び翼外板コアは、実質的に互いに位置合わせされ、継手を形成するために隣り合わせに設けられ、かつ外側翼外板は継手に重なる。桁は内側表面板および外側表面板を含み、ウェブはウェブコアを含み、桁はフランジコアをウェブコアに連結させるヌードルを含み、フランジコア、ウェブコア及びヌードルは内側表面板と外側表面板との間にはさまれる。ウェブコアは、フランジコアの密度を下回る密度を有する。

さらに別の実施形態によれば、早期硬化された前複合桁、早期硬化された後複合桁、外側翼外板を含む少なくとも一つの早期硬化された翼外板パネル、及び早期硬化された翼外板パネルを早期硬化された前複合桁及び早期硬化された後複合桁の各々に装着する接着接合継手が提供される。翼は、早期硬化された複合前縁アセンブリをさらに備え、前縁アセンブリは、早期硬化された前複合桁に重なりかつ接合された外側表面板を含む。早期硬化された前桁及び早期硬化された後桁の各々は、内側桁表面板及び外側桁表面板を有するサンドイッチパネル構成である。翼外板パネルは、サンドイッチ構成であり、内側翼外板を含む。外側翼外板は、外側桁表面板に重なりかつ接合され、内側桁表面板は、内側翼外板に重なりかつ接合される。

さらなる実施形態によれば、翼型の製造方法が提供される。方法は、複合翼外板を組み立てること及び早期硬化させること、複合桁を組み立てること及び早期硬化させること、並びに複合外板を複合桁に接着接合することにより、複合外板を複合桁に装着することを含む。複合桁を組み立てることは、内側複合桁表面板と外側複合桁表面板との間で桁ウェブコア及び桁キャップコアをはさむこと、及び桁ウェブコアと桁キャップコアとの間にヌードルを配置することにより桁ウェブコアを桁キャップコアに連結することを含む。複合翼外板を組み立てることは、内側複合翼外板と外側複合翼外板との間に翼外板コアをはさむことにより複合サンドイッチを形成すること、及び複合外板サンドイッチを早期硬化させることを含み、並びに複合翼外板を複合桁に接合することは、内側翼外板表面板及び外側翼外板表面板の各々を複合桁に接合することを含む。複合翼外板を複合桁に装着することは、翼外板コアと複合桁のコアとの間に継手を形成すること、及び外側翼外板を継手上に重ねることを含む。また、複合翼外板を複合桁に装着することは、桁の内側複合表面板を継手上に重ねることを含む。

本開示の一つの態様によれば、外側翼外板、内側翼外板及び内側翼外板と外側翼外板との間にはさまれたパネルコアを含む少なくとも一つの翼外板パネル、桁ウェブ及び桁キャップを有する少なくとも一つの桁であって、桁キャップは、概して位置合わせされた桁キャップコアを有し、かつパネルコアとともに継手を形成する、桁、及び翼外板パネルと桁との間の接着接合継手を備える翼型が提供される。有利には、外側翼外板は、継手に重なり、かつ桁キャップと対面接触する。有利には、桁は、継手に重なる内側表面板を含む。好適には、外側翼外板及び内側表面板の各々は、繊維強化複合樹脂とする。有利には、桁ウェブは桁ウェブコアを含み、桁は桁キャップコアを桁ウェブコアに連結するヌードルを含む。好適には、ヌードルは、シート成形混合物とする。好適には、桁は内側表面板及び外側表面板を含み、かつ桁キャップコア、桁ウェブコア及びヌードルは、内側表面板と外側表面板との間にはさまれる。有利には、桁キャップコアは、実質的な固体積層物であり、かつパネルコアに隣接し、桁ウェブはハニカムコアを含む。有利には、桁は、背中合わせに設けられかつ桁キャップを形成する反対側に延びるフランジをそれぞれが有する二つのＣ型部材を含み、外側外板は、フランジに重なり、かつフランジと対面接触する。

本開示の一つの態様によれば、桁ウェブを有する少なくとも一つの桁、ウェブの一つの端部上の少なくとも一つの桁フランジ、フランジと対面接触する外側翼外板、及び桁フランジを外側翼外板に装着する接合継手を備え、フランジは、外側翼外板に配置された実質的にすべての荷重を桁ウェブに伝達するのに十分な密度を有するフランジコアを含む、翼型が提供される。有利には、桁及び外側外板の各々は複合物であり、桁はフランジをウェブに連結するヌードルを含む。好適には、桁は、内側桁表面板、外側桁表面板、及び内側桁表面板と外側桁表面板との間にはさまれたウェブコアを含み、フランジコアは、内側桁表面板と外側桁表面板との間にはさまれる。好適には、フランジコアは、実質的に固体の複合積層物であり、ウェブコアはハニカムとする。有利には、桁は、各々が実質的にＣ型の横断面を有する第一及び第二の桁部材を含み、桁部材は背中合わせにつなぎ合わされる。有利には、翼型は、内側翼外板、外側翼外板と内側翼外板との間にはさまれた翼外板コアを含み、フランジコア及び翼外板コアは、実質的に互いに位置合わせされ、かつ継手を形成するために隣り合わせに設けられ、外側翼外板は継手に重なる。有利には、桁は内側表面板および外側表面板を含み、ウェブはウェブコアを含み、桁はフランジコアをウェブコアに連結させるヌードルを含み、フランジコア、ウェブコア及びヌードルは内側表面板と外側表面板との間にはさまれる。好適には、ウェブコアは、フランジコアの密度を下回る密度を有する。

