JP2014122018A - モジュラー構造アセンブリ、航空機翼用のボックス部、航空機翼、および航空機翼の一部を形成する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】翼ボックス部の形成からボルト締めを排除することで、ドリルでの穴あけ、バリの除去、封止、ならびにナットおよびボルトの固定の際の甚大な出費、及びナットおよびボルトによる重量追加を軽減する。
【解決手段】外板および複数のストリンガを有する航空機翼の一部を形成するモジュラー構造アセンブリを開示する。アセンブリは複数のパネル７を含み、各パネルは、外板の一部を形成する部分と、当該部分と一体形成された少なくとも１つのストリンガ９とを有する。翼剛性および耐荷重能力を増すために、隣接するストリンガ９の上端１０同士の間にカバープレート１１が取付けられて延在することによって、外板部分８、ストリンガ９およびカバープレート１１によって境界をつけられる閉じたセル１２を形成する。
【選択図】図２

Description

導入
本発明は、モジュラー構造アセンブリに関する。特に、本発明は、外板および複数のストリンガを含む航空機翼の一部を形成するモジュラー構造アセンブリに関する。本発明に係る構造アセンブリを含む航空機翼用のボックス部も、航空機翼の形成方法とともに開示される。

従来の民間航空機の翼の設計では、揚力および他の高荷重装置によって生じる荷重の大部分に耐えるための構造ボックスを用いることが一般的である。そのようなボックス１の一部の例を図１の斜視図に示す。この図から、ボックスは、翼の主な耐荷重構造部品を形成するスパー２、リブ３およびストリンガ４を含む多数の異なる部分から作られることが分かる。ボックス１は外板５で覆われる。スパー２は耐荷重構造の主要な側面部材であり、これらは構造に支持および強度を与えるリブ３にともに接続される。ストリンガ４は、外板５に取付けられて縦方向の補強を与える。

上記の各部分は、互いにボルト締めされて翼ボックス部を形成する。しかし、これは、ドリルでの穴あけ、バリの除去、封止、ならびにナットおよびボルトの固定の際に甚大な出費が必要になる。ナットおよびボルトによって、構造にかなりの重量も追加される。

少なくともいくつかのボルトの使用は、ストリンガがともに硬化されてボックスになった複合材料でボックス構造を形成することによって、またはサンドイッチ構造もしくは巻付けた複合セルでそれらを形成することによって回避することができるが、そのような構造は損傷しやすく湿気が侵入しやすい。

本発明は、上述の従来のアセンブリの問題の少なくともいくつかを克服するか実質的に軽減することを目的とする。

発明の概要
本発明によると、外板および複数のストリンガを有する航空機翼の一部を形成するモジュラー構造アセンブリであって、アセンブリは複数のパネルを含み、各パネルは、外板の一部を形成する部分と、当該部分と一体形成された少なくとも１つのストリンガとを有するモジュラー構造アセンブリが提供される。

好ましい実施形態では、各パネルは、各々が当該部分から離れた上端を有する２つ以上のストリンガと、カバープレートとを含み、カバープレートは、上端を互いに接続して、当該部分、ストリンガおよびカバープレートによって囲まれたセルを形成するように、ストリンガに取付可能である。カバープレートを用いたセルの形成によって、翼剛性および耐荷重能力が増す。

カバープレートは、溶接によって、好ましくは、比較的単純なプロセスでありボルト締めよりもはるかに容易に達成できる摩擦撹拌溶接によって、ストリンガに取付可能である。

いくつかの実施形態では、クラック抑制要素がセルの内部に位置決め可能である。
各パネルの外板部分は端縁を有し、隣接するパネルが端縁に沿って互いに取付可能であり得る。

好ましくは、アセンブリはスパーキャップ要素およびスパーを含み、スパーは、スパーキャップ要素を介してパネルに取付可能である。

スパーキャップ要素は、外板の一部を形成する部分を含み得る。そして、当該部分の端縁は、好ましくは摩擦撹拌溶接などの溶接によって、パネルの外板部分の端縁に取付可能であり得る。

スパーキャップ要素は好ましくは、外板部分から直立するスパー取付部材およびスパーを有する。そして、スパーはスパー取付部材に取付可能であり得る。好ましくは、スパーは、摩擦撹拌溶接などの溶接によってスパー取付部材に取付可能である。

