JP2014531346A - スタビライザトルクボックスアセンブリ及び方法 - Google Patents

Abstract

パネル補強部材（５０）は、外側編組熱可塑性チューブ（５６）と、そして前記外側編組熱可塑性チューブ内に配置される内側編組熱可塑性チューブ（６２）と、を備える。前記補強部材は、前記外側編組熱可塑性チューブと前記内側編組熱可塑性チューブとの間に同時固化される分離プライ層（７６）を有する。前記分離プライ層は、補強、及び衝撃時の耐損傷性を前記内側編組熱可塑性チューブに付与して、構造物の耐荷重性能の低下を防止する。

Description

本開示は概して、スタビライザトルクボックスアセンブリ及び方法に関するものであり、特にビークルの水平及び垂直スタビライザトルクボックスアセンブリ及び方法に関するものである。

熱可塑性複合材構造物または部品は、航空機、宇宙船、回転翼航空機、ウォータークラフト、自動車、トラック、及び他の複合材構造物の製造を含む多岐に亘る用途に使用されている。航空機の製造では、熱可塑性複合材構造物または部材は、胴体、翼、尾翼部分、スキンパネル、及び他の構成部品群を製造するために益々多量に使用されている。具体的には、水平尾翼としても知られる航空機の水平スタビライザの構成部材群、及び垂直尾翼としても知られる航空機の垂直スタビライザの構成部材群は、熱可塑性複合材料で製造することができる。

公知の構造体が、ストリンガで補強され、かつ複数のリブで安定状態に保持されるスキン、または多桁構造体のいずれかを利用する航空機の熱可塑性複合材製及び金属製の水平及び垂直スタビライザに存在する。例えば、大型航空機の公知の水平スタビライザまたは垂直スタビライザは、３本のスパー（桁）、及び多数のリブ及びストリンガで構成することができる。大部分の曲げ荷重は、トルクボックス内に在って、前部スパーと後部スパーとの間で前方及び後方に離間するスキン群、及びスキンの内部のストリンガ群に応力が加わることにより支持することができる。前方及び後方に延びるリブ群は、スキン及びストリンガ群を安定化させ（例えば、ストリンガ長を短くする）、そして水平スタビライザ回転軸及びエレベータ舵面ヒンジ軸のような、集中横方向荷重の荷重経路となる。しかしながら、このような公知の水平及び垂直スタビライザ構造体は、多数のストリンガ及びリブが、スキンを安定状態に保持するために（例えば、圧縮荷重に起因するスキン座屈を防止するために）使用されているために、重量が重くなってしまう。

更に、公知の構造体が、ハニカムサンドイッチ構造を利用して、ストリンガ群、及びリブ群のうちの幾つかのリブを使用しなくても済ませることができる航空機の熱可塑性複合材製及び金属製の水平及び垂直スタビライザに存在する。しかしながら、これらのストリンガを無くす場合、構造的な配置には、中間スパーを追加する必要があり、これにより、リブ群とスパー群との間に使用されるハニカムサンドイッチ構造によって実現する軽量化が全く失われてしまう。

更に、航空機の水平または垂直スタビライザを形成し、そして取り付ける公知の方法及びシステムは、手動の方法及びシステムを含み、そして通常、多数の一連の金型作業及び成形作業を必要とする。このような公知の方法及びシステムでは、圧力を、各内部マンドレルを介して加えて、強制的に部材群の全てを合体させる。これにより、編組機を使用して熱可塑性複合材料を編み上げる製造方法及び処理方法が制限される、または使えなくなるが、その理由は、一旦、部材群を組み付けて合体させると、不可能ではないとしても、組み付け部材群を、編組機に通すことが難しくなるからである。更に、航空機の水平または垂直スタビライザを製造するこのような公知の方法及びシステムは、より長い時間、及びより多くの工数を必要とし、これによって今度は、製造コストが上昇してしまう。

従って、この技術分野では、ビークルの水平及び垂直スタビライザトルクボックスアセンブリを改善し、そしてビークルのこのような水平及び垂直スタビライザトルクボックスアセンブリを製造する方法を改善して、公知のアセンブリ、装置、システム、及び方法よりも優れた利点を提供する必要がある。

ビークルの水平及び垂直スタビライザトルクボックスアセンブリを改善し、そしてビークルのこのような水平及び垂直スタビライザトルクボックスアセンブリを製造する方法を改善するこの必要性を満たす。以下の詳細な記載に説明されるように、ビークルの水平及び垂直スタビライザトルクボックスアセンブリを改善し、そしてビークルのこのような水平及び垂直スタビライザトルクボックスアセンブリを製造する方法を改善する実施形態は、既存のアセンブリ、デバイス、システム、及び方法よりも極めて優れた利点を提供することができる。

本開示の実施形態では、パネル補強を施すことができる装置が提供される。前記装置は、外側編組熱可塑性チューブを備える。前記装置は更に、前記外側編組熱可塑性チューブ内に配置される内側編組熱可塑性チューブを備える。前記装置は更に、前記外側編組熱可塑性チューブと前記内側編組熱可塑性チューブとの間に同時固化される分離プライ層を備える。前記分離プライ層は、補強、及び衝撃時の耐損傷性を前記内側編組熱可塑性チューブに付与して、構造物の耐荷重性能の低下を防止する。

本開示の別の実施形態では、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリが提供される。前記アセンブリは、トルクボックス内側部分を画定するように離間配置される複数の編組熱可塑性管状スパーキャップを備える。各編組熱可塑性管状スパーキャップは、外側編組熱可塑性チューブと、前記外側編組熱可塑性チューブ内に配置される内側編組熱可塑性チューブと、そして前記外側編組熱可塑性チューブと前記内側編組熱可塑性チューブとの間に同時固化される分離プライ層と、を備える。前記分離プライ層は、補強及び衝撃時の耐損傷性を前記内側編組熱可塑性チューブに付与して、構造物の耐荷重性能の低下を防止する。前記アセンブリは更に、前記複数の編組熱可塑性管状スパーキャップに同時固化されて、トルクボックス外側部分を画定する熱可塑性スキンパネルを備える。前記熱可塑性スキンパネルは、内側熱可塑性フェースシートと、外側熱可塑性フェースシートと、そして複数のコア部材と、を備える。前記アセンブリは更に、前記１つ以上の編組熱可塑性管状スパーキャップに１つ以上の接続アセンブリを介して接続される１つ以上の編組熱可塑性管状トラスリブを備える。

本開示の別の実施形態では、熱可塑性トルクボックスアセンブリを製造する方法が提供される。前記方法は、複数の編組熱可塑性管状スパーキャップを供給することを含む。前記方法は更に、１つ以上のコネクタ部材を前記編組熱可塑性管状スパーキャップ群のうちの１つ以上の編組熱可塑性管状スパーキャップに接続することを含む。前記方法は更に、少なくとも１つの編組熱可塑性管状スパーキャップを内部トルクボックス金型の各コーナーに配置して、トルクボックス内側部分を画定することを含む。前記方法は更に、内側熱可塑性フェースシートを、前記編組熱可塑性管状スパーキャップ群の外周に沿って連続的に積層してトルクボックス構造を前記編組熱可塑性管状スパーキャップ群の外周に沿って画定し、そして少なくとも１つのトルクボックス内側表面を画定することを含む。前記方法は更に、複数のスキンパネル安定化部材を前記内側熱可塑性フェースシートに取り付けて、４つのトルクボックス側面部分を画定することを含む。前記方法は更に、外側熱可塑性フェースシートを、前記複数のスキンパネル安定化部材の外周に沿って連続的に積層し、そして取り付けてトルクボックス外周面を画定することを含む。前記方法は更に、前記編組熱可塑性管状スパーキャップ群、前記内側及び外側熱可塑性フェースシート、及び前記スキンパネル安定化部材群をトルクボックスマッチモールド金型内に配置することを含む。前記方法は更に、効果的な温度、及び効果的な圧力で、前記編組熱可塑性管状スパーキャップ群、前記内側及び外側熱可塑性フェースシート、及び前記スキンパネル安定化部材群を前記トルクボックスマッチモールド金型内で加熱して、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリを成形することを含む。前記方法は更に、前記熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリを冷却することを含むことができる。前記方法は更に、前記熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリを前記トルクボックスマッチモールド金型から取り外すことを含む。前記方法は更に、１つ以上の編組熱可塑性管状トラスリブを、前記編組熱可塑性管状スパーキャップ群のうちの１つ以上の編組熱可塑性管状スパーキャップに、前記１つ以上のコネクタ部材を介して取り付けることを含むことができる。前記方法は更に、前縁及び後縁接合部材を前記熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリに取り付けることを含むことができる。

本開示の別の実施形態では、装置はパネル補強を施すことができ、前記装置は：外側編組熱可塑性チューブと；前記外側編組熱可塑性チューブ内に配置される内側編組熱可塑性チューブと；そして前記外側編組熱可塑性チューブと前記内側編組熱可塑性チューブとの間に同時固化される分離プライ層と、を備え、前記分離プライ層は、補強、及び衝撃時の耐損傷性を前記内側編組熱可塑性チューブに付与して、構造物の耐荷重性能の低下を防止する。

有利な点として、前記外側編組熱可塑性チューブ及び前記内側編組熱可塑性チューブは一体となって終局荷重に耐えることができ、そして更に、前記内側編組熱可塑性チューブは限界荷重を支持することができ、前記分離プライ層は、チタン、スチール、またはアルミニウムのような金属箔；非炭素材料；及びガラス繊維材料を含むグループから選択されるプライ材料を含む。

有利な点として、前記装置は、熱可塑性スキンパネルに同時固化される編組熱可塑性管状スパーキャップを備え、前記熱可塑性スキンパネルは、内側熱可塑性フェースシートと、外側熱可塑性フェースシートと、そして複数のスキンパネル安定化部材と、を備え；前記内側及び外側熱可塑性フェースシートは、熱可塑性編物及び熱可塑性スリットテープを含むグループから選択される材料を含み；前記スキンパネル安定化部材群は、熱可塑性ハニカムサンドイッチコア及び発泡材コアを含むグループから選択されるコア部材を含み；そして前記スキンパネル安定化部材群は、複数のストリンガと、そして複数のパネルスティフナと、を含む。

