JP2015509465A

JP2015509465A - 接合重ね継手

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Publication number: JP2015509465A
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Inventors: ポール・ノードマン; ポール・ネルソン
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Publication date: 2015-03-30
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Abstract

本開示は、航空機構造体用の方法および装置を提供する。一実施形態において、航空機構造体は、第１および第２のストリンガを有し、第１および第２のストリンガの各々が、長手方向の間隙を画定する垂直ストリンガ部を有する。実施形態は、中央リブ取付部材と前記中央リブ取付部材から互いに反対方向に延在する第１および第２の延在部とを有する十字形連結具を含んでもよい。前記第１および第２の延在部から上方に延在するストリンガ取付部分が、それぞれ第１および第２のストリンガ部分の長手方向の間隙に挿入される。リブ取付部材は、胴体側部リブに取り付けてもよい。

Description

本開示は、一般に航空機構造体に関し、特に航空機の胴体側部継手に関する。

航空機の製造において、翼パネルなどの空気力学的構造体は、航空機の機体または他の構造体に結合される。いくつかの従来の継手では、突合せ継手または重ね継手を使用し、この突合せ継手または重ね継手では、翼の一部を機体の一部と突き合せるかまたは継ぎ合わせ、更に、ボルト、リベットとリブなどのデバイスとを用いて結合し得る。これらの従来の突合せ継手では、継手の荷重要件を満たすために継手のボルトおよびリブが用いられる。したがって、航空機構造に使用する材料に対して許容可能な支持を実現するためには、十分なボルトおよび他の機械的締結装置を使用しなければならない。

機械的継手、特に多くのボルトを備えた継手は、非常に重くなる可能性があり、これは、航空機の重量の増加および運転コストの増大に相当する。さらに、機械的継手に関連する製造コストが大きくなる可能性があり、なぜなら、継手が、結合させるパネルとは別々に形成されるので、製造時間（労働力、設備など）がかかるとともに、継手が、同じく製造しなければならない多くの異なる部品（リブ、ボルトなど）を含むからである。加えて、ボルト継手は、長期にわたり疲労する可能性があるため、定期的に点検し、メンテナンスを行い、かつ交換しなければならず、運転コストがさらに増大する。したがって、空気力学的構造体のための従来の継手を用いて所望の結果が得られているが、改良の余地がある。

本開示の目的は、軽量化および低製造コスト化された胴体側部継手を提供することである。本開示の更なる目的は、連続的な外板部が連結され得る胴体側部継手を提供することである。

これらおよび他の目的において、胴体側部リブに結合される不連続な外板部を使用せず、むしろ翼の種々の部分に接合される連続的な外板部を使用する接合継手を採用することにより、利点を得ることができる。

第１の実施形態において、胴体側部継手組立体が提供され、この胴体側部継手組立体は、各々が水平ストリンガ部分と上記水平ストリンガ部分から上方に延在する垂直ストリンガ部分とを有し、上記垂直ストリンガ部分が上記水平ストリンガ部分に開口部を有する長手方向の間隙を画定する、第１および第２のＴ字形ストリンガと、中央リブ取付部材と、上記中央リブ取付部材から互いに反対方向に延在する第１および第２のＴ字形連結延在部と、を有し、各連結延在部が水平連結部分と上記水平連結部分から上方に延在するストリンガ取付部分とを有する、十字形連結具と、を備え、上記第１および第２のＴ字形連結延在部の上記ストリンガ取付部分が、それぞれ上記第１および第２のＴ字形ストリンガの上記長手方向の間隙に挿入される。

第２の実施形態において、複数の垂直補剛材を有するリブウェブに連結された胴体側部継手組立体が提供され、上記胴体側部継手組立体は、各々が水平ストリンガ部分と上記水平ストリンガ部分から上方に延在する垂直ストリンガ部分とを有し、上記垂直ストリンガ部分が、上記水平ストリンガ部分に開口部を有する長手方向の間隙を画定する、第１および第２のＴ字形ストリンガと、中央リブ取付部材と、上記中央リブ取付部材から互いに反対方向に延在する第１および第２のＴ字形連結延在部と、を有し、各連結延在部が、水平連結部分と、上記水平連結部分から上方に延在するストリンガ取付部分と、を有する、十字形連結具と、を備え、上記第１および第２のＴ字形連結延在部の上記ストリンガ取付部分が、それぞれ上記第１および第２のＴ字形ストリンガの上記長手方向の間隙に挿入され、上記中央リブ取付部材が上記リブウェブに連結される。