本開示の一つの態様によれば、早期硬化された前複合桁、早期硬化された後複合桁、外側翼外板を含む少なくとも一つの早期硬化された翼外板パネル、及び早期硬化された翼外板パネルを早期硬化された前複合桁及び早期硬化された後複合桁の各々に装着する接着接合継手が提供される。翼は、早期硬化された複合前縁アセンブリをさらに備え、前縁アセンブリは、早期硬化された前複合桁に重なりかつ接合された外側表面板を含む。有利には、早期硬化された前桁及び早期硬化された後桁の各々は、内側桁表面板及び外側桁表面板を有するサンドイッチパネル構造であり、翼外板パネルは、サンドイッチ構造でありかつ内側翼外板を含み、外側翼外板は、外側桁表面板に重なりかつそれに接合され、内側桁表面板は、内側翼桁に重なりかつそれに接合される。

本開示の一つの態様によれば、翼型を製造する方法であって、複合翼外板を組み立てること及び早期硬化させること、複合桁を組み立てること及び早期硬化させること、及び複合翼外板を複合桁に接着接合することにより、複合翼外板を複合桁に装着することを含む、方法が提供される。有利には、複合桁を組み立てることは、内側複合桁表面板と外側複合桁表面板との間に桁ウェブコア及び桁キャップコアをはさむこと、及び桁ウェブコアと桁キャップコアとの間にヌードルを配置することにより桁ウェブコアを桁キャップコアに連結することを含む。有利には、複合翼外板を組み立てることは、内側複合翼外板と外側複合翼外板との間に翼外板コアをはさむことにより複合外板サンドイッチを形成すること、及び複合外板サンドイッチを早期硬化させることを含み、複合翼外板を複合桁に接合することは、内側翼外板表面板及び外側翼外板表面板の各々を複合桁に接合することを含む。好適には、複合翼外板を複合桁に装着することは、翼外板コアと複合桁のコアとの間に継手を形成すること、及び外側翼外板を継手に重ねることを含む。好適には、複合翼外板を複合桁に装着することは、桁の内側複合表面板を継手に重ねることを含む。

上述のフィーチャ、機能、及び利点は、本発明の種々の実施形態において単独で達成することができるか、又は他の実施形態において組み合わせることができ、これらの実施形態のさらなる詳細は、後述の説明及び図面を参照して見ることができる。

新規の機能と考えられる有利な実施形態の特徴は、特許請求の範囲に明記される。しかしながら、好適な実施形態と、好ましい使用モードと、さらにはその目的及び利点とは、添付図面とともに本発明の好適な一実施形態の以下の詳細な説明を参照することにより最もよく理解されるであろう。

航空機の製造及び保守方法のフロー図である。 航空機のブロック図である。 前縁アセンブリ及び後縁アセンブリが二点鎖線で示される、本実施形態による一体化されたキャップで翼桁に接合された翼外板パネルを有する主翼ボックスの斜視断面図を示す。 前縁が実線で示されているが後縁は示されていない、図３において（図）４として示される方向から見た断面図である。 前縁アセンブリ及び早期硬化された上端翼外板パネルが早期硬化された前桁でどのように組み立てられるかを示す断面図である。 図５に類似した図であるが、完全に組み立てられた状態の構成要素を示す図である。 図６に類似した図であるが、単独のキャップコア及び単独のウェブコアを有する桁を用いる別の実施形態を示す図である。 図６Ａに類似した図であるが、ウェブコアがキャップコアに直接装着される別の実施形態を示す図である。 組立工程中に後桁に取り付けられる上端翼外板パネルを示す図である。 図７に類似した図であるが、後縁アセンブリが二点鎖線で示される、完全に組み立てられた状態の構成要素を示す図である。 主翼ボックスに装着された後縁アセンブリの構成要素を示す斜視図である。 接合された複合翼型の製造方法を示すフロー図である。

開示される実施形態は、接合された複合翼型及び関連する製造方法を含む。実施形態は、具体的には、例えば航空宇宙、船舶、及び自動車への用途及び軽量翼型のような構造体が用いられる他の用途を含む輸送産業における種々の潜在的な用途において利用法を見出すことができる。ゆえに、ここで図１及び図２を参照すると、本開示の実施形態は、図１に示す航空機の製造及び保守方法２０、及び図２に示す航空機２２に関して使用可能である。開示される実施形態の航空機の用途は、たとえば、限定されないが、いくつかの例を挙げると、機体３８のパーツを形成する翼５４、垂直安定板５８及び水平安定板６０を含むことができる。製造前の段階では、例示的な方法２０は、航空機２２の仕様及び設計２４と、材料調達２６とを含む。製造段階では、航空機２２の構成要素及びサブアセンブリの製造２８と、システムインテグレーション３０とが行われる。その後、航空機２２は認可及び納品３２を経て運航３４される。顧客により運航される間に、改造、再構成、改修なども含む航空機２２は定期的な整備及び保守３６を受ける。

方法２０の各プロセスは、システムインテグレーター、第三者、及び／又はオペレーター（例えば顧客）によって実施又は実行される。本明細書の目的のために、システムインテグレーターは、限定しないが、任意の数の航空機製造者、及び主要システムの下請業者を含んでもよく、第三者は、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含んでもよく、オペレーターは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などであってもよい。