更に、前記装置は、編組熱可塑性管状トラスリブに接続される雌部との接続を行なうように構成される雄部を有するコネクタ部材に接続される編組熱可塑性管状スパーキャップを備え；前記コネクタ部材は、チタン、炭素複合材料、アルミニウム、及びステンレス鋼を含むグループから選択される材料を含む。

別の実施形態では、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリが提供され、前記熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリは：トルクボックス内側部分を画定するように離間配置される複数の編組熱可塑性管状スパーキャップであって、各編組熱可塑性管状スパーキャップが：外側編組熱可塑性チューブと；前記外側編組熱可塑性チューブ内に配置される内側編組熱可塑性チューブと；前記外側編組熱可塑性チューブと前記内側編組熱可塑性チューブとの間に同時固化される分離プライ層と、を備え、前記分離プライ層が、補強、及び衝撃時の耐損傷性を前記内側編組熱可塑性チューブに付与して、構造物の耐荷重性能の低下を防止する、前記複数の編組熱可塑性管状スパーキャップと；前記複数の編組熱可塑性管状スパーキャップに同時固化されてトルクボックス外側部分を画定する熱可塑性スキンパネルであって、該熱可塑性スキンパネルが：内側熱可塑性フェースシートと；外側熱可塑性フェースシートと；そして複数のスキンパネル安定化部材と、を備える、前記熱可塑性スキンパネルと；そして前記１つ以上の編組熱可塑性管状スパーキャップに１つ以上の接続アセンブリを介して接続される１つ以上の編組熱可塑性管状トラスリブと、を備える。

有利な点として、前記外側編組熱可塑性チューブ及び前記内側編組熱可塑性チューブは一体となって終局荷重に耐えることができ、そして更に、前記内側編組熱可塑性チューブは限界荷重を支持することができ；前記分離プライ層は、チタン、スチール、またはアルミニウムのような金属箔；非炭素材料；及びガラス繊維材料を含むグループから選択されるプライ材料を含む。

更に、前記分離プライ層はチタンを含み、そして落雷電流通路となるような電気伝導率を有し；前記内側及び外側熱可塑性フェースシートは、熱可塑性編物及び熱可塑性スリットテープを含むグループから選択される材料を含み；前記スキンパネル安定化部材群は、熱可塑性ハニカムサンドイッチコア及び発泡材コアを含むグループから選択されるコア部材を含み；そして前記スキンパネル安定化部材群は、複数のストリンガと、そして複数のパネルスティフナと、を含み；前記１つ以上の接続アセンブリは、チタン、炭素複合材料、アルミニウム、及びステンレス鋼を含むグループから選択される材料により構成されるコネクタ部材を有し；そして前記熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリは、航空機、宇宙船、回転翼航空機、ウォータークラフト、自動車、トラック、バス、及び列車を含むグループから選択されるビークルに使用される。

更に別の有利な実施形態では、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリを製造する方法が提供され、前記方法は：複数の編組熱可塑性管状スパーキャップを供給することと；１つ以上のコネクタ部材を前記編組熱可塑性管状スパーキャップ群のうちの１つ以上の編組熱可塑性管状スパーキャップに接続することと；少なくとも１つの編組熱可塑性管状スパーキャップを、内部トルクボックス金型の各コーナーに配置して、トルクボックス内側部分を画定することと；内側熱可塑性フェースシートを、前記編組熱可塑性管状スパーキャップ群の外周に沿って連続的に積層してトルクボックス構造を前記編組熱可塑性管状スパーキャップ群の外周に沿って画定し、そして少なくとも１つのトルクボックス内側表面を画定することと；複数のスキンパネル安定化部材を前記内側熱可塑性フェースシートに取り付けて、４つのトルクボックス側面部分を画定することと；外側熱可塑性フェースシートを、前記複数のスキンパネル安定化部材の外周に沿って連続的に積層し、そして取り付けてトルクボックス外周面を画定することと；前記編組熱可塑性管状スパーキャップ群、前記内側及び外側内側熱可塑性フェースシート、及び前記スキンパネル安定化部材群を、トルクボックスマッチモールド金型内に配置することと；効果的な温度、及び効果的な圧力で、前記編組熱可塑性管状スパーキャップ群、前記内側及び外側熱可塑性フェースシート、及び前記スキンパネル安定化部材群を、前記トルクボックスマッチモールド金型内で加熱して、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリを成形することと；そして前記熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリを前記トルクボックスマッチモールド金型から取り外すことと、を含む。

有利な点として、前記方法は更に：１つ以上の編組熱可塑性管状トラスリブを前記編組熱可塑性管状スパーキャップ群のうちの１つ以上の編組熱可塑性管状スパーキャップに、１つ以上の接続アセンブリを介して取り付けることと；前縁及び後縁接合部材を前記熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリに取り付けることと；加熱後に、前記熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリを冷却することと、を含み；各編組熱可塑性管状スパーキャップは、あるプロセスで製造され、前記プロセスは：編組装置を用いて、熱可塑性材料を取り外し可能なマンドレル及び取り外し可能なスリーブ上で編み上げて、内側編組熱可塑性チューブを形成することと；非炭素材料を含む分離プライ層を、前記内側編組熱可塑性チューブの外側表面の周りに巻き付けることと；前記編組装置を用いて、更に別の熱可塑性材料を前記分離プライ層の外側表面上に編み込んで、外側編組熱可塑性チューブを形成することと；前記内側編組熱可塑性チューブ、前記分離プライ層、及び前記外側編組熱可塑性チューブを、管状マッチモールド金型内に配置することと；効果的な温度、及び効果的な圧力で、前記内側編組熱可塑性チューブ、前記分離プライ層、及び前記外側編組熱可塑性チューブを、前記管状マッチモールド金型内で加熱し、そして同時固化させて、前記編組熱可塑性管状スパーキャップを取得することと；前記編組熱可塑性管状スパーキャップを冷却することと；そして前記取り外し可能なマンドレル及び前記取り外し可能なスリーブを前記編組熱可塑性管状スパーキャップから取り外すことと、を含む。

更に、前記内側熱可塑性フェースシートを前記積層すること、及び前記外側熱可塑性フェースシートを前記積層することは、編組装置及び自動ファイバー積層（ＡＦＰ）装置を含むグループから選択される装置で行なわれ；前記複数のスキンパネル安定化部材は、熱可塑性ハニカムサンドイッチコア、発泡材コア、及び複数のストリンガ及び複数のパネルスティフナの組み合わせを含むグループから選択され；各編組熱可塑性管状トラスリブは、あるプロセスで製造され、前記プロセスは：編組装置を用いて、熱可塑性材料を取り外し可能なマンドレル及び取り外し可能なスリーブ上で編み上げて、内側編組熱可塑性チューブを形成することと；非炭素材料を含む分離プライ層を、前記内側編組熱可塑性チューブの外側表面の周りに巻き付けることと；前記編組装置を用いて、更に別の熱可塑性材料を前記分離プライ層の外側表面上に編み込んで、外側編組熱可塑性チューブを形成することと；前記内側編組熱可塑性チューブ、前記分離プライ層、及び前記外側編組熱可塑性チューブを、管状マッチモールド金型内に配置することと；効果的な温度、及び効果的な圧力で、前記内側編組熱可塑性チューブ、前記分離プライ層、及び前記外側編組熱可塑性チューブを、前記管状マッチモールド金型内で加熱し、そして同時固化させて、前記編組熱可塑性管状トラスリブを取得することと；前記編組熱可塑性管状トラスリブを冷却することと；そして前記取り外し可能なマンドレル及び前記取り外し可能なスリーブを前記編組熱可塑性管状トラスリブから取り外すことと、を含み；前記加熱することは更に、前記編組熱可塑性管状スパーキャップ群、前記内側及び外側熱可塑性フェースシート、及び前記スキンパネル安定化部材群を、同時固化及び溶着を含むグループから選択されるプロセスにより接合させて一体化させることを含む。

これまでに説明してきた特徴、機能、及び利点は、本開示の種々の実施形態において個別に実現することができる、または更に他の実施形態において組み合わせることができ、これらの実施形態に関する更なる詳細は、以下の説明、及び以下の図面を参照することにより理解することができる。

本開示は、次の詳細な説明を、好適かつ例示的な実施形態を示し、かつ必ずしも寸法通りには描かれていない添付の図面と併せて参照することにより一層深く理解することができる。