第３の実施形態において、胴体側部継手が提供され、上記胴体側部継手は、リブウェブと、並べて配設された複数の胴体側部継手組立体と、を備え、各胴体側部継手組立体が、各々が水平ストリンガ部分と上記水平ストリンガ部分から上方に延在する垂直ストリンガ部分とを有し、上記垂直ストリンガ部分が、上記水平ストリンガ部分に開口部を有する長手方向の間隙を画定する、第１および第２のＴ字形ストリンガと、中央リブ取付部材と、上記中央リブ取付部材から互いに反対方向に延在する第１および第２のＴ字形連結延在部とを有し、各連結延在部が、水平連結部分と、上記水平連結部分から上方に延在するストリンガ取付部分とを有する、十字形連結具と、を備え、上記第１および第２のＴ字形連結延在部の上記ストリンガ取付部分が、それぞれ上記第１および第２のＴ字形ストリンガの上記長手方向の間隙に挿入され、上記複数の胴体側部継手組立体の上記中央リブ取付部材の各々が上記リブウェブに連結される。

他の目的、特徴および利点は、好ましい実施形態の詳細な説明を図面と関連させて考慮するとき、明らかになるであろう。

本開示の実施形態に従って形成された複合翼構造体および胴体側部継手を有する航空機の概略俯瞰図である。本開示の実施形態に従って形成された胴体側部継手の等角図である。本開示の実施形態に従って形成された胴体側部継手の側面図である。本開示の実施形態に従って形成された胴体側部継手を上から見た図である。本開示の実施形態に従う十字形連結具の等角図である。本開示の実施形態に従う、ストリンガ基部、Ｔ字形ストリンガ部、ストリンガヌードルおよびテーパ付き充填材を含む、胴体側部継手の構成部品の第１の分解等角図である。本開示の実施形態に従う、ストリンガ基部、Ｔ字形ストリンガ部、ストリンガヌードルおよびテーパ付き充填材を含む、図４Ａに示す胴体側部継手の構成部品の第２の分解等角図である。

ここで図面を参照するが、異なる図面の類似の要素には同じ参照符号を付す。

本開示は、複合翼および尾翼などの空気力学的構造体内に存在し得る胴体側部継手に関する。かかる胴体側部継手のある特定の実施形態の多くの具体的な詳細は、それらの実施形態を完全に理解するために、下記の説明および図１〜図４Ｂに記載されている。しかしながら、当業者であれば、本開示が追加の実施形態を有し得ること、または本開示の実施形態を以下の説明に記載のいくつかの詳細事項なしに実施できることを理解するであろう。例えば、ある特定の実施形態では、航空機用の複合翼構造体について言及するが、当業者であれば、説明されている技術を様々な空気力学的構造体に応用できることが分かるであろう。

胴体側部継手の１つの例示的な位置は、翼が航空機の機体に接触する場所にある。かかる例示的な位置は図１に詳細に描かれており、この図１は、本発明の実施形態による航空機１００を図示している。航空機１００は、複合翼構造体１０４に結合された機体１０２を含む。複合翼構造体１０４は、３つの部分、すなわち、機体１０２から外側に横方向に延在する２つの翼部分１０６、１０８および機体１０２に広がる中央部分１１０を含む。それら３つの部分１０６、１０８、１１０は、関連する３つの座標系を定め、１つの座標系は翼部分１０６、１０８各々に対するものであり、もう１つ座標系は中央部分１１０に対するものである。明確にするために、航空機１００のある特定の特徴が省略されていることに留意されたい。例えば、翼部分１０６、１０８を、図示しない、前縁部分、後縁部分、翼端および他の部材に連結してもよい。

胴体側部継手１１６、１１８の位置は、航空機１００の機体１０２または胴体線の各側面と一致するように図示されている。これらの胴体側部継手１１６、１１８は、複合翼構造体１０４が機体１０２に結合される場所にある。胴体側部継手１１６、１１８は、複合翼構造体１０４または一体形成されたパネル部を機体１０２に結合するために使用してもよい。代替的に、中央部分１１０を省いて、２つの翼部分１０６、１０８を互いに結合してもよい。中央部分１１０は、機体１０２の長手方向軸線を実質的に横断するように方向付けられている。翼部分１０６、１０８は、ここでは中央部分１１０とほぼ３０°の後退角をなして後ろに延びるものとして描かれている。図１には３０°の後退角が図示されているが、０°の後退角または前方方向の後退角さえ含めて、様々な後退角を採用できることに留意されたい。より詳細には、本明細書で説明する技術を採用して、任意の所望の後退角（後方後退角、前方後退角、または後退角なし）を備えた複合空気力学的構造体および／または翼を製造することができ、これらの構造体および／または翼は、本明細書で説明する発明の原理に従って、軽量化された改良された胴体側部継手を有するとともに、利用され得る、ことを意図する。

複数の構造部材（例えば、ストリンガ、スパー、およびリブ）が骨格状の構造体（骨組みなど）を形成し、その上に複合材料外板１１４を重ねて複合パネルを形成する。描かれた図において、例示的なストリンガの位置は、翼部分１０６、１０８の長さに実質的に沿って延びかつ中央部分１１０を横切って延びる線１１２により表されている。