図２に示されるように、例示的方法２０によって製造された航空機２２は、複数のシステム４０及び内装４２を有する機体３８を含むことができる。高レベルのシステム４０の例には、推進システム４４、電気システム４６、油圧システム４８、及び環境システム５０のうちの一又は複数が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。機体３８には、胴体５２、翼５４、垂直安定板５８、水平安定板６０、並びに前縁アセンブリ及び後縁アセンブリ（図示せず）などの一又は複数の制御面６２が含まれてもいい。翼５４の各々は、時にトルクボックスとも呼ばれる主翼ボックス５６を含むことができる。翼５４、安定板５８、６０、及び制御面は、外板６４により覆われる。航空機の用途と関連してここで使用されるものとして、「翼型」は、限定されないが、翼５４、垂直安定板５８、水平安定板６０、及び制御面６２を含むことが意図される。

ここで実施されるシステムと方法は、製造及び保守方法２０の一又は複数の任意の段階で用いることができる。例えば、製造プロセス２８に対応する構成要素又はサブアセンブリは、航空機２２の運航中に製造される構成要素又はサブアセンブリと同様の方法で作製又は製造されてもよい。また、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、或いはそれらの組み合わせは、例えば、航空機２２の組立てを実質的に効率化するか、又は航空機１２６のコストを削減することにより、製造段階２８及び３０の間に利用することができる。同様に、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、或いはそれらの組み合わせを、航空機２２の運航中に、例えば限定しないが、整備及び保守３６の一部に利用することができる。

開示される実施形態の原理は、種々の用途の多様な翼型の製造に関連して用いることができる。たとえば、図３及び図４は、航空機の翼５４（図２）のパーツを形成する接合され、パネルで強化された、複合主翼ボックス５６を備える翼型を示す。前縁７０ａを有する前縁アセンブリ７０は、主翼ボックス５６の前面に装着され、後縁７２ａを有する後縁アセンブリ７２は、主翼ボックス５６の後部に装着される。

主翼ボックス５６は、少なくとも前桁６６及び後桁６８を含む。前桁６６は横断面が概してＩ型であり、後桁６８は横断面が概してＣ型であるが、他の横断面形状も可能である。前桁６６は、前桁ウェブ８２、及びウェブ８２の対向する上端部及び底面端部にそれぞれ一体化される上側桁キャップ８４及び下側桁キャップ８６を含む。同様に、後桁６８は、後桁ウェブ８８、及び後桁ウェブ８８の対向する上端部及び底面端部に一体化される上側桁キャップ９０及び下側桁キャップ９２を含む。用途次第では、前桁６６及び後桁６８は、限定はされないが、「Ｊ」型、「Ｚ」型及び「Ｔ」型の構造などの他のウェブ構造の形態とすることができる。以下で説明されるように、桁キャップ８４、８６、９０、９２の各々は、主翼ボックス５６の用途及び特定の構成次第では、強化複合樹脂積層物である単独のフランジ又は対のフランジを含んでもよい。

上端翼外板パネル７４及び底面翼外板パネル７６は、主翼ボックス５６を覆い、外板から桁までが接合される角継手７８で桁６６、６８に接合され、それにより翼外板パネル７４、７６と桁６６、６８との間の締結継手の必要性を減らす又は除去する。上側桁キャップ８４、９０は、上端翼外板パネル７４と概して位置合わせされ、かつそれに一体化され、下側桁キャップ８６、９２は、下側翼外板パネル７６と概して位置合わせされ、かつそれに一体化される。図には示されてはいないが、実施形態によっては、主翼ボックス５６は、主翼ボックス５６の桁方向に間隔を空け、かつ桁６６、６８及び／又は上端翼外板パネル７４及び底面翼外板パネル７６にそれぞれ接着接合される小骨を選択的に含むことができる。

以下でより具体的に説明されるように、上端翼外板パネル７４及び底面翼外板パネル７６の各々は、桁６６、６８を覆いかつそれらに接合される外側複合翼外板１４６を含み、これにより実質的に継続的で空気力学的な外側外板１４７を翼５４（図２）に形成し、これは所望の外側翼面輪郭を有する。上端翼外板パネル７４及び底面翼外板パネル７６はサンドイッチ構造であり、これにより、縦通材（図示せず）を必要とせず、特定用途に必要な小骨（図示せず）の数を減らすことができるほど十分に主翼ボックス５６が強化される。また、翼外板パネル７４、７６及び桁６６、６８両方の複合サンドイッチ構造を使用することにより、パーツ総数、複雑さ及び重量を減らすことができる。

上端翼外板パネル７４及び底面翼外板パネル７６は、二次的な接合工程において、早期硬化され、かつ接合された角継手７８で早期硬化された前桁６６及び早期硬化された後桁６８にそれぞれ装着される。二次的な接合工程前に、翼外板パネル７４、７６及び桁６６、６８を別個にオートクレーブで早期硬化させることにより、製品の不整合を減らし、翼型の質を向上させ、生産工程を単純化し、かつ製造フロー時間を短縮することができる。前桁６６及び後桁６８それぞれ、並びに上端翼外板パネル７４及び底面翼外板パネル７６それぞれは、後により詳細に述べられる複合サンドイッチパネル構造とすることができる。上端翼外板パネル７４及び底面翼外板パネル７６は、接合された角継手７８を形成する構造接着剤の層８０（図５及び図７）により、前桁６６及び後桁６８にそれぞれ接合される。