図１は、本開示の装置及びアセンブリの１つ以上の有利な実施形態を取り入れることができる航空機の斜視図を示している。 図２は、航空機尾翼部分の公知の水平スタビライザの部分切り欠き平面図を示している。 図３は、Ｉ字断面スティフナパネルを備える補強スキン構造ボックスアセンブリを示す公知の航空機尾翼部分の水平スタビライザの分解斜視図を示している。 図４Ａは、本開示のパネル補強部材となる装置の種々の実施形態のうちの１つの実施形態を示す機能ブロック図を示している。 図４Ｂは、本開示の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリの種々の実施形態のうちの１つの実施形態を示す機能ブロック図を示している。 図４Ｃは、本開示の熱可塑性スキンパネルの種々の実施形態のうちの１つの実施形態を示す機能ブロック図を示している。 図５Ａは、本開示の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリの種々の実施形態のうちの１つの実施形態の上平面模式図を示している。 図５Ｂは、図５Ａの直線５Ｂ−５Ｂに沿って断面で見た図である。 図６は、図５Ａの熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリの各コーナーに取り付けることができる前縁及び後縁接合部材の種々の実施形態のうちの１つの実施形態の断面図を示している。 図７は、本開示の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリのコネクタ部材の種々の実施形態のうちの１つの実施形態の等角斜視図を示している。 図８Ａは、回転軸方向に対して２つの角度で巻き付けた編組構造体を有する公知の編組プリフォームの図である。 図８Ｂは、回転軸方向に対して３つの角度で巻き付けた編組構造体を有する公知の編組プリフォームの図である。 図９は、本開示の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリの種々の実施形態のうちの別の実施形態の等角図を示している。 図１０は、本開示の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリの種々の実施形態のうちの別の実施形態の等角図を示している。 図１１Ａは、本開示の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリを製造する方法の種々の実施形態のうちの１つの実施形態に使用される分割型マンドレルの図である。 図１１Ｂは、本開示の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリを製造する方法の種々の実施形態のうちの１つの実施形態に使用される図１１Ａの分割型マンドレル、及び取り外し可能なスリーブの図である。 図１１Ｃは、図１１Ｂの分割型マンドレル及び取り外し可能なスリーブ、及び本開示の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリを製造する方法の種々の実施形態のうちの１つの実施形態において同時固化される編組熱可塑性管状スパーキャップの図である。 図１１Ｄは、本開示の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリを製造する方法の種々の実施形態のうちの１つの実施形態に使用される管状マッチモールド金型の第１半型に配置される図１１Ｃの編組熱可塑性管状スパーキャップの図である。 図１１Ｅは、本開示の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリを製造する方法の種々の実施形態のうちの１つの実施形態に使用される同時固化用の管状マッチモールド金型に固定される図１１Ｃの編組熱可塑性管状スパーキャップの図である。 図１１Ｆは、図１１Ｅの管状マッチモールド金型内で同時固化される編組熱可塑性管状スパーキャップの切り欠き図を示している。 図１１Ｇは、製造後に同時固化された編組熱可塑性管状スパーキャップの図であり、編組熱可塑性管状スパーキャップは、本開示の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリを製造する方法の種々の実施形態のうちの１つの実施形態に使用される内部トルクボックス金型のコーナーに配置される。 図１１Ｈは、本開示の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリを製造する方法の種々の実施形態のうちの１つの実施形態に使用される内部トルクボックス金型の周りに付加される、製造後に同時固化された編組熱可塑性管状スパーキャップ、内側及び外側熱可塑性フェースシート、及びスキンパネル安定化部材群の図である。 図１１Ｉは、本開示の航空機水平または垂直スタビライザを製造する方法の種々の実施形態のうちの１つの実施形態に使用されるトルクボックスマッチモールド金型の第１半型に配置される、図１１Ｈの製造後に同時固化された編組熱可塑性管状スパーキャップ、内側及び外側熱可塑性フェースシート、及びスキンパネル安定化部材群の図である。 図１１Ｊは、本開示の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリを製造する方法の種々の実施形態のうちの１つの実施形態に使用される固化用のトルクボックスマッチモールド金型に固定される、図１１Ｈの製造後に同時固化された編組熱可塑性管状スパーキャップ、内側及び外側熱可塑性フェースシート、及びスキンパネル安定化部材群の図である。 図１１Ｋは、図１１Ｊのトルクボックスマッチモールド金型内の同時固化後の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリの切り欠き図を示している。 図１１Ｌは、本開示の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリを製造する方法の種々の実施形態のうちの１つの実施形態に使用されるトルクボックスマッチモールド金型から取り外した状態の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリの図である。 図１１Ｍは、本開示の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリを製造する方法の種々の実施形態のうちの１つの実施形態に使用される２つの編組熱可塑性管状スパーキャップにコネクタ部材群を介して取り付けられる編組熱可塑性管状トラスリブを備える図１１Ｌの熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリの図である。 図１１Ｎは、本開示の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリを製造する方法の種々の実施形態のうちの１つの実施形態に使用される４つの編組熱可塑性管状スパーキャップにコネクタ部材群を介して取り付けられる２つの編組熱可塑性管状トラスリブを備える図１１Ｌの熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリの図である。 図１１Ｐは、編組熱可塑性管状スパーキャップにコネクタ部材を介して取り付けられる編組熱可塑性管状トラスリブの拡大図である。 図１２は、本開示の方法の種々の実施形態のうちの１つの実施形態を示すフロー図である。

次に、本開示の実施形態について、添付の図面を参照して以下に更に完全に説明することとし、これらの図面では、本開示の実施形態の全てではないが、幾つかの実施形態が図示されている。実際、幾つかの異なる実施形態を提供することができ、そしてこれらの実施形態は、本明細書において開示される実施形態に限定されるものとして捉えられてはならない。そうではなく、これらの実施形態は、本開示が網羅的かつ完全であるように、そして本開示の範囲をこの技術分野の当業者に完全に伝えることができるように提供される。

次に、これらの図を参照するに、図１は、本明細書において開示されるように、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０、及びパネル補強部材５２となる装置５０の１つ以上の有利な実施形態を取り入れることができる航空機１０を斜めから見た図である。図１に示すように、航空機１０は、胴体１２と、機首１４と、コックピット１６と、胴体１２に動作可能に接続される翼１８と、１つ以上の推進ユニット２０と、垂直尾翼２２と、そして１つ以上の水平尾翼２４と、を備える。航空機１０は、これらには限定されないが、胴体１２、機首１４、翼１８、垂直尾翼２２、及び１つ以上の水平尾翼２４を含む航空機１０のこのような構成部分に使用することができる複合材料及び／又は金属材料で形成することができる。図１に示す航空機１０は普通、民間旅客航空機を表わしているが、本明細書において開示される装置５０及び熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０は、他の種類の航空機において用いることもできる。更に詳細には、本開示の実施形態による教示は、他の旅客航空機、貨物航空機、軍用航空機、回転翼航空機、及び他の種類の航空機または空中飛行体のみならず、宇宙飛行体、衛星、宇宙打ち上げ機、ロケット、及び他の宇宙飛行体に適用することができる。本開示による装置、方法、及びシステムの実施形態は、ボート及び他のウォータークラフト、列車、自動車、トラック、バス、または他の適切な輸送ビークルのような他の輸送ビークルにおいて利用することができる。

図２は、航空機中心線２８を有する航空機尾翼部分２６の公知の水平スタビライザ２４ａを部分的に切り欠いて上方から見た図である。水平スタビライザ２４ａの半翼部分３０が、航空機尾翼部分２６から外側に延出し、そして航空機尾翼部分２６に、前側スパー群３２ａ及び後側スパー群３２ｂにより固定される。前側スパー群３２ａと後側スパー群３２ｂとの間には、外側に延びる複数のストリンガ３４が設けられる。図２は更に、前縁３６及び後縁３８、リブ群４０、及び前側トルクボックス４２ａ及び後側トルクボックス４２ｂを示している。

図３は、Ｉ型断面パネルスティフナ４６を備える補強スキントルクボックスアセンブリ４４を有する別の公知の水平スタビライザ２４ｂを分解して斜めから見た図である。図３は更に、公知の水平スタビライザ２４ｂの上側スキンパネル４８ａ、下側スキンパネル４８ｂ、前側スパー群３２ａ、後側スパー群３２ｂ、後縁３８、及びハニカムリブ群４０ａを示している。

図４Ａは、本明細書において開示されるパネル補強部材５２のようなパネル補強を施すことができる装置５０の種々の実施形態のうちの１つの実施形態を示す機能ブロック図を示している。装置５０は更に、図５Ｂに断面として図示され、図９に斜視図として図示され、そして図１１Ｐに拡大断面図として図示されている。好適には、装置５０は、編組熱可塑性管状スパーキャップ５４（図４Ａ参照）である。装置５０は、外側表面５８（図１１Ｐ参照）及び内側表面６０（図１１Ｐ参照）を有する外側編組熱可塑性チューブ５６を備える。装置５０は更に、外側編組熱可塑性チューブ５６内に配置され、かつ外側表面６４（図１１Ｐ参照）及び内側表面６６（図１１Ｐ参照）を有する内側編組熱可塑性チューブ６２を備える。好適には、外側編組熱可塑性チューブ５６及び内側編組熱可塑性チューブ６２は共に、回転軸方向に対して３つの角度で巻き付けた編組構造体６９（図８Ｂ参照）を有する。図８Ｂは、回転軸方向に対して３つの角度で巻き付けた編組構造体６９を有する公知の編組プリフォーム７１の図である。外側編組熱可塑性チューブ５６及び内側編組熱可塑性チューブ６２の製造及び金型成形について、以下に更に詳細に説明する。

好適には、外側編組熱可塑性チューブ５６及び内側編組熱可塑性チューブ６２は、炭素繊維複合材料、炭素繊維強化半結晶性ポリマー材料、例えば炭素繊維強化ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、炭素繊維強化ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、炭素繊維強化ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、炭素繊維強化ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）のような熱可塑性材料、または別の適切な熱可塑性材料により構成される。編組熱可塑性材料を外側編組熱可塑性チューブ５６及び内側編組熱可塑性チューブ６２に利用すると、中身の詰まった公知のテープ積層材よりも優れた、全厚で確保される固有の耐久性を付与することができ、そして更に、耐損傷性及び損傷許容性を付与することができる。

外側編組熱可塑性チューブ５６（図４Ａ参照）及び内側編組熱可塑性チューブ６２は、一体となって終局荷重７２（図４Ａ参照）に耐えることができるサイズに形成されることが好ましい。更に、内側編組熱可塑性チューブ６２は、限界荷重７４（図４Ａ参照）を支持することができるサイズに形成されることが好ましい。限界荷重は、使用中に予測される最大荷重として定義される。米国連邦航空局（ＦＡＡ）の米国連邦航空規則（ＦＡＲ）Ｐａｒｔ２５（Ｆｅｄｅｒａｌ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ （ＦＡＡ） Ｆｅｄｅｒａｌ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ（ＦＡＲ） Ｐａｒｔ ２５）において、構造物の永久変形が限界荷重で生じることがないように規定されている。終局荷重は、限界荷重に安全ファクタを乗算した値として定義される。ＦＡＡのＦＡＲ Ｐａｒｔ２５において、安全ファクタは１．５と規定されている。軍用航空機の或る研究によれば、安全ファクタは１．２０という低い値となる可能性がある。