ここで、胴体側部継手１１８の構成をより詳細に説明する。図２Ａ〜図２Ｃは、このような胴体側部継手１１８の一部の３つの異なる図を描いている。図２Ａは等角図であり、図２Ｂは側面図であり、図２Ｃは上から見た図である。胴体側部継手１１８は、図１に示すように、中央部分１１０と左翼部分１０６との間の境界面にある。境界面は、図２Ａ〜図２Ｃに２０２で表されている。中央部分１１０および左翼部分１０６は、互いに対して２つの方向αおよびβに角度が付けられてもよい。（図２Ｂに見られる）角度αは、航空機を２等分する水平面と比較した翼の底面の角度に対応し、その一方で、（図２Ｃに見られる）角度βは翼の後退角にほぼ対応する。図２Ａ〜図２Ｃは、胴体側部継手１１８の中央部分１１０側（例えば、機体の内側）の下部機内側部分２０４ａと胴体側部継手１１８の左翼部分１０６側（例えば、機体の外側）の下部機外側部分２０４ｂとの間の胴体側部継手１１８の下部分を図示している。同様の継手の実施態様を、左翼部分１０６の上部分（この図には描かれていない）に、また中央部分１１０と右翼部分１０８との間の境界面にある胴体側部継手１１６に使用することができる。

胴体側部継手１１８は、胴体側部リブ２１２（本明細書では「リブ」２１２とも呼ばれる）で左翼部分１０６と中央部分１１０を互いに結合することにより形成される。左翼部分１０６および中央部分１１０は各々、長手方向のＴ字形ストリンガ部２０８と、Ｔ字形ストリンガ部２０８の直下のストリンガ基部２１０と、を有する。胴体側部リブ２１２は、左翼部分１０６の長さに対して横断方向にかつ機体の表面にほぼ平行な方向に位置決めされる。外板２２０は、左翼部分１０６および中央部分１１０の両方を覆い、かつ胴体側部継手１１８の位置で連続している。Ｔ字形ストリンガ部２０８およびストリンガ基部２１０は、複数の十字形連結具２０６を用いてリブ２１２に結合され、かかる十字形連結具２０６は、下記により詳細に説明するように、リブ２１２にならびにＴ字形ストリンガ部２０８およびストリンガ基部２１０に連結される。外板２２０は連続しており、十字形連結具２０６の底面およびストリンガ基部２１０の底面に沿って連結される。

図２Ａ〜図２Ｃは、並べて配列された３つの十字形連結具２０６と、６つのＴ字形ストリンガ部２０８と、６つのストリンガ基部２１０と、を描いている。２つのＴ字形ストリンガ部２０８および２つのストリンガ基部２１０に１つの十字形連結具２０６を連結した１組を、本明細書では「胴体側部継手組立体」と呼ぶ。図２Ａ〜図２Ｃには３つのかかる胴体側部継手組立体が示されているが、継手を形成するために、必要に応じて、任意の数の組立体を利用することができる。

Ｔ字形ストリンガ部２０８、ストリンガ基部２１０および十字形連結具２０６を含む、種々の構成部品の構成を最初に説明することにより、胴体側部継手１１８の説明をより明確にする。

図３は、十字形連結具２０６をより詳細に描いている。十字形連結具２０６は、中央リブ取付部材３０４から互いに反対方向に延在する２つのＴ字形連結延在部３０２を備える。中央リブ取付部材３０４は、リブ２１２との接続のための少なくとも２列の締結具を収容する大きさとされることが好ましい。十字形連結具２０６は、チタンなどの高い強度対重量比の金属で作られることが好ましい。２つのＴ字形連結延在部３０２は、図２Ａ〜図２Ｃにおける角度αおよびβに対応する、垂直方向αと水平方向βの両方向に、互いに対して角度が付けられてもよい。この１対の互いに反対方向に延在するＴ字形連結延在部３０２は、胴体側部継手の２つの互いに反対の側でストリンガ基部２１０およびＴ字形ストリンガ部２０８用の取付点として機能する。

各Ｔ字形連結延在部３０２は、水平連結部分３０６と、水平連結部分３０６から上方に延びる（本明細書では「ストリンガ取付部分」とも呼ばれる）垂直連結部分３０８とを有する。水平連結部分３０６の厚さ３１０と垂直連結部分３０８の厚さ３１８は、中央リブ取付部材３０４からＴ字形連結延在部３０２の先端部３２０に向かって減少する。したがって、Ｔ字形連結延在部３０２は、Ｔ字形連結延在部３０２の端部３２０に近い箇所よりも中央リブ取付部材３０４に近い箇所でより厚くなり、緩やかなテーパ面を形成する。