いくつかの実施形態では、アセンブリは上下セットのパネルを含み、各セットのパネルは、隣接する端縁に沿って互いに取付可能であり、スパーキャップの端縁は、上下セットのパネルの各々のどちらかの端でパネルの端縁に取付可能であり、さらに、各端で上下セットのパネル同士の間に延在して閉じた翼ボックス部を形成するようにスパー取付部材に取付可能なスパーを含む。

好ましくは、パネルは、溶接によって、最も好ましくは摩擦撹拌溶接によって、互いに取付可能である。

パネルは押出加工によって形成され得る。スパーキャップ、カバープレートおよびスパーも押出加工によって形成され得る。

本発明の別の局面によると、上下セットのパネルを含むモジュラー構造アセンブリを含む航空機翼用のボックス部であって、各パネルは、一体形成され、航空機翼の外板部分を形成する部分およびストリンガを含み、各セットのパネルは、隣接する端縁に沿って互いに取付けられ、さらに、上下セットのパネルの各々のどちらかの端でパネルに取付けられるスパーキャップと、各端でスパーキャップに取付られて上下セットのパネル同士の間に延在するスパーとを含むボックス部が提供される。

本発明の別の局面によると、本発明に係るモジュラー構造アセンブリまたはボックス部を含む航空機翼も提供される。

本発明によると、外板および複数のストリンガを有する航空機翼の一部を形成する方法であって、複数のパネルを互いに取付けるステップを含み、各パネルは、外板の一部を形成する部分と、当該部分と一体形成された少なくとも１つのストリンガとを有する方法が提供される。

航空機用の先行技術の翼ボックス構造の一部を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る航空機用の翼ボックス構造を貫く側面図である。 分解状態における図２に示す翼ボックス構造の一部を示す図である。 カバープレートおよびスパーキャップが複数のパネルに取付けられた、図３の翼ボックス構造の一部を示す図である。

実施形態の説明
添付図面の図２〜図４を参照して、本発明の実施形態を一例としてのみ説明する。

図２に示す翼ボックス構造６は、モジュラー構造要素または部品のアセンブリから形成される。要素は複数のパネル７を含み、各パネルは、外向きに面して外板８の一部を形成する部分と、部分８と一体形成された少なくとも１つのストリンガ９とを有する。図２に示すパネル７のほとんどは２つのストリンガ９を有するが、１つのパネル７は３つのストリンガを有するとして示されている。各パネル７の外板部分８は端縁８ａを有し、近接するパネル７は当該端縁に沿って互いに取付けられる。

各パネルのストリンガ９は、外板を形成する部分８から直立しており、各々が当該部分８から離れた上端１０を有する。図２、図３および図４に示すように、ストリンガ９は実質的にＴ字状の断面形状を有し得るが、他の形状も想定される。

翼剛性および耐荷重能力を増すために、隣接するストリンガ９の上端１０同士の間にカバープレート１１が取付けられて延在することによって、外板部分８、ストリンガ９およびカバープレート１１によって境界をつけられる閉じたセル１２を形成する。ボアスコープでの検査を容易にするために、局所的に補強された穴（図示せず）がカバープレート１１に設けられ得る。セル１２は、一体化された燃料および／または通気管としても作用し得る。カバープレート１１は構造の耐荷重能力を改善するので、部品に用いる材料の厚みを減少させること、または隣接するリブ同士の間の距離を広げることも可能であり得る。

クラック抑制要素１７が１つ以上のセル内に配置され得る。要素１７は、パネル７から独立していてもよいし、外板部分と一体形成されてもよい。

翼ボックス構造６は、スパー端キャップ１３をさらに含む。各スパー端キャップ１３は、外板の一部を形成し、かつパネル７の一部の端縁８ａに取付可能な端縁１４ａを含む部分１４を有する。エンドキャップ１３は、当該部分１４と一体形成され、かつ当該部分１４から直立するスパー取付部材１５をさらに含む。スパー取付部材１５は、任意の数のパネル７同士の間に、または一続きのパネル７の端に配置され得る。

図２に示すように、取付けられた上下セットのパネル７の対向端のスパー取付部材１５同士の間にスパー１６が延在して、取付けられた上下セットのパネル同士の間隔を空け、それらを所定の位置に支持する。

アセンブリの部品は好ましくはすべて、押出加工された金属材料で形成され、すべての部品は、重ね合せ継手ではなく突合せ継手を用いて、好ましくは溶接によって、最も好ましくは安価で迅速な製造プロセスである摩擦撹拌溶接によって接合され得る。これによって、低価格で軽量の翼をボルト継手をほとんどまたはまったく用いずに開発することができる。溶接が完了すると、アセンブリは、疲労性能を改善するため、および航空機積載に最適の厚みを得るために、表面材料を除去する一工程で機械加工され得る。