装置５０は更に、外側編組熱可塑性チューブ５６と内側編組熱可塑性チューブ６２との間に同時固化される分離プライ層７６（図４Ａ及び１１Ｄ参照）を備える。分離プライ層７６は、外側表面７８（図１１Ｐ参照）及び内側表面８０（図１１Ｐ参照）を有し、そして補強８２（図４Ａ参照）及び衝撃時の耐損傷性８４（図４Ａ参照）を内側編組熱可塑性チューブ６２に付与して、構造物の耐荷重性能の低下を防止する、すなわち熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０に衝突する物体のように、離散的な衝突を起こす衝突物は、編組熱可塑性管状スパーキャップ群５４のうちの１つ以上の編組熱可塑性管状スパーキャップ５４に損傷を与える可能性があるが、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０の残りの部分は、特定の荷重値に耐え得る能力を依然として保持することができる。図４Ａに示すように、分離プライ層７６は、金属箔８８のようなプライ材料８６、例えばチタン９０、スチール、アルミニウム、または別の適切な金属；非炭素材料９２；ガラス繊維材料９４、または別の適切なプライ材料を含むことが好ましい。更に好ましくは、分離プライ層７６は、チタン９０、または落雷電流通路９８となるような電気伝導率９６を有する別の材料により構成される。

好適には、装置５０は、熱可塑性スキンパネル１００（図４Ａ、４Ｃ、及び５Ｂ参照）に同時固化される編組熱可塑性管状スパーキャップ５４を備える。図４Ｃは、本開示の熱可塑性スキンパネル１００の種々の実施形態のうちの１つの実施形態を示す機能ブロック図である。図４Ｃに示すように、熱可塑性スキンパネル１００は、内側表面１０４（図１１Ｐ参照）及び外側表面１０６（図１１Ｐ参照）を有する内側熱可塑性フェースシート１０２を備える。熱可塑性スキンパネル１００は更に、内側表面１１０（図１１Ｐ参照）及び外側表面１１２（図１１Ｐ参照）を有する外側熱可塑性フェースシート１０８（図４Ｃ参照）を備える。１つの実施形態では、内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８はそれぞれ、回転軸方向に対して３つの角度で巻き付けた編組構造体６９（図８Ｂ参照）を有する熱可塑性編物１１４（図４Ｃ参照）により構成することができる。編組熱可塑性材料を内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８に利用すると、全厚で確保される固有の耐久性を付与することができ、そして更に、耐損傷性及び損傷許容性を付与することができる。全厚で確保される固有の耐久性とは、互いに交絡して、全厚で確保される耐久性を向上させる、例えば面外荷重に対する耐性を、中身の詰まった積層材よりも高める繊維トウにより構成される編組状態のことを指している。中身の詰まった積層材は、繊維部材を全厚に設ける構成を用いることなく、相互に積み重ねて配置することができる。

別の実施形態では、内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８はそれぞれ、熱可塑性スリットテープ１１６（図４Ｃ参照）により構成することができる。熱可塑性スリットテープ材料を内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８に利用すると、テープの重なり、及びねじれを減らすことができる。内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８の製造及び金型成形について、以下に更に詳細に説明する。好適には、内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８は、炭素繊維複合材料、炭素繊維強化半結晶性ポリマー材料、例えば炭素繊維強化ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、炭素繊維強化ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、炭素繊維強化ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、炭素繊維強化ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）のような熱可塑性材料、または別の適切な熱可塑性材料により構成される。熱可塑性材料により、内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８を編組熱可塑性管状スパーキャップ群５４に同時固化する、または溶着することができる。更に、熱可塑性材料により、支持体またはシステムブラケット（図示せず）を、内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８に溶着できる可能性を高めることができる。

熱可塑性スキンパネル１００は更に、内側表面１２０（図１１Ｐ参照）及び外側表面１２２（図１１Ｐ参照）を有するスキンパネル安定化部材１１８（図４Ｃ、及び１１Ｐ参照）を備える。１つの実施形態では、スキンパネル安定化部材１１８は、複数のコア部材１２４（図４Ｃ参照）を備えることができる。各コア部材１２４は、熱可塑性ハニカムサンドイッチコア部材１２６（図４Ｃ、５Ｂ、１１Ｐ参照）、発泡材コア１２８（図４Ｃ参照）、または別の適切なコア部材を備えることができる。図４Ｃ及び１０に示す別の実施形態では、これらのスキンパネル安定化部材１１８は、内側熱可塑性フェースシート１０２の第１構成部分１３２に接合される複数のストリンガ１３０、及び内側熱可塑性フェースシート１０２の第２構成部分１３６に接合される複数のパネルスティフナ１３４の組み合わせを備えることができる。

図１１Ｐに示すように、好適には、熱可塑性スキンパネル１００は、熱可塑性編物１１４からなることが好ましい内側熱可塑性フェースシート１０２が、熱可塑性編物１１４からなることが好ましい外側熱可塑性フェースシート１０８と一体になるコーナー領域により構成される複数のコアパッド１３８を備える。内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８はそれぞれ、これらのコアパッド１３８の縁１４０において、一定の比率で薄くなって、熱可塑性編物を熱可塑性編物に接合させて一体化させることが好ましく、そして好ましくは、内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８は、熱可塑性スキンパネル１００が編組熱可塑性管状スパーキャップ５４の外周に沿って加熱成形されるときに編組熱可塑性管状スパーキャップ５４の外側表面１４４との境界をなすように構成される。更に、熱可塑性スキンパネル１００、及び編組熱可塑性管状スパーキャップ５４の外側表面１４４は、加熱及び加圧されて同時固化されることが好ましい。

好適には、装置５０は、コネクタ部材１５０（図４Ａ、４Ｂ、及び７参照）に接続される編組熱可塑性管状スパーキャップ５４を備える。図７は、本開示のコネクタ部材１５０の種々の実施形態のうちの１つの実施形態を斜めから見た等角図である。コネクタ部材１５０は、雄継手突出部１５４（図７及び１１Ｐ参照）のような雄部１５２（図７及び１１Ｐ参照）を備えることが好ましい。コネクタ部材１５０は、チタン、炭素複合材料、アルミニウム、ステンレス鋼のような材料、または別の適切な材料により構成することができる。更に好ましくは、コネクタ部材１５０はチタンにより構成される。

図７に示すように、雄部１５２は、ボルトまたは他の取り付け部材１５９（図１１Ｐ参照）のための開口部１５３を有することができる。図７に示すように、コネクタ部材１５０は更に、細長段部１５１ａ、１５１ｂと、リング部分１５５と、を備えることができる。

これらの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４は好ましくは、１つ以上の編組熱可塑性管状トラスリブ１６６（図９及び１０参照）に１つ以上の接続アセンブリ１４９（図９及び１０参照）を介して接続することができる。これらの接続アセンブリ１４９は、雄部１５２を有するコネクタ部材１５０を備え、そして更に、片側ピン止め雌継手突出部１５８（図９参照）のような雌部１５６（図１１Ｐ参照）を備える。図９及び１０は、複数の接続アセンブリ１４９を示している。雄部１５２は、編組熱可塑性管状スパーキャップ５４に接続されることが好ましく、そして雌部１５６は、編組熱可塑性管状トラスリブ１６６（図１１Ｐ参照）に接続されることが好ましい。

別の実施形態では、図４Ｂに示すように、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０が提供される。熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０は、例えば航空機１０（図１参照）のようなビークルの水平スタビライザ２４（図１参照）または垂直スタビライザ２２（図１参照）とすることができる。図４Ｂは、本開示の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０の種々の実施形態のうちの１つの実施形態を示す機能ブロック図を示している。図９は、コア部材群１２４を備えるスキンパネル安定化部材１１８を有する熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０ａの種々の実施形態のうちの１つの実施形態の等角図を示している。図１０は、ストリンガ群１３０及びパネルスティフナ群１３４を備えるスキンパネル安定化部材群１１８を有する熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０ｂの種々の実施形態のうちの別の実施形態の等角図を示している。図９に示すように、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０は、トルクボックス内側部分１６２を画定するように離間配置される複数の編組熱可塑性管状スパーキャップ５４を備える。上に説明したように、各編組熱可塑性管状スパーキャップ５４は、外側編組熱可塑性チューブ５６と、そして外側編組熱可塑性チューブ５６内に配置される内側編組熱可塑性チューブ６２と、を備える。外側編組熱可塑性チューブ５６及び内側編組熱可塑性チューブ６２は一体となって終局荷重７２に耐え得る。内側編組熱可塑性チューブ６２は限界荷重７４を支持することができる。各編組熱可塑性管状スパーキャップ５４は更に、外側編組熱可塑性チューブ５６と内側編組熱可塑性チューブ６２との間に同時固化される分離プライ層７６を備える。分離プライ層７６は、補強８２（図４Ａ）及び衝撃時の耐損傷性８４（図４Ａ）を内側編組熱可塑性チューブ６２に付与して、構造物の耐荷重性能の低下を防止する。図４Ａに図示して上に説明したように、分離プライ層７６は、金属箔８８のようなプライ材料８６、例えばチタン９０、スチール、アルミニウム、または別の適切な金属；非炭素材料９２；ガラス繊維材料９４、または別の適切なプライ材料を含むことが好ましい。更に好ましくは、分離プライ層７６は、チタン９０、または落雷電流通路９８となるような電気伝導率９６を有する別の材料により構成される。

図９に示すように、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０は更に、複数の編組熱可塑性管状スパーキャップ５４に同時固化されてトルクボックス外側部分１６４を画定する熱可塑性スキンパネル１００を備える。上に説明したように、熱可塑性スキンパネル１００は、内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８を備える。１つの実施形態では、内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８はそれぞれ、回転軸方向に対して３つの角度で巻き付けた編組構造体６９（図８Ｂ参照）を有する熱可塑性編物１１４（図４Ｃ参照）により構成される。別の実施形態では、編組熱可塑性材料を内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８はそれぞれ、熱可塑性スリットテープ１１６（図４Ｃ参照）により構成される。上に説明したように、好適には、内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８は、炭素繊維複合材料、炭素繊維強化半結晶性ポリマー材料、例えば炭素繊維強化ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、炭素繊維強化ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、炭素繊維強化ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、炭素繊維強化ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）のような熱可塑性材料、または別の適切な熱可塑性材料により構成される。