水平連結部分３０６は、２つの方向にテーパが付けられている。第１に、斜め縁部３１４の存在により、水平連結部分３０６は上下方向にテーパが付けられている。つまり、水平連結部分３０６の幅３１６は、底面３２２に近づくにつれて大きくなり、かつ水平連結部分３０６の上面３２４近傍では小さくなる。第２に、水平連結部分３０６は長手方向にテーパが付けられている。つまり、水平連結部分は、中央リブ取付部材３０４に近づくにつれて大きくなり、かつＴ字形連結延在部３０２の先端部３２０に向かって小さくなる幅３１６を有する。

ここで、Ｔ字形ストリンガ部２０８およびストリンガ基部２１０の形状を、（Ｔ字形ストリンガ部２０８およびストリンガ基部２１０を示す分解図である）図４Ａおよび図４Ｂに関連して、さらに詳細に説明する。２つの充填要素−ストリンガヌードル４１２およびテーパ付き充填材４１４−についても説明するが、これらの充填要素は、胴体側部継手１１８内の他の構造要素により占有されない空間を埋める働きをする。明確にするために、かかる図には十字形連結具２０６を示していない。

Ｔ字形ストリンガ部２０８は、翼部分１０６、１０８および中央部分１１０内に位置しかつ左翼部分１０６および中央部分１１０の長さに沿ってリブ２１２から延在するＴ字形部材である。Ｔ字形ストリンガ部２０８は、左翼部分１０６および中央部分１１０にわたって連続しておらず、むしろ複数の異なるＴ字形ストリンガ部２０８が胴体側部継手１１８において接触する。Ｔ字形ストリンガ部２０８は、水平部分２０７と水平部分２０７から上方に延在する垂直部分２０９とを備えた細長いＴ字形部材である。Ｔ字形ストリンガ部２０８は、基部材料の平板（「壁」４２３）を図に示す「Ｔ字」形状に折り畳むことにより製造してもよい。Ｔ字形ストリンガ部２０８は、水平部分２０７および垂直部分２０９における壁４２３の厚さである壁厚２１３を有する。壁厚２１３は、下記で説明するように、Ｔ字形ストリンガ部２０８の長さに沿って異なっていてもよい。

各Ｔ字形ストリンガ部２０８は、３つの長手方向部を有し、各々が異なる断面特性により特徴付けられる。Ｔ字形ストリンガ部２０８は連続しており、３つの長手方向部の間には物理的な途切れがないことに留意する。それら長手方向部は、単純に様々な断面特性に基づいて区別される。第１の長手方向部は、Ｔ字形ストリンガの長さにわたって延在する主部４０４である。図４Ａおよび図４Ｂの主部４０４は、明確にする目的で非常に短いものとして描かれていることに留意する。しかしながら、主部４０４は航空機の左翼部分１０６または中央部分１１０の全長にわたって延在することを意図する。Ｔ字形ストリンガ部２０８の主部４０４は、その長さに沿って厚さおよび高さが異なっていてもよい。これらの厚さおよび高さの違いは、本開示の教示の一部ではない。これらの違いは、翼部の長さに沿って異なり得る構造的要件に対応する必要により存在する。Ｔ字形ストリンガ部２０８の中間部４０２は、Ｔ字形ストリンガ部の主部４０４と終端部４０６との間に延在する。

終端部４０６は、終端部４０６の壁厚２１３がその長さに沿って減少してゼロになるようにテーパが付けられている。図４Ａで分かるように、先端部４２１の壁厚２１３は、基端部４２０の壁厚２１３よりも大きい。先端部４２１の壁厚２１３は、壁４２３の折畳部が先端部４２１の垂直部分２０９内側で互いに隣接するほど十分に大きい。しかしながら、図４Ｂで分かるように、基端部４２０の壁厚２１３はより薄く、その結果として、基端部４２０の垂直部分２０９内側には、壁４２３の２つの部分の間に画定される長手方向の間隙４０８が存在する。壁４２３のこの壁厚２１３の変化は、終端部４０６内で生じかつ緩やかである。

長手方向の間隙４０８は、基端部４２０から離れるにつれて徐々に減少する間隙厚さ４２５を有する。長手方向の間隙４０８の厚さは、減少してゼロになるので、その結果として、中間部４０２または主部４０４内側には、長手方向の間隙が存在しない。胴体側部継手１１８において、Ｔ字形ストリンガ部２０８の長手方向の間隙４０８は、十字形連結具２０６のＴ字形連結延在部３０２の垂直連結部分３０８を受け入れる。