接合された角継手７８は、慣性荷重及び空気荷重を含む、翼外板パネル７４、７６と桁６６、６８との間の相対的に極小の荷重を伝達することができる。桁キャップ８４、８６、９０、９２を桁キャップ８４、８６、９０、９２の強化複合樹脂積層物の使用とともに対応する桁ウェブ８２、８８に一体化することにより、接合された角継手７８を介する荷重伝達を減らすことができる。さらに、桁キャップ８４、８６、９０、９２の中心線１５９（図６及び図８参照）の翼外板パネル７４、７６への実質的な位置合わせは、外側翼外板１４６から桁ウェブ８２、８８への効率的な荷重伝達を高めることができる。

前縁アセンブリ７０（図４〜６）は、前桁６６に装着され、後縁７２ａを有する後縁アセンブリ７２（図３、図８及び図９）は、後桁６８に装着される。図４に最もよく示されるように、前縁アセンブリ７０は、限定はしないが、前縁アセンブリ７０の桁方向に延びる強化桁１０６により強化された複合積層外板１０４を備える。図示される前縁アセンブリ７０は、開示される接合主翼ボックス５６と用いられる広範囲の前縁構造を単に示しているにすぎないことに留意されたい。他の補助ボックス、制御面又は構造（すべてが示されるわけではない）は、主翼ボックス５６に装着される。

ここで図５及び図６に注目すると、前桁６６及び接合された角継手７８の付加的な詳細が示される。概して、前桁６６は、それぞれが通常はＣ型の横断面であり、かつ互いに背中合わせに設けられ、実質的にＩ型の横断面である桁形状を形成する第一の桁部材１２０及び第二の桁部材１２２を含む。上側前桁キャップ８４及び下側前桁キャップ８６（図３及び図４）は、それぞれ翼外板パネル７４、７６と概して位置合わせされ、かつそれらに一体化された前方及び後方に延びる一組のフランジ１２４、１２６を含む。

図５は、接合工程のための準備において、前桁６６に取り付けられる前縁アセンブリ７０及び上端外板パネル７４を示す。糊材などの適する構造接着剤の層８０が、桁６６、前縁アセンブリ７０及び上端外板パネル７４の合わせ面の間に塗布される。図５に示される例において、接着層８０が前桁６６に塗布されるが、他の実施形態では、構造接着剤の層８０が、その代わりに、前縁アセンブリ７０及び上端外板パネル７４、又は前桁６６の各々、前縁アセンブリ７０及び上端外板パネル７４の各々に塗布されてもよい。

以下で述べられるように、前縁アセンブリ７０、上端翼外面パネル７４及び前桁６６は、それらがともに組み立てられ（矢印１５６により示される）かつ接着接合される前に、すべて完全に硬化される。これらのアセンブリ工程は、前桁６６を適する位置合わせに配置し、治具（図示せず）を保持し、次いで接着剤層８０を塗布することにより実行することができ、その後に前縁アセンブリ７０及び上端翼外板パネル７４が前桁６６に配置される。別のアセンブリ技術及びアセンブリの順序でも可能である。アセンブリ工程に続き、接着剤の層８０は、オートクレーブで主翼ボックス５６を処理することにより、熱的に硬化される。使用される接着剤の種類次第では、オートクレーブ外の処理又はオーブン処理のような他の硬化技術も可能である。

桁部材１２０、１２２の各々は、桁ウェブコア１２８及び桁キャップコア１３０がそれぞれ内側複合桁表面板１３２と外側複合桁表面板１３４との間にはさまれたサンドイッチパネル構造である。内側桁表面板１３２及び外側桁表面板１３４の各々は、層が性能を最適化するために選択された多重繊維配向を有する一方向のプリプレグから形成された多重層繊維強化複合樹脂などの複合積層物を含むことができる。前桁フランジ１２４、１２６のパーツをそれぞれ形成する桁キャップコア１３０は、ときに「密集配置（ｄｅｎｓｅｐａｃｋ）」とも呼ばれる、固体の繊維強化複合樹脂積層物をそれぞれ含むことができるが、必要とされる強度及び剛性を示す他の桁キャップコア材料も可能である。以下で述べられるように、固体繊維強化複合樹脂積層物の桁フランジ１２４、１２６は、早期硬化され、次いで、前桁６６が硬化される前に「未加工の（ｇｒｅｅｎ）」の状態で内側桁表面板１３２及び外側桁表面板１３４にともに接合される。

桁ウェブコア１２８は、それぞれ適する軽量ハニカム構造を有するが、その構造は適する材料で充填され又は適する材料で「つめ込まれて（ｐｏｔｔｅｄ）」いてもよく、そうでなくてもよいが、他の種の軽量コアも可能である。桁ウェブコア１２８は、桁６６全体の重量を減らすために、桁キャップコア１３０の密度未満の密度を有することができるが、適用次第では、桁ウェブコア１２８は、桁キャップコア１３０の密度以上の密度を有していてもよい。概して、桁キャップ８４、８６が外側翼外板１４６から桁ウェブ８２へ実質的な荷重を伝達し、接合された角継手７８を介して伝達された荷重量を、内側外板１４４及び外側外板１４６から接合された角継手に伝達された剪断荷重に限定できる、桁キャップコア１３０の密度は高い。