上に説明したように、熱可塑性スキンパネル１００は更に、スキンパネル安定化部材群１１８（図４Ｃ、及び９参照）を備える。１つの実施形態では、これらのスキンパネル安定化部材１１８は、複数のコア部材１２４（図４Ｃ及び９参照）を備えることができる。各コア部材１２４は、熱可塑性ハニカムサンドイッチコア１２６（図４Ｃ及び５Ｂ参照）、発泡材コア１２８（（図４Ｃ参照）、または別の適切なコア部材を備えることができる。図１０に示す別の実施形態では、これらのスキンパネル安定化部材１１８は、内側熱可塑性フェースシート１０２の第１構成部分１３２に接合される複数のストリンガ１３０と、そして内側熱可塑性フェースシート１０２の第２構成部分１３６に、溶着または同時固化により接合される複数のパネルスティフナ１３４と、を備えることができる。これらのスキンパネル安定化部材１１８がストリンガ群１３０及びパネルスティフナ群１３４を備える場合、内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８を組み合わせて中身の詰まった部材とするか、またはスキン部分とすることもできる。

図１１Ｐに図示して上に説明したように、好適には、熱可塑性スキンパネル１００は、熱可塑性編物１１４からなることが好ましい内側熱可塑性フェースシート１０２が、熱可塑性編物１１４からなることが好ましい外側熱可塑性フェースシート１０８と一体になるコーナー領域により構成される複数のコアパッド１３８を備える。内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８はそれぞれ、これらのコアパッド１３８の縁１４０において、一定の比率で薄くなって、熱可塑性編物を熱可塑性編物に接合させて一体化させることが好ましく、そして好ましくは、内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８は、熱可塑性スキンパネル１００が編組熱可塑性管状スパーキャップ５４の外周に沿って加熱成形されるときに編組熱可塑性管状スパーキャップ５４の外側表面１４４との境界をなすように構成される。更に、熱可塑性スキンパネル１００、及び編組熱可塑性管状スパーキャップ５４の外側表面１４４は、加熱及び加圧されて同時固化されることが好ましい。

図４Ｂ、９、及び１０に示すように、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０は更に、各々が第１端部１６８（図９参照）及び第２端部１７０（図９参照）を有する構成の１つ以上の編組熱可塑性管状トラスリブ１６６を備える。１つ以上の編組熱可塑性管状トラスリブ１６６は、１つ以上の編組熱可塑性管状スパーキャップ５４に１つ以上の接続アセンブリ１４９（図９参照）を介して接続されることが好ましい。１つの実施形態では、編組熱可塑性管状トラスリブ１６６は、編組熱可塑性管状スパーキャップ５４と同様の構造を有することができ、この場合、各編組熱可塑性管状トラスリブ１６６は、外側編組熱可塑性チューブ５６と、そして外側編組熱可塑性チューブ５６内に配置される内側編組熱可塑性チューブ６２と、を備え、そして外側編組熱可塑性チューブ５６と内側編組熱可塑性チューブ６２との間に同時固化される分離プライ層７６を備える。好適には、外側編組熱可塑性チューブ５６及び内側編組熱可塑性チューブ６２は共に、回転軸方向に対して３つの角度で巻き付けた編組構造体６９（図８Ｂ参照）を有する。分離プライ層７６は、補強８２（図４Ａ参照）及び衝撃時の耐損傷性８４（図４Ａ参照）を内側編組熱可塑性チューブ６２に付与する。分離プライ層７６は、金属箔８８のようなプライ材料８６、例えばチタン９０、スチール、またはアルミニウム；非炭素材料９２；ガラス繊維材料９４、または別の適切なプライ材料を含むことが好ましい。

別の実施形態では、編組熱可塑性管状トラスリブ１６６は、回転軸方向に対して２つの角度で巻き付けた編組構造体６８（図８Ａ参照）を有する外側編組熱可塑性チューブ５６と、そして回転軸方向に対して３つの角度で巻き付けた編組構造体６９（図８Ｂ参照）を有する内側編組熱可塑性チューブ６２と、を備えることができる。更に別の実施形態では、編組熱可塑性管状トラスリブ１６６は、回転軸方向に対して３つの角度で巻き付けた編組構造体６９（図８Ｂ参照）を有する外側編組熱可塑性チューブ５６と、そして回転軸方向に対して２つの角度で巻き付けた編組構造体６８（図８Ａ参照）を有する内側編組熱可塑性チューブ６２と、を備えることができる。図８Ａは、回転軸方向に対して３つの角度で巻き付けた編組構造体６８を有する公知の編組プリフォーム７０の図である。

別の実施形態では、編組熱可塑性管状トラスリブ１６６は、内側編組熱可塑性チューブ６２または分離プライ層７６が無い状態の外側編組熱可塑性チューブ５６構造のみを備えることができる。外側編組熱可塑性チューブ５６は、回転軸方向に対して３つの角度で巻き付けた編組構造体６９（図８Ｂ参照）を備えることが好ましい。別の構成として、編組熱可塑性管状トラスリブ１６６は、別の適切な編組構造体を備えることができる。

好適には、編組熱可塑性管状トラスリブ１６６の外側編組熱可塑性チューブ５６、及び設けるとした場合の内側編組熱可塑性チューブ６２は、炭素繊維複合材料、炭素繊維強化半結晶性ポリマー材料、例えば炭素繊維強化ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、炭素繊維強化ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、炭素繊維強化ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、炭素繊維強化ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）のような熱可塑性材料、または別の適切な熱可塑性材料により構成される。編組熱可塑性材料を、これらの編組熱可塑性管状トラスリブ１６６の外側編組熱可塑性チューブ５６及び内側編組熱可塑性チューブ６２に利用すると、中身の詰まった公知のテープ積層材よりも優れた、全厚で確保される固有の耐久性を付与することができ、そして更に、耐損傷性及び損傷許容性を付与することができる。

図１１Ｍに示す１つの実施形態では、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０は、互いに対角に配置される２つの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４に対角に接続される１つの編組熱可塑性管状トラスリブ１６６を有することができる。図１１Ｎに示す別の実施形態では、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０は、２つの編組熱可塑性管状トラスリブ１６６を有することができ、各編組熱可塑性管状トラスリブ１６６は、互いに対角に配置される２つの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４に対角に接続されて、２つの編組熱可塑性管状トラスリブ１６６が互いに交差する。これらの編組熱可塑性管状トラスリブ１６６は、補強を熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０に追加することができるので好ましい。熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０は、これらの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４に取り付けられる２つよりも多くの編組熱可塑性管状トラスリブ１６６を有することもできる。

図４Ｂ、９、及び１０に示すように、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０は更に、１つ以上のコネクタ部材１５０を備えることが好ましい。上に説明したように、１つ以上の編組熱可塑性管状トラスリブ１６６は、１つ以上の編組熱可塑性管状スパーキャップ５４に１つ以上の接続アセンブリ１４９（図９参照）を介して接続されることが好ましい。各接続アセンブリ１４９は、編組熱可塑性管状スパーキャップ５４に接続され、かつ雄部１５２を有するコネクタ部材１５０を備えることが好ましく、そして更に、編組熱可塑性管状トラスリブ１６６に接続される雌部１５６を備える。コネクタ部材１５０は、雄継手突出部１５４（図９参照）のような雄部１５２（図７，９参照）を備えることが好ましい。図７に示すように、雄部１５２は、ボルトまたは他の取り付け部材１５９（図１１Ｐ参照）のための開口部１５３を有することができる。雄部１５２は、編組熱可塑性管状スパーキャップ５４との接続を行なうように構成されることが好ましい。雌部１５６は、編組熱可塑性管状トラスリブ１６６（図９参照）との接続を行なうように構成されることが好ましい。雌部１５６は、片側ピン止め雌継手突出部１５８（図９参照）を備えることが好ましい。コネクタ部材１５０は、チタン、炭素複合材料、アルミニウム、ステンレス鋼のような材料、または別の適切な材料により構成することができる。更に詳細には、コネクタ部材１５０はチタンにより構成される。

熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０は、トルクボックスを有するビークルまたは他の輸送手段に使用することができ、ビークルまたは他の輸送手段として、例えば航空機１０（図１参照）、宇宙船、回転翼航空機、ウォータークラフト、自動車、トラック、バス、列車、または別の適切なビークルまたは輸送手段を挙げることができる。更に好適には、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０は、航空機１０に使用される。熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０は、公知の複合材料スキン／ストリンガトルクボックスアセンブリの総重量と比較して、約１０％超少ない総重量を有することが好ましい。更に好適には、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０は、公知の複合材料スキン／ストリンガトルクボックスアセンブリの総重量と比較して、約１０％〜約１５％の範囲で少ない総重量を有することが好ましい。