Ｔ字形ストリンガ部２０８はまた、主部４０４および中間部４０２内側に、Ｔ字形ストリンガ部２０８の長さに沿って延びるヌードル間隙４１０を画定する。ヌードル間隙４１０は、Ｔ字形ストリンガ部２０８を製造するために用いられる工程の産物である。ヌードル間隙４１０は、Ｔ字形ストリンガ部２０８が図に示す形状に曲げ加工されたため存在する。図２に描かれた組み立てられた継手１１８において、ストリンガ基部２１０およびＴ字形ストリンガ部２０８との間に存在するヌードル間隙４１０により形成された空間は、ストリンガヌードル４１２により占有される。見て分かるように、ストリンガヌードル４１２の断面形状は、主部４０４内ではほぼ一定のままであるが、中間部４０２内ではサイズが減少する。この断面の減少は、ヌードル間隙４１０の対応する断面の減少と一致するように存在する。これは十字形連結具（図４Ａまたは図４Ｂには描かれていないが）により占有されるべき空間であるので、ストリンガヌードル４１２は終端部４０６内には存在しない。

楔形のテーパ付き充填材４１４も存在する。テーパ付き充填材４１４は、組み立てられた胴体側部継手１１８において、Ｔ字形ストリンガ部２０８がストリンガ基部２１０から若干上向きに角度が付けられることによりに生まれた空間を占有する。この若干上向きの角度は、下記にさらに詳細に説明するように、また図２Ａ〜図２Ｃに描かれているように、十字形連結具２０６をＴ字形ストリンガ部２０８とストリンガ基部２１０との間に挟むことを可能にすることにより、図２Ａ〜図２Ｃに描かれている重ね手の形成に役立つ。製造上の理由から、十字形連結具は厚さが減少してゼロになるようには製造されないため、楔形の間隙が存在する。そうした製造がなされないこと対するいくつかの理由が存在するが、それらの理由には、厚さがゼロの縁部を有するようにチタンを機械加工することが困難であり、またそうした加工が施されたとしても、そのようなチタン片は取り扱いが困難であるということが含まれる。それゆえ、間隙は、チタン製連結具内を通るように存在する。テーパ付き充填材４１４がこの間隙を埋める。組み立てられた継手において、テーパ付き充填材４１４が、リブ２１２から遠ざかるよりもリブ２１２に近づくにつれて大きくなる厚さを有することに留意する。

ストリンガ基部２１０は、主部４２２と終端部４２４とを有する。ストリンガ基部２１０の厚さは、図４Ａおよび図４Ｂの両方で分かるように、終端部４２４において、Ｔ字形ストリンガ部２０８の基端部４２０に向かって減少する。ストリンガ基部２１０の幅は、終端部４２４内において、Ｔ字形ストリンガ部２０８の基端部４２０に向かって増大する。

ここで、再び図２Ａ〜図２Ｃを参照して、胴体側部継手１１８の構成をより詳細に説明する。リブ２１２は、ボルト、リベットまたは他の適切な手段を用いて機体に締結してもよい。胴体側部リブ２１２は、機体の表面にほぼ平行に延在するリブウェブ２１４を有する。リブ２１２は、垂直補剛材２１６、リブウェブ２１４に連結された水平補剛材２１８などの他の構造上の構成部品、および図２Ａ〜図２Ｃに図示しない他の部品を有してもよい。

十字形連結具２０６は、締結具を用いてリブウェブ２１４に連結してもよく、それらの締結具は、十字形連結具２０６の中央リブ取付部材３０４の孔およびリブウェブ２１４の孔を通して、ならびにいくつかの場所では、図示のように垂直補剛材２１６を通して連結してもよい。

十字形連結具２０６とＴ字形ストリンガ部２０８とストリンガ基部２１０と外板２２０との間の接合接続は、「移行部」２２２と呼ばれる長手方向の領域内に、かかる構成部品２０６、２０８、２１０の間に作られる。見て分かるように、（十字形連結具２０６の一部である）Ｔ字形連結延在部３０２は、Ｔ字形ストリンガ部２０８とストリンガ基部２１０との間に挟まれている。（図３に見られる）垂直に延在するストリンガ取付部分３０８は、（図３に見られる）Ｔ字形連結延在部３０２の水平連結部分３０６から上方に延在し、かつＴ字形ストリンガ部２０８内側に存在する（図４Ａおよび図４Ｂに見られる）長手方向の間隙４０８内に延在する。上記で説明した継手は、本明細書では「重ね継ぎ」と呼ばれることもある。連続的な外板部２２０は、十字形連結具２０６およびストリンガ基部２１０に連結される。