桁キャップコア１３０及び桁ウェブコア１２８は、たとえば、それぞれ積層物及びハニカムなどのように異なる材料から作ることができるので、空間が構造接着剤、多重層プリプレグ又は他の適する充填剤の層を含むヌードル１３６で充填されたこれらの二つのコア１２８、１３０間に設けられ、二つのコア１２８、１３０を互いに連結し一体化することを促進する。一つの実施形態では、ヌードル１３６は、軸方向の剛性を減らすために、シート成形混合物を含むことができる。同様に、構造接着剤、多重層プリプレグ、シート成形混合物又は他の適する充填剤を含むヌードル１３８で充填されたフランジ１２４、１２６の隣接する放射状角１３７間に空間が存在する。内側桁表面板１３２は、対応する桁キャップコア１３０を越えて外側に延び、桁コア１３０の底面に重なる前桁表面板リップ１４０ａ及び後桁表面板リップ１４０ｂをそれぞれ形成する。同様に、外側翼外板１４６の部分１４６ａはコア１３０の上端に重なる。外側翼外板１４６及び桁表面板リップ１４０ａ、１４０ｂにおける繊維強化によるコア１３０の上端の重なり及び底面の重なりは、桁キャップコア１３０の構造的な安定を促進する。

以下でより詳細に述べられるように、桁部材１２０、１２２は、未加工の又は未硬化の状態で、背中合わせにヌードル１３６とともに組み立てられ、次いで、上端翼外板パネル７４及び底面翼外板パネル７６への接合に先立って、完全に組み立てられ早期硬化された前桁６６を形成するために完全に硬化される。上端翼外板パネル７４及び底面翼外板パネル７６の各々は、内側複合翼外板１４４と外側複合翼外板１４６との間にはさまれた外板コア１４２を備える。内側複合翼外板１４４及び外側複合翼外板１４６の各々は、層が性能を最適化するために選択された多重繊維配向を有する一方向のプリプレグから形成された多重層繊維強化複合樹脂などの複合積層物を含むことができる。翼外板コア１４２は、ハニカム構造を有してもよく、所望の翼外形を有する外側面１４７を形成するために外側複合翼外板１４６とともに形成されてもよい。外側翼外板１４６の部分１４６ａは、翼外板コア１４２を越えて延び、前桁キャップ８４の実質的には全長に重なり、かつそれを覆う。外側翼外板の前縁は、１５４で先細る。外側翼外板部分１４６ａは、外側桁表面板１３４及びヌードル１３８に接着接合される。上述したようにハニカムコア１４２を用いる翼外板パネル７４、７６のサンドイッチ構造により、縦通材（図示せず）のような外板補強材又は強化材が必要とされないほど、又は与えられた用途に必要な任意の数の補強材が実質的に削減されるほど十分な強度及び剛性を有する翼外板がもたらされる。

桁部材１２２の桁キャップコア１３０は、隣接する翼外板パネルコア１４２と隣合わせに位置合わせされ、かつそれに隣接し、桁キャップ８４と外側翼外板１４６により上端に及び内側表面板１３２の一つの後方に延びるリップ１４０により底面に重なる翼外板パネル７４との間に継手１４８（図６）を形成する。図６で示される継手１４８は突き合せ継手であるが、たとえば、限定はしないが、スカーフ継手、重ね継手又はステップ重ね継手など、他の種類の継手構成も可能である。外側桁表面板１３４は外側翼外板１４６と対面接触し、内側桁表面板１３２は内側翼外板１４４と対面接触する。前桁表面板リップ１４０ａは、前縁アセンブリ７０の内側表面板１５０に重なりかつ接着接合され、後桁内側表面板リップ１４０ｂは、翼外板パネル７４の内側外板１４４に接着接合される。前縁アセンブリ７０の外側表面板１５２は１５５で先細りになり、外側翼外板１４６の先細り１５４に一致しかつそれに重なり、１５７でともに先細りになった重ね継手を形成する。外側前縁表面板１５２は、重ね継手１５７にそって外側翼外板１４６に接着接合される。前桁６６への底面翼外板パネル７６（図３及び図４）の接合装着は、先述された前桁６６への上端翼外板パネル７４の装着と細部において実質的に同じである。

図６Ａは、表面板１３２と単独の桁キャップコア１３０との間にはさまれた単独の桁ウェブコア１２８を有する前桁６６の別の実施形態を示す。この例では、桁キャップコア１３０は、翼外板パネル７４の重なっている外側表面板１４６に直接装着される。ゆえに、図６の実施形態の外側表面板１３４の必要性が取り除かれる。ヌードル１３６は、桁キャップコア１３０の桁ウェブコア１２８への連結を促進するために使用できる。

図６Ｂは、図６Ａに示される実施形態に類似しているが、桁ウェブコア１２８を桁キャップコア１３０に連結するためにヌードル１３６を用いない前桁６６のさらなる実施形態を示す。さらに、この例では、桁キャップコア１３０は、桁ウェブコア１２８の実質的に全幅Ｗにわたり、桁ウェブコア１２８に直接装着される。

ここで、後桁６８の付加的な詳細を示す図３、図７及び図８に注目する。図７は、後桁６８上に組み立てられる上端翼外板パネル７４を示す。組立工程の準備において、後縁ダブラー１７４は、外側翼外板１４６の後方に延びるリップ１７６に接合され、次いで、接着剤の層８０は、上端外板パネル７４及び／又は後桁６８の接着面のどちらか又は両方に塗布される。接着面に塗布された接着剤の層８０、後縁ダブラー１７４を含む上端翼外板パネル７４は、後桁６８上に配置される１８２。これらの組み立てステップに続き、接着剤の層８０は、高温度のオーブンに主翼ボックス５６を配置することにより、熱的に硬化される。他の硬化工程も可能である。上端翼外板パネル７４を後桁６８に配置する前に後縁ダブラー１７４を直接外側桁表面板１６４に接合することが可能であるということに留意されたい。