図５Ａは、水平スタビライザ２４ｃに取り付けられる本開示の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０ｃの種々の実施形態のうちの１つの実施形態を上方から見た模式図である。図５Ａは、前側スパー群３２ａ、後側スパー群３２ｂ、コネクタ部材群１５０、編組熱可塑性管状スパーキャップ群５４（図５Ｂ参照）の中心線１７２、及び編組熱可塑性管状トラスリブ群１６６（図９参照）の中心線１７４を示している。図５Ｂは、図５Ａの直線５Ｂ−５Ｂに沿った断面で見た図である。図５Ｂは、図５Ａの熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０ｃの側部断面図を示している。図５Ｂは、４つの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４を示しており、これらの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４は、４つの熱可塑性スキンパネル１００に同時固化されてトルクボックス構造１７６を形成する。図５Ｂは更に、編組熱可塑性管状スパーキャップ群５４のうちの２つの編組熱可塑性管状スパーキャップをコネクタ部材群１５０に接続して、編組熱可塑性管状トラスリブ１６６（図９参照）を対角に、破線１７８で示す位置に接続する様子を示している。荷重の約８０％の荷重を、これらの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４が支持することができ、そして荷重の約２０％の荷重を、これらの熱可塑性スキンパネル１００が支持することができる。前縁／後縁接合部材１８０（図６参照）は、外側熱可塑性フェースシート１０８に、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０ｃ（図５Ｂ参照）の各コーナーまたはコアパッド１３８（図１１Ｐ参照）の位置で、溶着または同時固化により取り付けられることが好ましい。図６は、Ｔ字断面形のような前縁／後縁接合部材１８０の種々の実施形態のうちの１つの実施形態を断面で見た図であり、内側湾曲部分１８１は、外側熱可塑性フェースシート１０８の４つのコーナーまたはコアパッド１３８（図１１Ｐ参照）の各々に形状が一致するように構成される。図６は、前縁／後縁接合部材１８０が１つだけ、所定の位置で、図５Ｂの熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０ｃに取り付けられる様子を示しているが、好ましくは、４つの前縁／後縁接合部材１８０が外側熱可塑性フェースシート１０８に、図５Ｂの熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０ｃの４つのコーナーまたはコアパッド１３８（図１１Ｐ参照）の各々の位置で溶着される、または同時固化される。

図１１Ａ〜１１Ｎ、及び１１Ｐは、本開示の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０の種々の実施形態のうちの１つの実施形態を製造する製造手順の１つの実施形態を示している。図１１Ａは、本開示の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０を製造する方法２００（図１２参照）のような方法の種々の実施形態のうちの１つの実施形態に使用される第１マンドレル半体２５２ａ及び第２マンドレル半体２５２ｂを有する分割型取り外し可能なマンドレル２５０の図である。図１１Ｂは、図１１Ａの分割型取り外し可能なマンドレル２５０、及び取り外し可能なスリーブ２５４の図である。取り外し可能なスリーブ２５４は、ウレタン、ポリウレタン、ゴム、ネオプレン、エラストマー材料、または別の適切な材料により形成することができる。図１１Ｃは、図１１Ｂの分割型取り外し可能なマンドレル２５０、及び取り外し可能なスリーブ２５４、及び本開示の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０を製造する方法の種々の実施形態のうちの１つの実施形態において成形される編組熱可塑性管状スパーキャップ５４のような固化されていない状態の装置５０の図である。図１１Ｄは、管状マッチモールド成形金型２５８の第１半型２５６ａに配置される図１１Ｃの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４のような装置５０の図である。図１１Ｅは、編組熱可塑性管状スパーキャップ５４を同時固化する管状マッチモールド成形金型２５８の第１半型２５６ａ及び第２半型２５６ｂに固定される図１１Ｃの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４の図である。図１１Ｆは、図１１Ｅの管状マッチモールド成形金型２５８の同時固化後の編組熱可塑性管状スパーキャップ５４の切り欠き図である。

内側編組熱可塑性チューブ６２をまず、分割型取り外し可能なマンドレル２５０上で、編組機または編組装置に通すことにより編み上げる。内側編組熱可塑性チューブ６２を製造するために、熱可塑性テープを所望の幅に分割し、そしてボビンに巻き付ける。これらのボビンを専用の編組機または編組装置に取り付け、そして当該テープを編み込んで、所望の直径、テープ角度、及び多数のゼロ度配向繊維トウを有する内側編組熱可塑性チューブ６２とする。編組の設計では、スリットテープの幅、編組径、及び編組角度を定義する。使用する編組機または編組装置は、この技術分野の当業者に公知の既存の編組機または編組装置とすることができる。一旦、内側編組熱可塑性チューブ６２が形成されると、分離プライ層７６を内側編組熱可塑性チューブ６２に貼り付ける。次に、外側編組熱可塑性チューブ５６を分離プライ層７６上で、編組機または編組装置で編組することにより編み込む。次に、内側編組熱可塑性チューブ６２、分離プライ層７６、及び外側編組熱可塑性チューブ５６を、効果的な熱、及び効果的な圧力で同時固化させて一体化させることにより、編組熱可塑性管状スパーキャップ５４を成形する。

一旦、編組熱可塑性管状スパーキャップ群５４が同時固化されると、１つ以上のコネクタ部材１５０を、これらの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４のうちの１つ以上の編組熱可塑性管状スパーキャップ５４に接続することができる。これらの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４は、接合炭素、または同時固化炭素（編組熱可塑性管状スパーキャップ群５４）がチタン（コネクタ部材１５０）と相性が良いかどうかの証明試験を経る必要がある。証明試験に代えて、接合損傷阻止機能を用いることができる。一旦、これらのコネクタ部材１５０が、１つ以上の編組熱可塑性管状スパーキャップ５４に接続されると、同時固化された編組熱可塑性管状スパーキャップ５４は、内部トルクボックス金型２６２のコーナー２６０（図１１Ｇ参照）に配置されて、トルクボックス内側部分１６２を画定する（図９参照）。図１１Ｇは、本開示の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０を製造する方法の種々の実施形態のうちの１つの実施形態に使用される内部トルクボックス金型２６２の各コーナー２６０に配置される、製造後に同時固化された編組熱可塑性管状スパーキャップ５４の図である。図１１Ｈは、内部トルクボックス金型２６２の周りに付加される、製造後に同時固化された編組熱可塑性管状スパーキャップ５４、熱可塑性スキンパネル群１００の図であり、これらの熱可塑性スキンパネル１００は、内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８と、そしてスキンパネル安定化部材１１８と、を有している。一旦、４つの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４が各コーナー２６０の所定の位置に配置されると、内側熱可塑性フェースシート１０２をこれらの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４の外周に沿って、熱可塑性編物１１４が望ましい場合に編組機または編組装置に通すことにより連続的に編み込むことができる。別の構成として、内側熱可塑性フェースシート１０２は、これらの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４の外周に沿って、熱可塑性スリットテープ１１６が望ましい場合に自動ファイバー積層（ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｆｉｂｅｒ ｐｌａｃｅｍｅｎｔ：ＡＦＰ）機械または装置に通すことにより配置する、または積層することができる。一旦、内側熱可塑性フェースシート１０２を、これらの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４の外周に沿って貼り付けると、熱可塑性ハニカムサンドイッチコア部材１２６（図９参照）、またはストリンガ群１３０（図１０参照）及びパネルスティフナ群１３４（図１０参照）のようなスキンパネル安定化部材群１１８を内側熱可塑性フェースシート１０２に、接着剤またはコネクタのようなコネクタ部材、または別の適切なコネクタ部材で取り付ける。これらのストリンガ１３０及びパネルスティフナ１３４は、内側熱可塑性フェースシート１０２に溶着させてもよい。次に、連続外側熱可塑性フェースシート１０８をこれらのスキンパネル安定化部材１１８の外周に沿って、熱可塑性編物１１４が望ましい場合に編組機または編組装置に通すことにより編み込むことができる。別の構成として、外側熱可塑性フェースシート１０８は、これらのスキンパネル安定化部材１１８の外周に、熱可塑性スリットテープ１１６が望ましい場合に自動ファイバー積層（ＡＦＰ）機械または装置に通すことにより配置する、または積層することができる。

内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８の編組織またはスリットテープ組織は、編組熱可塑性管状スパーキャップ５４組織に、Ｉｎｖａｒ（インバー）製金型、熱可塑性成形ボトル、または成形可能材料を用いて重ねることもできる。インバー型ニッケル／スチール合金は、当該インバー型ニッケル／スチール合金に耐久性があり、かつ熱膨張率が部材を成形するために使用される強化プラスチックの熱膨張率に近いので、複合材部材の大量生産に適する金型材料である。インバー型合金は、最高華氏４００度（２００℃）までの温度において、炭素鋼の熱膨張率の約１０分の１である低い熱膨張率を有する。Ｉｎｖａｒ（インバー）製治具は、オートテープレイアップ機（ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｔａｐｅ ｌａｙ−ｕｐ：ＡＴＬ）に用いることができる。自動ファイバー積層（ＡＦＰ）機械の場合、ＡＦＰ操作において、マンドレルを移動させる、そして／またはヘッドを移動させて部材を積層するので、重量が重要になってくる。テープ層を自動的に形成する場合、サイズ及び重量は、治具が静止しているのでさほど重要とはならない。ＡＴＬは、翼のような凹凸がなだらかで、広い平坦表面を持つ部材に用いることができる。

図１１Ｉは、本開示の航空機の水平または垂直スタビライザを製造する方法の種々の実施形態のうちの１つの実施形態に使用されるトルクボックスマッチモールド金型２６６の第１半型２６４ａに配置される、図１１Ｈの製造後に同時固化された編組熱可塑性管状スパーキャップ群５４、熱可塑性スキンパネル群１００の図であり、これらの熱可塑性スキンパネル１００は、内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８と、そしてスキンパネル安定化部材群１１８と、を有している。図１１Ｊは、同時固化用のトルクボックスマッチモールド金型２６６の第１半型２６４ａ及び第２半型２６４ｂに固定される、図１１Ｈの製造後に同時固化された編組熱可塑性管状スパーキャップ群５４、熱可塑性スキンパネル群１００の図であり、これらの熱可塑性スキンパネル１００は、内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８と、そしてスキンパネル安定化部材群１１８と、を有している。次に、同時固化された編組熱可塑性管状スパーキャップ群５４、及び内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８と、そしてスキンパネル安定化部材群１１８と、を有する熱可塑性スキンパネル群１００を、効果的な熱、及び効果的な圧力で同時固化させる。図１１Ｋは、図１１Ｊのトルクボックスマッチモールド金型２６６に収容された熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０の熱可塑性スタビライザトルクボックス２６８の切り欠き図を示している。