各移行部２２２は、リブ２１２にまたはリブ２１２近傍に位置する基端部２２４と、リブ２１２から離れて位置する先端部２２６と、を有する。Ｔ字形連結延在部３０２、ストリンガ基部２１０およびＴ字形ストリンガ部２０８の厚さは、移行部２２２内において異なっていてもよい。具体的には、Ｔ字形ストリンガ部２０８とストリンガ基部２１０の両方は、移行部２２２の先端部２２６から移行部２２２の基端部２２４へと厚さが減少し、その一方で、Ｔ字形連結延在部３０２は、移行部２２２の基端部２２４から先端部２２６へと厚さが減少する。ストリンガ基部２１０およびＴ字形ストリンガの厚さは、構造的要求に対応するために多少異なっていてもよいが、移行部の外側では実質的に均一である。これらの厚さの違いは、本開示の範囲外である。Ｔ字形連結延在部３０２は、移行部２２２の先端部２２６または先端部２２６近傍で終端し、移行部２２２の外側には存在しない。したがって、移行部２２２内の境界面は、Ｔ字形連結延在部３０２、Ｔ字形ストリンガ部２０８およびストリンガ基部２１０の相互連結部分を備える。見て分かるように、厚さの違いは、図２Ａ、図２Ｂで明らかであるが、十字形連結具２０６とストリンガ基部２１０との間に斜めの境界線２１１を形成する。

移行部内の厚さの違いにより、リブ２１２近傍で厚みがあり、したがって大量の材料を有する十字形連結具２０６が、リブ２１２近傍の荷重の大部分を担い、徐々にＴ字形ストリンガ部２０８およびストリンガ基部２１０にその荷重をリブから遠くへ伝達させ、互い違いの方向にテーパが付けられた、ストリンガ基部２１０、Ｔ字形連結延在部３０２、Ｔ字形ストリンガ部２０８のサンドイッチ層を備える頑丈な交互配置された継手を提供することが可能になる。

好ましくは、Ｔ字形ストリンガ部２０８は、ストリンガ基部２１０の剛性よりも小さい剛性を有する。これにより、Ｔ字形ストリンガ部２０８とストリンガ基部２１０とを組み合わせて、必要な剛性を有することができるようにすると同時に、Ｔ字形ストリンガ部２０８を所要の形状となるように輪郭形成することができる。Ｔ字形ストリンガ部２０８およびストリンガ基部２１０を複合材料で作る場合、ストリンガ基部２１０内の繊維をストリンガ基部２１０の長さに実質的に平行な方向に整列させ、かつＴ字形ストリンガ部２０８の繊維をＴ字形ストリンガ部２０８の長さに対してほぼ４５°の角度で整列させることにより、その剛性の差を促進してもよい。剛性を変化させる他の既知の方法も可能である。

十字形連結具２０６は、外板２２０、Ｔ字形ストリンガ部２０８およびストリンガ基部２１０に接合されることが好ましい。接合継手の作製を容易にするために、Ｔ字形ストリンガ部２０８、ストリンガ基部２１０および外板２２０は、炭素繊維含浸複合材、編組複合材、ガラス繊維、または圧縮が支配的な用途のための炭化ホウ素もしくは炭化ケイ素などの高い剛性を有する複合材などの複合材料、あるいは他の適切な複合材料で作られ、その一方で、十字形連結具２０６は、チタンもしくはチタン合金、または、ステンレス鋼のオーステナイト系ニッケル−クロム基超合金、例えば、米国、ニューヨーク州、ニューハートフォード(New Hartford)のスペシャルメタル社(Special Metals Corporation)から入手可能なインコネル（登録商標）ブランドのステンレス鋼を含む、ステンレス鋼などの高い強度対重量比の材料であることを意図する。強度特性および接合継手に組み込まれる性能など、必要な特徴を呈する他の材料を使用してもよい。

部品を置いて硬化させたときに、複合部品間の構造的接合が形成される。互いに境界を接する複合部品内の樹脂を硬化中に結合させ架橋させて、構造的接合を形成する。十字形連結具と複合部品との間の接合を形成するために、接着剤層が用いられる。

ここで、継手を製造する１つの好ましい方法を説明する。航空機の外板２２０を置く。Ｔ字形ストリンガ部２０８を置く。ストリンガ基部２１０を外板２２０上に置いて配置する。十字形連結具２０６をストリンガ基部２１０上に置く。他の部分との接合の作成を容易にするために、接着剤層を十字形連結具２０６のすべての適切な表面に設けてもよい。楔形のテーパ付き充填材４１４およびストリンガヌードル４１２を含む、テーパ付き充填材をストリンガ基部２１０上に置き、十字形連結具２０６に隣接させて整列させる。Ｔ字形ストリンガ部２０８をストリンガ基部２１０および十字形連結具２０６の上に配置する。真空バッグを使用し、組立体をオートクレーブ内で硬化させる。移行部２２２内においてＴ字形ストリンガ部２０８、ストリンガ基部２１０および十字形連結具２０６に挿通される剥離防止締結具２２８を、剥離の防止のために利用してもよい。結果として得られた硬化させ、接合した組立体は、「共硬化させた」組立体と呼ばれることもある。種々の構成部品を一緒に接合する他の方法を利用してもよく、かかる方法は、集合的に「共硬化させる」という用語の定義に含まれる。これらの他の方法では、組立体全体を置き、硬化させる前に、１以上の複合構成部品を予備硬化させるかまたは部分的に硬化させてもよい。例えば、外板２２０を置き、硬化させ、次いで、外板２２０を含む組立体全体を置き、硬化させてもよい。オートクレーブ硬化で、または任意の他の加熱による真空バッグ硬化法を用いて、予備硬化させたもしくは部分的に硬化させた構成部品を、任意の未硬化の構成部品および十字形連結具２０６に接着接合してもよい。