ここで具体的に図８を参照すると、後桁６８の上側キャップ９０及び下側キャップ９２は、それぞれウェブ８８に一体化された前方に延びる単独のフランジ１００及び１０２を備える。後桁６８は、前桁６６に概して類似のサンドイッチパネル構造であり、桁ウェブコア１５８及び内側桁表面板１６２と外側桁表面板１６４との間にはさまれた桁キャップコア１６０を備える。内側桁表面板１６２及び外側桁表面板１６４の各々は、層が性能を最適化するために選択された多重繊維配向を有する一方向のプリプレグにより形成された多重層繊維強化複合樹脂を含む。

桁ウェブコア１５８は、先程述べられた前桁ウェブコア１２８に類似するハニカムとされる。後桁６８にフランジ１００を形成する桁キャップコア１６０は、内側桁表面板１６２と外側桁表面板１６４との間で桁ウェブコア１５８と一体化された、先ほど述べられた桁キャップコア１３０に類似する、固体積層物密集配置構造とされる。

桁ウェブコア１５８は、後桁６８全体の重量を減らすために桁キャップコア１６０の密度に比べてかなり低い密度を有するが、用途によっては、桁ウェブコア１５８は、桁キャップコア１３０以上の密度を有していてもよい。概して、桁キャップ９０、９２が外側翼外板１４６から桁ウェブ８２へ実質的な荷重を伝達し、接合角継手７８を介して伝達されなければならない荷重を減らすことができるほど、桁キャップコア１６０の密度は高い。実際、ここで開示される前桁６６及び後桁６８の構成は、角継手７８での二次的な接合を介して桁圧砕荷重の伝達を実質的に減らす又はほぼ取り除く、或いは、比較的小さい荷重のみを角継手７８で二次接合を介して伝達する。後桁キャップコア１６０及び後桁ウェブコア１５８は、たとえば、それぞれ積層物及びハニカムなどのように異なる材料から作ることができるので、空間が構造接着剤、多重層プリプレグ又は他の適する充填剤の層を含むヌードル１６８で充填されたこれら二つのコア１６０、１５８間に設けられ、桁キャップコア１６０の桁ウェブコア１５８との一体化を促進する。

後桁６８の桁キャップコア１６０は、隣接する翼外板パネルコア１４２と隣合わせに位置合わせされ、かつそれに隣接し、桁キャップ１６０と外側翼外板１４６により上端で重なりかつ内側桁表面板１６２を延長する前方に延びるリップ１６６により底面で重なる翼外板パネルコア１４２との間に継手１４３（図７）を形成する。外側桁表面板１６４は、後縁ダブラー１７４と対面接触し、内側桁表面板１６２は、内側翼外板１４４と対面接触する。リップ１６６は、内側翼外板表面板１４４に接着接合される。桁キャップコア１６０は、１７０でわずかに先細りになり、桁キャップコア１６０と複合後縁ダブラー１７４の重なった先細り端部１７３との間でスカーフ継手１７２を形成する。外側外板１４６の後方に延びるリップ１７６は、実質的に後桁６８の全領域を覆う。リップ１７６は後縁ダブラー１７４を覆い、かつそれに接合され、スカーフ継手１７２に重なる重ね継手１７５（図８）を形成する。外側翼外板１４６及び内側桁表面板１６２の繊維強化によりキャップコア１６０の上端の重なり及び底面の重なりは、桁キャップコア１６０の構造的な安定を促進する。

図８に示されるように、後縁ダブラー１７４は、後桁６８を越えて後方に延び、図３に示される後縁アセンブリ７２のパーツを形成しかつそれを内部で硬化させるリブ１８４に重なる。図示はされないが、適する充填剤が、後縁ダブラー１７４、リブ１８４及び後桁６８の間にある空間１８１に配置される。リブ１８４は、後桁６８にボルトで締められる又はそうでなければしっかり固定される。後縁アセンブリ７２（図３）は、リブ１８４に重なり、後縁アセンブリ７２の後縁７２ａまで延びる表面板１７８（二点鎖線で示される）を含む。表面板１７８は、１８０で外側外板１４６と隣接し、かつ外側外板１４６と実質的に同一平面であり、空気力学の原理を応用した外側外板１４７の後方への延長を形成する。図８は、上端翼外板パネル７４への後桁６８の上端のみの装着を示しているが、底面翼外板パネル７６（図３及び図４）への後桁６８の底面の装着も詳細については類似するものとする。

図９は、後桁６８にボルトで締められる又はそうでなければしっかり固定される後縁アセンブリ７２（図３）の一例の通常の内側構成要素を示す。後縁アセンブリ７２は、パネル１８８により覆われたビーム１８５とともに、先ほど図７に関連して述べられた、後桁６８にしっかりと固定された複数の間隔を空けたリブ１８４を含むことができる。表面板１７８は、パネル１８８を覆う。