図１１Ｌは、本開示の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０を製造する方法の種々の実施形態のうちの１つの実施形態に使用されるトルクボックスマッチモールド金型２６６から取り外した状態の熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０の熱可塑性スタビライザトルクボックス２６８の図である。図１１Ｍは、２つの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４に接続アセンブリ群１４９を介して取り付けられる編組熱可塑性管状トラスリブ１６６に一体的に形成された図１１Ｌの熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０の図である。図１１Ｎは、４つの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４に接続アセンブリ１４９を介して取り付けられる２つの編組熱可塑性管状トラスリブ１６６に一体的に形成された図１１Ｌの熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０の図である。

図１１Ｐは、編組熱可塑性管状スパーキャップ５４に接続アセンブリ１４９を介して取り付けられる編組熱可塑性管状トラスリブ１６６の拡大図である。図１１Ｐに図示して上に説明したように、好適には、熱可塑性スキンパネル１００は、熱可塑性編物１１４からなることが好ましい内側熱可塑性フェースシート１０２が、熱可塑性編物１１４からなることが好ましい外側熱可塑性フェースシート１０８と一体になるコーナー領域により構成される複数のコアパッド１３８を備える。内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８はそれぞれ、これらのコアパッド１３８の縁１４０において、一定の比率で薄くなって、熱可塑性編物を熱可塑性編物に接合させて一体化させることが好ましく、そして好ましくは、内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８は、熱可塑性スキンパネル１００が編組熱可塑性管状スパーキャップ５４の外周に沿って加熱成形されるときに編組熱可塑性管状スパーキャップ５４の外側表面１４４との境界となるように構成される。更に、熱可塑性スキンパネル１００、及び編組熱可塑性管状スパーキャップ５４の外側表面１４４は、加熱及び加圧されて同時固化されることが好ましい。

本開示の別の実施形態では、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０の種々の実施形態のうちの１つの実施形態、またはこれらの実施形態のうちの別の実施形態を製造する方法２００が提供される。図１２は、本開示の方法２００の種々の実施形態のうちの１つの実施形態を示すフロー図である。方法２００は、外側編組熱可塑性チューブ５６と、そして外側編組熱可塑性チューブ５６内に配置される内側編組熱可塑性チューブ６２と、を備え、そして更に、外側編組熱可塑性チューブ５６と内側編組熱可塑性チューブ６２との間に同時固化される分離プライ層７６を備える複数の編組熱可塑性管状スパーキャップ５４（図４Ａ、９参照）を供給する工程２０２を含む。各編組熱可塑性管状スパーキャップ５４は、製造工程プロセスにより製造することができ、この製造工程プロセスは、例えば上に説明した編組機械または編組機のような編組装置を使用して、熱可塑性材料を分割型取り外し可能なマンドレル２５０上、及び取り外し可能なスリーブ２５４（図１１Ｂ参照）上で編み上げて、内側編組熱可塑性チューブ６２を形成することと；非炭素材料を含む分離プライ層７６を内側編組熱可塑性チューブ６２の外周面に巻き付けることと；編組装置を用いて、更に別の熱可塑性材料を分離プライ層７６の外周面上に編み込んで、外側編組熱可塑性チューブ５６を形成することと；内側編組熱可塑性チューブ６２、分離プライ層７６、及び外側編組熱可塑性チューブ５６を、管状マッチモールド金型２５８（図１１Ｅ参照）内に配置することと；効果的な温度、及び効果的な圧力で、内側編組熱可塑性チューブ６２、分離プライ層７６、及び外側編組熱可塑性チューブ５６を、管状マッチモールド金型２５８内で加熱し、そして同時固化させることにより、編組熱可塑性管状スパーキャップ５４を取得することと；編組熱可塑性管状スパーキャップ５４を冷却することと；そして分割型取り外し可能なマンドレル２５０及び取り外し可能なスリーブ２５４を、同時固化された編組熱可塑性管状スパーキャップ５４から取り外すことと、を含む。

方法２００は更に、上に説明した１つ以上のコネクタ部材１５０を編組熱可塑性管状スパーキャップ群５４のうちの１つ以上の編組熱可塑性管状スパーキャップ５４に接続する工程２０４を含む。これらのコネクタ部材１５０は、接続アセンブリ群１４９に使用されることにより、コネクタ部材１５０の雄部１５２を、内部リブ群及び／又は編組熱可塑性管状トラスリブ群１６６に接続される雌部１５６に接続することができる。好適には、これらのコネクタ部材１５０はチタンにより構成される。チタンにより形成されるコネクタ部材のようなこれらのコネクタ部材１５０を、これらの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４に、そして１つの実施形態では、これらの編組熱可塑性管状トラスリブ１６６に接続する、接合する、または溶着する際、プラズマエッチングプロセスまたは別の適切なプロセスを、同時固化された編組熱可塑性管状スパーキャップ５４に適用し、そして当該編組熱可塑性管状スパーキャップ５４を、金属板間ハニカム板に用いられる長期耐久性のある構造接着フィルム、例えばミネソタのＴｈｅ ３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ製の構造接着フィルムＡＦ ５５５のような接着剤で、チタンにより形成されるコネクタ部材のようなコネクタ部材１５０に接合することができ、この場合、チタンは、ゾルゲルプロセスで処理されることが好ましい。別の構成として、チタンにより形成されるこれらのコネクタ部材１５０の代わりに、複合材料により形成されるコネクタ部材群１５０を用いて、満足できる層間引張耐性を有する部材群を入手することができる場合に、コスト及び重量を低減することができる。

方法２００は更に、少なくとも１つの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４を、内部トルクボックス金型２６２の各コーナー２６０（図１１Ｇ参照）に配置して、トルクボックス内側部分１６２（図１１Ｌ参照）を画定する工程２０６を含む。方法２００は更に、内側熱可塑性フェースシート１０２を、これらの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４の外周に沿って連続的に積層して、熱可塑性スタビライザトルクボックス２６８をこれらの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４の外周に沿って画定し、そして少なくとも１つのトルクボックス内側表面２７０（図１１Ｌ参照）を画定する工程２０８を含む。

方法２００は更に、複数のスキンパネル安定化部材１１８を内側熱可塑性フェースシート１０２に取り付けて、４つのトルクボックス側面部分２７２（図１１Ｌ参照）を画定する工程２１０を含む。方法２００は更に、外側熱可塑性フェースシート１０８を、複数のスキンパネル安定化部材１１８の外周に沿って連続的に積層し、そして取り付けて、トルクボックス外周面２７４（図１１Ｌ参照）を画定する工程２１２を含む。方法２００は更に、これらの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４、内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８、及びこれらのスキンパネル安定化部材１１８を、トルクボックスマッチモールド金型２６６（図１１Ｊ参照）内に配置する工程２１４を含む。方法２００は更に、効果的な温度及び効果的な圧力で、これらの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４、内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８、及びこれらのスキンパネル安定化部材１１８を、トルクボックスマッチモールド金型２６６内で加熱して、熱可塑性スタビライザトルクボックス２６８及び熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０を取得する工程２１６を含む。この加熱工程２１６では更に、これらの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４、内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８、及びこれらのスキンパネル安定化部材１１８を、同時固化；溶着、例えば誘導溶着または別の適切な溶着プロセスのようなプロセスにより接合させて一体化させる；またはこれらの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４、内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８、及びこれらのスキンパネル安定化部材１１８を接合させて一体化させる別の適切なプロセスにより接合させて一体化させることができる。

方法２００は更に、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０を冷却する任意の工程２１８を含むことができる。この冷却工程では、物理的な冷却手段または強制冷却装置を用いて、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０を冷却することができる。別の構成として、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０は、室温または周囲温度に放置しておくことにより、更に別の冷却装置を全く用いることなく、自然に冷却することができる。方法２００は更に、熱可塑性スタビライザトルクボックス２６８及び熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０をトルクボックスマッチモールド金型２６６から取り外す工程２２０を含む。

方法２００は更に、１つ以上の編組熱可塑性管状トラスリブ１６６をこれらの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４のうちの１つ以上の編組熱可塑性管状スパーキャップ５４に、１つ以上の接続アセンブリ１４９（図９及び１０参照）を介して取り付ける工程２２２を含むことができる。各編組熱可塑性管状トラスリブ１６６は、これらの編組熱可塑性管状スパーキャップ５４を製造工程プロセスにより製造するプロセスと同様にして製造することができ、例えば上に説明した編組機械または編組機のような編組装置を用いて製造することにより、可塑性材料を分割型取り外し可能なマンドレル２５０及び取り外し可能なスリーブ２５４（図１１Ｂ参照）上で編み上げて、内側編組熱可塑性チューブ６２を形成することができ；非炭素材料を含む分離プライ層７６を内側編組熱可塑性チューブ６２の外側表面の周りに巻き付け；編組装置を用いて更に別の可塑性材料を分離プライ層７６の外側表面上に編み込んで、外側編組熱可塑性チューブ５６を形成し；内側編組熱可塑性チューブ６２、分離プライ層７６、及び外側編組熱可塑性チューブ５６を管状マッチモールド金型２５８（図１１Ｅ参照）内に配置し；効果的な温度及び効果的な圧力で、内側編組熱可塑性チューブ６２、分離プライ層７６、及び外側編組熱可塑性チューブ５６を、管状マッチモールド金型２５８内で加熱し、そして同時固化して、編組熱可塑性管状トラスリブ群１６６を成形し、そして同時固化し；これらの編組熱可塑性管状トラスリブ１６６を冷却し；そして分割型取り外し可能なマンドレル２５０及び取り外し可能なスリーブ２５４を、同時固化されたこれらの編組熱可塑性管状トラスリブ１６６から取り外す。別の構成として、これらの編組熱可塑性管状トラスリブ１６６は、分割型取り外し可能なマンドレル２５０及び取り外し可能なスリーブ２５４上で編み上げた外側編組熱可塑性チューブ６２だけで構成されてもよい。