本明細書に描かれた例示的な胴体側部継手１１８においては、上述の従来の継手と異なり、リブウェブ２１４が、十字形連結具２０６の位置では「外側翼弦」（リブウェブ２１４の端部に直交する平坦部材）と一体形成されていないことに留意する。その代わりに、リブウェブ２１４に連結された十字形連結具２０６は、ストリンガ基部２１０、Ｔ字形ストリンガ部２０８および外板２２０を含む、翼部の構造要素に対する取付点を提供しかつかかる取付点がリブウェブに直交する表面上に位置するという意味において、リブ２１２の外側翼弦の一部のように機能する。それゆえ、胴体側部継手において並べて配置された複数の十字形連結具２０６は、複数の十字形連結具２０６が外側翼弦のセグメントである、「セグメント化された外側翼弦」のように機能する。十字形連結具２０６を外板２２０、Ｔ字形ストリンガ部２０８およびストリンガ基部２１０に接合すること、ならびに連続的な外板部２２０を利用することにより、複数の外板部に挿通される締結具が不要となり、かつ外板層の大きな肉厚部が不要となる。

更に、金属などの材料の十字形連結具２０６を使用することにより、継手において小さい半径の移行部が可能となる。これは、複合材料が複合材料の繊維の面内方向よりも複合材料の繊維の面外方向においてより低い強度を有するのに対して、金属が材料として全方向に同じ強度を有するためである。胴体側部継手における方向性の変化は、複合材料の繊維の面外で生じるので、金属製十字形連結具２０６（または同様の特性を備えた、すなわち、全方向に同じ強度を有する別の材料）の使用を使用することにより、複合材料を使用するよりも、継手においてはるかに小さな半径の移行部が可能となる。

本開示の態様によれば、胴体側部継手組立体があり、この胴体側部継手組立体は、各々が水平ストリンガ部分と上記水平ストリンガ部分から上方に延在する垂直ストリンガ部分とを有し、上記垂直ストリンガ部分が上記水平ストリンガ部分に開口部を有する長手方向の間隙を画定する、第１および第２のＴ字形ストリンガと、中央リブ取付部材と、上記中央リブ取付部材から互いに反対方向に延在する第１および第２のＴ字形連結延在部と、を有し、各連結延在部が、水平連結部分と、上記水平連結部分から上方に延在するストリンガ取付部分とを有する、十字形連結具と、を備え、上記第１および第２のＴ字形連結延在部の上記ストリンガ取付部分が、それぞれ上記第１および第２のＴ字形ストリンガの上記長手方向の間隙に挿入される。

本開示の態様によれば、複数の垂直補剛材を有するリブウェブに連結された胴体側部継手組立体があり、この胴体側部継手組立体は、各々が水平ストリンガ部分と上記水平ストリンガ部分から上方に延在する垂直ストリンガ部分とを有し、上記垂直ストリンガ部分が上記水平ストリンガ部分に開口部を有する長手方向の間隙を画定する、第１および第２のＴ字形ストリンガと、中央リブ取付部材と、上記中央リブ取付部材から互いに反対方向に延在する第１および第２のＴ字形連結延在部と、を有し、各連結延在部が水平連結部分と上記水平連結部分から上方に延在するストリンガ取付部分とを有する、十字形連結具と、を備え、上記第１および第２のＴ字形連結延在部の上記ストリンガ取付部分が、それぞれ上記第１および第２のＴ字形ストリンガの上記長手方向の間隙に挿入され、上記中央リブ取付部材が上記リブウェブに連結される。有利には、中央リブ取付部材は、締結具を用いて上記リブウェブに連結され、上記締結具は、上記中央リブ取付部材、上記複数の垂直補剛材の少なくとも１つと上記リブウェブとを貫通して延在する。

有利には、十字形連結具はチタンである。有利には、第１および第２の平坦なストリンガ基部は、それぞれ上記第１および第２のＴ字形ストリンガの上記水平ストリンガ部分に連結される。有利には、連続的な外板部を上記第１および第２のストリンガ基部にならびに上記十字形連結具に連結し、上記第１および第２のＴ字形ストリンガ、上記第１および第２の平坦なストリンガ基部、上記外板部および上記十字形連結具を共硬化させる。