ここで、先程述べられた主翼ボックス５６などの接合された複合翼型を製造する方法のステップを大まかに示す図１０に注目する。参照番号１９０、１９２によってそれぞれおおまかに示されるように、前桁６６及び後桁６８両方の構成要素を製造し、組み立てかつ早期硬化させることで、製造方法は開始する。１９０で前桁６６を製造する工程は、前桁６６の二つの桁部材１２０、１２２の構成要素がそれぞれ第一の及び第二のレイアップマンドレル（図示せず）上でレイアップされるステップ１９４で開始する。桁部材１２０、１２２の各々について、このレイアップ工程は、内側桁表面板１３２、早期硬化された桁ウェブコア１２８、早期硬化された桁キャップコア１３０及びヌードル１３６を内側桁表面板１３２上でレイアップすることを含み、次いで外側桁表面板１３４のレイアップが行われる。

先程述べられたように、桁ウェブコア１２８と桁キャップコア１３０との間に配置されたヌードル１３６は、空間を満たし、二つのコア１２８、１３０の互いへの及び内側桁表面板１３２への連結を促進する。次に、１９６で、桁部材１２０、１２２は、連携して「Ｉ」型形状を形成する、二つの背中合わせの「Ｃ」型形状として組み立てられる。また、ヌードル１３８は、二つの桁部材１２０、１２２の連結を促進し、外側翼外板１４６及び表面板１３４が接合される付加的な表面エリアを提供するために取り付けられる。次いで、１９８では、前桁６６レイアップの構成要素は硬化する。前桁レイアップの硬化は、オートクレーブ（図示せず）で実行される。

後桁６８は、後桁内側表面板１６２が適するレイアップマンドレル（図示せず）上でレイアップされるステップ２００で開始する工程により１９２で製造される。次いで、２０２では、後桁ウェブコア１５８、早期硬化された密集配置（複合積層物）桁キャップコア１６０及びヌードル１６８は、内側桁表面板１６２上でレイアップされる。ヌードル１６８は、二つのコア１５８と１６０の間の空間を埋め、互いにかつ後桁内側表面板１６２へのそれらの接合を促進するために、桁ウェブコア１５８と桁キャップコア１６０との間に配置される。桁キャップコア１６０は、後縁ダブラー１７４の先細り端部１７３に実質的に一致するように、１７０（図８）で先細りになる。最終的に、２０４では、外側桁表面板１６４がレイアップされ、続いて、後桁６８の構成要素が「Ｃ」型形状を形成するために硬化される。後桁レイアップの硬化は、オートクレーブ（図示せず）で実行される。

ステップ２０６は、完全に製造され早期硬化された前桁６６及び後桁６８が配置され、適する組み立て治具（図示せず）に保持される。２０８では、上端翼外板パネル７４及び底面翼外板パネル７６がそれぞれレイアップされ硬化される。翼外板パネル７４、７６がレイアップされている間に、桁６６、６８に重なる翼外板パネル７４の外側外板１４６の部分１４６ａは先細りになる１５４（図５及び図６）。この先細りは、たとえば、限定はされないが、外側翼外板１４６がレイアップされているときに層のドロップオフを使用するなどして、達成することができる。また、ステップ２０８中に、後縁ダブラー１７４は、翼外板パネル７４、７６の外側外板のリップ１７６に接着接合され、図７に示される重ね継手１７５を形成する。別の方法では、翼外板パネル７４、７６が先程述べられたステップ２１２で前桁６６及び後桁６８に取り付けられる前に、後縁ダブラー１７４は桁キャップ９０に接合される。次に２１０では、接着剤の層８０は、前桁６６及び後桁６８、及び／又は上端翼外板パネル７４及び底面翼外板パネル７６にそれぞれ適合される。

２１２では、早期硬化された上端翼外板パネル７４及び底面翼外板パネル７６は、早期硬化された前桁６６及び後桁６８に取り付けられ、後者は組み立て治具に保持される。ステップ２１２の組立工程中に、翼外板パネルコア１４２が、キャップコア１３０、１６０と位置合わせされた隣り合わせの隣接部に設けられ、外側翼外板１４６が、前桁キャップ８４、８６及び後桁キャップ９０、９２と対面接触する。実質的に、前桁キャップ８４、８６が内側桁表面板１３２と外側外板１４６との間にはさまれ、かつ後桁キャップ９０、９２が内側桁表面板１６２と外側外板１４６との間にはさまれた状態で、桁キャップ８４、８６、９０、９２が翼外板パネル７４、７６と一体化される。

前縁アセンブリ７０及び後縁アセンブリ７２は、２１４でレイアップされ、硬化され、かつ組み立てられる。ステップ２１４のレイアップ工程は、翼外板パネル７４、７６の外側外板１４６の先細り１５４に一致するように前縁アセンブリ７０の外側表面板１５２を先細にする１５５（図５及び図６）ことを含む。また、ステップ２１４は、後桁キャップコア１６０の先細り１７９と実質的に一致するように、後縁ダブラー１７４（図７）の外側端部１７４を先細にすることを含む。２１６では、組み立てられた前縁アセンブリ７０及び後縁アセンブリ７２が組み立てられた主翼ボックス５６上に取り付けられ、接着剤の層が主翼ボックス５６と前縁アセンブリ７０及び後縁アセンブリ７２との間のインターフェース面の間に塗布される。ステップ２１６の組立工程中に、先細りになった重ね継手１５７が、前縁アセンブリ７０の外側表面板１５２の先細りになった縁１５５と翼外板パネル７４の外側外板１４６の先細りになった前縁１５４との間で形成される。