本発明は、主に翼の主要な構造部品に適用するものとして説明したが、フラップ、スラットおよび水平尾翼を含む任意の他の翼型部分の製作に同じ概念が適用可能であることが認識されるであろう。

上記の説明は例示のために与えられたに過ぎず、添付の請求項の範囲から逸脱しない範囲で、本発明の支持アセンブリに変更が加えられ得ることが認識されるであろう。

Claims (18)

1. 外板および複数のストリンガを有する航空機翼の一部を形成するモジュラー構造アセンブリであって、前記アセンブリは複数のパネルを備え、各パネルは、前記外板の一部を形成する部分と、前記部分と一体形成された少なくとも１つのストリンガとを有する、モジュラー構造アセンブリ。
2. 各パネルは、各々が前記部分から離れた上端を有する２つのストリンガと、カバープレートとを含み、前記カバープレートは、前記上端を互いに接続して、前記部分、前記ストリンガおよび前記カバープレートによって囲まれたセルを形成するように、前記ストリンガに取付可能である、請求項１に記載のモジュラー構造アセンブリ。
3. 前記カバープレートは、溶接によって前記ストリンガに取付可能である、請求項２に記載のモジュラー構造アセンブリ。
4. 前記セルの内部に位置決め可能なクラック抑制要素を備える、請求項２または３に記載のモジュラー構造アセンブリ。
5. 各パネルの前記外板部分は端縁を有し、隣接するパネルが前記端縁に沿って互いに取付可能である、請求項１〜４のいずれかに記載のモジュラー構造アセンブリ。
6. スパーキャップ要素およびスパーを備え、前記スパーは、前記スパーキャップ要素を介してパネルに取付可能である、請求項５に記載のモジュラー構造アセンブリ。
7. 前記スパーキャップ要素は、前記外板の一部を形成する部分を含み、前記部分は、パネルの外板部分の端縁に取付可能な端縁を有する、請求項６に記載のモジュラー構造アセンブリ。
8. 前記外板の一部を形成する前記スパーキャップの前記部分は、パネルの外板部分の端縁に取付可能である、請求項７に記載のモジュラー構造アセンブリ。
9. 前記外板の一部を形成する前記スパーキャップの前記部分は、溶接によってパネルの外板部分の端縁に取付可能である、請求項８に記載のモジュラー構造アセンブリ。
10. 前記スパーキャップ要素は、前記外板部分から直立するスパー取付部材を有し、前記スパーは、前記スパー取付部材に取付可能である、請求項８または９に記載のモジュラー構造アセンブリ。
11. 前記スパーは、溶接によってスパー取付部材に取付可能である、請求項１０に記載のモジュラー構造アセンブリ。
12. 上下セットのパネルを備え、各セットの前記パネルは、隣接する端縁に沿って互いに取付可能であり、さらに、前記上下セットのパネルの各々のどちらかの端でパネルに取付可能なスパーキャップと、各端で前記上下セットのパネル同士の間に延在して閉じた翼ボックス部を形成するように前記スパーキャップに取付可能なスパーとを備える、請求項１０または１１に記載のモジュラー構造アセンブリ。
13. 前記パネルは、溶接によって互いに取付可能である、請求項１〜１２のいずれかに記載のモジュラー構造アセンブリ。
14. 少なくとも前記パネルは押出加工によって形成される、請求項１〜１３のいずれかに記載のモジュラー構造アセンブリ。
15. 上下セットのパネルを含むモジュラー構造アセンブリを備える航空機翼用のボックス部であって、各パネルは、一体形成され、航空機翼の外板部分を形成する部分およびストリンガを含み、各セットの前記パネルは、隣接する端縁に沿って互いに取付けられ、さらに、前記上下セットのパネルの各々のどちらかの端でパネルに取付けられるスパーキャップと、各端で前記スパーキャップに取付られて前記上下セットのパネル同士の間に延在するスパーとを備える、ボックス部。
16. 請求項１〜１５のいずれかに記載のモジュラー構造アセンブリを備える、航空機翼。
17. 外板および複数のストリンガを有する航空機翼の一部を形成する方法であって、複数のパネルを互いに取付けるステップを備え、各パネルは、前記外板の一部を形成する部分と、前記部分と一体形成された少なくとも１つのストリンガとを有する、方法。
18. 上記に実質的に述べられた、モジュラー構造アセンブリ。