方法２００は更に、前縁接合部材及び後縁接合部材１８０（図６参照）を熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０に、好ましくは、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０のコーナー群に取り付ける工程２２４を含むことができる。

装置５０、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０、及び方法２００について開示される実施形態は、航空機の公知の水平または垂直スタビライザトルクボックスアセンブリに代わる構成を提供することができる。熱可塑性繊維を管状にほぼ直角に編んで得られる編組熱可塑性管状スパーキャップ群５４を同時固化または溶着して、熱可塑性スキンパネル群１００を形成することが好ましく、これらの熱可塑性スキンパネル群１００は、内側熱可塑性フェースシート１０２及び外側熱可塑性フェースシート１０８と、そしてコア部材１２４またはストリンガ１３０及びパネルスティフナ１３４のようなスキンパネル安定化部材１１８とにより形成され、かつ安定化させた編組テープまたはスリットテープとすることができる。編組熱可塑性管状スパーキャップ群５４及び編組熱可塑性管状トラスリブ１６６組織の管状熱可塑性繊維編組構造は、より大きい荷重が加わる端部における最大軸方向荷重支持部材となって、軸方向荷重及びモーメント曲げ荷重を支持することができる。これは、単位セル当たり２つ以上の軸方向端部を利用することにより、そしてバイアス繊維束の配列角度を部材長さに沿って変えることにより行なうことができる。更に、編組厚さ、及び編組径は、部材長さに沿って変えることができる。編組構造を使用することにより、編組断面を長さに沿って変えて、性能、例えば編組バイアス繊維束の配列角度を最適化することができ、そして単一の編組構造の１点設計ではなく、プライの枚数を必要に応じて変えることができる。編組材料をスパーキャップ及び熱可塑性スキンパネルに利用することにより、全厚で確保される固有の耐久性、耐損傷性、及び損傷許容性を付与することができ、接着ライン品質を高めることができ、そしてハニカムサンドイッチパネル損傷阻止機能を提供することができる。

更に、編組を利用することにより、組み立てコスト、及び製造コストを低減することができるが、その理由は、一旦、編組機が据え付けられると、編組機は、オペレータの注意をさほど必要としなくなるからである。装置５０、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０、及び方法２００について開示される実施形態は更に、既存の複合材料スキン及びストリンガ構造解決策と比較して、重量及びコストを低減することができ、そして装置５０、熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ１６０、及び方法２００について開示されるこのような実施形態は更に、公知の複合材料スキン及びストリンガ構造よりも高い生産割合で製造することができる。

本開示の多くの変形及び他の実施形態は、本開示に関わり、かつこれまでの説明及び関連する図面に提供される教示の恩恵を受けるこの技術分野の当業者であれば想到し得るであろう。本明細書において記載されるこれらの実施形態は、例示に過ぎず、かつ限定的である、または網羅的であると解釈されるべきではない。特定の用語を本明細書において用いているが、これらの用語は、単に一般的かつ記述的な意味としてのみ用いられ、限定的な意味に用いられるものではない。

Claims (15)

1. パネル補強を施すことができる装置であって、該装置は：
   外側編組熱可塑性チューブ（５６）と、
   前記外側編組熱可塑性チューブ（５６）内に配置される内側編組熱可塑性チューブ（６２）と、
   前記外側編組熱可塑性チューブ（５６）と前記内側編組熱可塑性チューブ（６２）との間に同時固化される分離プライ層（７６）と、を備え、前記分離プライ層（７６）は、補強、及び衝撃時の耐損傷性を前記内側編組熱可塑性チューブ（６２）に付与して、構造物の耐荷重性能の低下を防止する、装置。
2. 前記外側編組熱可塑性チューブ（５６）及び前記内側編組熱可塑性チューブ（６２）は一体となって終局荷重に耐えることができ、そして更に、前記内側編組熱可塑性チューブ（６２）は限界荷重を支持することができる、請求項１に記載の装置。
3. 前記分離プライ層（７６）は、チタン、スチール、またはアルミニウムのような金属箔；非炭素材料；及びガラス繊維材料を含むグループから選択されるプライ材料を含む、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記装置は、熱可塑性スキンパネル（１００）に同時固化される編組熱可塑性管状スパーキャップ（５４）を備え、前記熱可塑性スキンパネル（１００）は、内側熱可塑性フェースシート（１０２）と、外側熱可塑性フェースシート（１０８）と、そして複数のスキンパネル安定化部材（１１８）と、を備え、そして前記内側及び外側熱可塑性フェースシート（１０２，１０８）は更に、熱可塑性編物及び熱可塑性スリットテープを含むグループから選択される材料を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記スキンパネル安定化部材群（１１８）は、熱可塑性ハニカムサンドイッチコア及び発泡材コアを含むグループから選択されるコア部材を含み、そして前記スキンパネル安定化部材群（１１８）は更に、複数のストリンガ（１３０）と、そして複数のパネルスティフナ（１３４）と、を含む、請求項４に記載の装置。
6. 前記装置は、熱可塑性管状トラスリブ（１６６）に接続される雌部（１５６）との接続を行なうように構成される雄部（１５２）を有するコネクタ部材（１５０）に接続される編組熱可塑性管状スパーキャップ（５４）を備え、そして前記コネクタ部材（１５０）は更に、チタン、炭素複合材料、アルミニウム、及びステンレス鋼を含むグループから選択される材料を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 熱可塑性トルクボックスアセンブリ（１６０）を製造する方法であって、該方法は：
   複数の編組熱可塑性管状スパーキャップ（５４）を供給することと、
   １つ以上のコネクタ部材（１５０）を前記編組熱可塑性管状スパーキャップ群（５４）のうちの１つ以上に接続することと、
   内側熱可塑性フェースシート（１０２）を、前記１つ以上の編組熱可塑性管状スパーキャップ（５４）の外周に沿って連続的に積層してトルクボックス構造を前記１つ以上の編組熱可塑性管状スパーキャップ（５４）の外周に沿って画定し、そして少なくとも１つのトルクボックス内側表面（２７０）を画定することと、
   複数のスキンパネル安定化部材（１１８）を前記内側熱可塑性フェースシート（１０２）に取り付けて、４つのトルクボックス側面部分（２７２）を画定することと、
   外側熱可塑性フェースシート（１０８）を、前記複数のスキンパネル安定化部材（１１８）の外周に沿って連続的に積層し、そして取り付けて、トルクボックス外周面を画定し、そして熱可塑性トルクボックスアセンブリ（１６０）を形成することと、
   効果的な温度、及び効果的な圧力で、前記熱可塑性トルクボックスアセンブリ（１６０）を加熱することと、
   を含む、方法。
8. 更に、１つ以上の編組熱可塑性管状トラスリブ（１６６）を前記編組熱可塑性管状スパーキャップ群（５４）のうちの１つ以上に、１つ以上の接続アセンブリ（１４９）を介して取り付けることを含む、請求項７に記載の方法。
9. 更に、前縁及び後縁接合部材（１８０）を前記熱可塑性スタビライザトルクボックスアセンブリ（１６０）に取り付けることを含む、請求項７または８に記載の方法。
10. 更に、前記１つ以上のコネクタ部材（１５０）を前記編組熱可塑性管状スパーキャップ群（５４）のうちの１つ以上に接続した後に、少なくとも１つの編組熱可塑性管状スパーキャップ（５４）を、内部トルクボックス金型（２６２）の各コーナーに配置して、トルクボックス内側部分（１６２）を画定することを含む、請求項７から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 各編組熱可塑性管状スパーキャップ（５４）は、あるプロセスで製造され、前記プロセスは：
    編組装置を用いて、熱可塑性材料を取り外し可能なマンドレル（２５０）及び取り外し可能なスリーブ（２５４）上で編み上げて、内側編組熱可塑性チューブ（６２）を形成することと、
    非炭素材料を含む分離プライ層（７６）を、前記内側編組熱可塑性チューブ（６２）の外側表面の周りに巻き付けることと、
    前記編組装置を用いて、更に別の熱可塑性材料を前記分離プライ層（７６）の外側表面上に編み込んで、外側編組熱可塑性チューブ（５６）を形成し、そして前記編組熱可塑性管状スパーキャップ（５４）を形成することと、
    効果的な温度、及び効果的な圧力で、前記編組熱可塑性管状スパーキャップ（５４）を加熱し、そして同時固化させることと、を含む、請求項７から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記内側熱可塑性フェースシート（１０２）を前記積層すること、及び前記外側熱可塑性フェースシート（１０８）を前記積層することは、編組装置及び自動ファイバー積層（ＡＦＰ）装置を含むグループから選択される装置で行なわれる、請求項７から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記熱可塑性トルクボックスアセンブリ（１６０）を前記加熱することは、トルクボックスマッチモールド金型（２６２）内で行なわれる、請求項７から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 各編組熱可塑性管状トラスリブ（１６６）は、あるプロセスで製造され、前記プロセスは：
    編組装置を用いて、熱可塑性材料を取り外し可能なマンドレル（２５０）及び取り外し可能なスリーブ（２５４）上で編み上げて、内側編組熱可塑性チューブ（６２）を形成することと、
    非炭素材料を含む分離プライ層（７６）を、前記内側編組熱可塑性チューブ（６２）の外側表面の周りに巻き付けることと、
    前記編組装置を用いて、更に別の熱可塑性材料を前記分離プライ層（７６）の外側表面上に編み込んで、外側編組熱可塑性チューブ（５６）を形成し、そして前記編組熱可塑性管状トラスリブ（１６６）を形成することと、
    効果的な温度、及び効果的な圧力で、前記編組熱可塑性管状トラスリブ（１６６）を加熱し、そして同時固化させることと、を含む、請求項７から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記加熱工程は更に、前記編組熱可塑性管状スパーキャップ（５４）、前記内側及び外側熱可塑性フェースシート（１０２、１０８）、及び前記スキンパネル安定化部材群（１１８）を、同時固化及び溶着を含むグループから選択されるプロセスより接合して合体させることを含む、請求項７から１４のいずれか一項に記載の方法。

Images