最終的に、２１８で、早期硬化された翼外板パネル７４、７６、前縁アセンブリ７０及び後縁アセンブリ７２、並びに前桁６６及び後桁６８は、接着剤の層を硬化させることによりともに接合される。接着剤の層を硬化させることは、たとえば、オーブンでの熱硬化工程により、実行することができる。図１０には示されていないが、別の実施形態では、前縁アセンブリ７０及び後縁アセンブリ７２は、別個のアセンブリ及び接合工程で完成された主翼ボックス５６に接合される。たとえば、翼外板パネル７４、７６並びに前桁６６及び後桁６８は、組み立てられともに接合され、次いで硬化され、実質的に完成された主翼ボックス５６を形成し、次に組み立てられた前縁アセンブリ７０及び後縁アセンブリ７２が主翼ボックス５６に接合される。さらに別の実施形態では、翼外板パネル７４、７６の外側外板１４６と前縁アセンブリ７０及び後縁アセンブリ７２との間の継手の構成次第では、前縁アセンブリ７０及び後縁アセンブリ７２を組み立てて前桁６６及び後桁６８に装着し、続いて上端翼外板パネル７４及び後方翼外板パネル７６を早期硬化された前桁６６及び後桁６８に取り付け、次いで接合することが可能である。

上述した種々の有利な実施形態の説明は、例示及び説明を目的とするものであり、完全な説明であること、又はこれらの実施形態を開示された形態に限定することを意図していない。当業者には、多数の修正例及び変形例が明らかであろう。さらに、種々の有利な実施形態は、他の有利な実施形態に照らして別の利点を提供することができる。選択された一又は複数の実施形態は、実施形態の原理、実際の用途を最も好ましく説明するため、及び他の当業者に対し、様々な実施形態の開示と、考慮される特定の用途に適した様々な修正との理解を促すために選択及び記述されている。

５６ 翼ボックス
６６ 前桁
６８ 後桁
７０ 前縁アセンブリ
７０ａ 前縁
７２ 後縁アセンブリ
７２ａ 後縁
７４ 上端翼外板パネル
７６ 底面翼外板パネル
７８ 角継手
８２ 前桁ウェブ
８４ 上側桁キャップ
８６ 下側桁キャップ
８８ 後桁ウェブ
９０ 上側桁キャップ
９２ 下側桁キャップ
１２０ 第一の桁部材
１２２ 第二の桁部材
１２４、１２６ フランジ
１２８ 桁ウェブコア
１３０ 桁キャップコア
１３２ 内側複合桁表面板
１３４ 外側複合桁表面板
１３６、１３８ ヌードル
１４０ａ、１４０ｂ 桁表面板リップ
１４２ 翼外板コア
１４４ 内側複合翼外板
１４６ 外側複合翼外板
１４７ 外側外板
１４８ 継手
１５０ 内側表面板
１５２ 外側表面板
１５４ 先細り
１５７ 重ね継手
１５９ 中心線

Claims (10)

1. 外側翼外板（１４６）、内側翼外板（１４４）、及び内側翼外板と外側翼外板との間にはさまれたパネルコア（１４２）を含む少なくとも一つの翼外板パネル（７４）、
   桁ウェブ（８２）及び桁キャップ（８４、８６）を有する少なくとも一つの桁（６６）であって、桁キャップは、概して位置合わせされた桁キャップコア（１３０）を有し、かつパネルコア（１４２）とともに継手（７８）を形成する、桁（６６）、及び
   翼外板パネルと桁との間の接着接合継手を備える翼型。
2. 外側翼外板（１４６）は、継手（７８）に重なり、かつ桁キャップ（８４、８６）と対面接触する、請求項１に記載の翼型。
3. 桁（６６）は、継手（７８）に重なる内側表面板（１６２）を含む、請求項１又は２に記載の翼型。
4. 外側翼外板（１４６）及び内側表面板（１６２）の各々は、繊維強化複合樹脂である、請求項３に記載の翼型。
5. 桁ウェブ（８２）は、桁ウェブコア（１２８）を含み、かつ
   桁（６６）は、桁キャップコアを桁ウェブコア（１２８）に連結するヌードル（１３６）を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の翼型。
6. ヌードル（１３６）は、シート成形混合物である、請求項５に記載の翼型。
7. 桁（６６）は、内側表面板（１３２）及び外側表面板（１３４）を含み、かつ
   桁キャップコア（１３０）、桁ウェブコア（１２８）及びヌードル（１３６）は、内側表面板と外側表面板との間にはさまれる、請求項６に記載の翼型。
8. 桁キャップコア（１３０）は、実質的に固体積層物であり、かつパネルコア（１４２）に隣接し、かつ
   桁ウェブ（８２）は、ハニカムコアを含む、請求項１乃至３及び５のいずれか一項に記載の翼型。
9. 桁は、背中合わせに設けられ、かつ桁キャップ（８４）を形成する反対側に延びるフランジ（１２４、１２６）をそれぞれ有する二つのＣ型部材を含み、かつ
   外側外板（１４６）は、フランジに重なり、かつフランジと対面接触する、請求項１乃至３、５及び８のいずれか一項に記載の翼型。
10. 翼型を製造する方法であって、
    複合翼外板を組み立てること及び早期硬化させること、
    複合桁を組み立てること及び早期硬化させること、並びに
    複合翼外板を複合桁に接着接合することにより、複合翼外板を複合桁に装着することを含む、方法。

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