本発明の態様によれば、胴体側部継手があり、この胴体側部継手は、リブウェブと、並べて配設された複数の胴体側部継手組立体と、を備え、各胴体側部継手組立体は、各々が水平ストリンガ部分と上記水平ストリンガ部分から上方に延在する垂直ストリンガ部分とを有し、上記垂直ストリンガ部分が上記水平ストリンガ部分に開口部を有する長手方向の間隙を画定する、第１および第２のＴ字形ストリンガと、中央リブ取付部材と、上記中央リブ取付部材から互いに反対方向に延在する第１および第２のＴ字形連結延在部と、を有し、各連結延在部が、水平連結部分と、上記水平連結部分から上方に延在するストリンガ取付部分とを有する、十字形連結具と、を備え、上記第１および第２のＴ字形連結延在部の上記ストリンガ取付部分が、それぞれ上記第１および第２のＴ字形ストリンガの上記長手方向の間隙に挿入され、上記複数の胴体側部継手組立体の上記中央リブ取付部材の各々が上記リブウェブに連結され、複数の胴体側部継手組立体の十字形連結具が、胴体側部リブのセグメント化された外側翼弦を形成するように配列される、上記胴体側部継手を有する航空機が提供される。

有利には、複数の垂直補剛材が並べて配設されかつ上記リブウェブに連結される。有利には、上記複数の胴体側部継手組立体の上記中央リブ取付部材の各々は、複数の締結具を用いて上記リブウェブに連結され、上記複数の締結具のうちの１つは、中央リブ取付部材、上記複数の垂直補剛材のうちの１つおよび上記リブウェブを貫通して延在する。有利には、連続的な外板は、上記複数の胴体側部継手組立体に連結され、各胴体側部継手組立体の上記第１および第２のＴ字形ストリンガ、各胴体側部継手組立体の上記第１および第２の平坦なストリンガ基部、各胴体側部継手組立体の上記十字形連結具および上記外板部を共硬化させる。有利には、上記十字形連結具の各々はチタンである。

本開示を種々の実施形態を参照して説明してきたが、当業者であれば、本開示の範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができ、本開示の要素を均等物に置き換えることができることを理解するであろう。加えて、本開示の教示に特定の状況を適合させるために、本開示の本質的な範囲から逸脱することなく、多くの修正を行うことができる。それゆえ、本開示は、この開示の方法を実行するために考えられる本明細書に開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内に含まれるすべての実施形態を包含することを意図するものである。

１１６，１１８胴体側部継手、２０６金属製十字形連結具，十字形連結具，構成部品、２０８Ｔ字形ストリンガ部，構成部品、２０９垂直ストリンガ部分，垂直部分、２１０ストリンガ基部，構成部品、２１２胴体側部リブ，リブ、２２２移行部、３０２Ｔ字形連結延在部、３０４中央リブ取付部材、３０６水平連結部分、３０８垂直連結部分，ストリンガ取付部分、３１４斜め縁部、３２２底面、３２４上面、４０８長手方向の間隙、４２０基端部、４２１先端部

Claims

各々が垂直部分（２０９）を有し、前記垂直部分が長手方向の間隙（４０８）を画定する第１および第２のＴ字形ストリンガ（２０８）と、
中央リブ取付部材（３０４）と、前記中央リブ取付部材（３０４）から互いに反対方向に延在する第１および第２のＴ字形連結延在部（３０２）と、を有し、前記連結延在部の各々が、水平連結部分（３０６）と、前記水平連結部分から上方に延在するストリンガ取付部分（３０８）と、を有する、十字形連結具（２０６）と、
を備え、
前記第１および第２のＴ字形連結延在部（３０２）の前記ストリンガ取付部分（３０８）が、それぞれ前記第１および第２のＴ字形ストリンガ（２０８）の前記長手方向の間隙（４０８）に挿入される、胴体側部継手組立体。
前記第１および第２のＴ字形ストリンガ（２０８）に連結された第１および第２の平坦なストリンガ基部（２１０）をさらに備える、請求項１に記載の胴体側部継手組立体。
前記第１および第２の平坦なストリンガ基部（２１０）が、前記第１および第２のＴ字形ストリンガ（２０８）よりも大きい剛性を有する、請求項２に記載の胴体側部継手組立体。
前記第１および第２のＴ字形ストリンガ（２０８）と前記第１および第２のＴ字形連結延在部（３０２）と前記第１および第２の平坦なストリンガ基部（２１０）とが、それぞれ第１および第２の移行部（２２２）内で接触し、
前記Ｔ字形ストリンガ（２０８）の各々が、前記移行部の先端部（４２１）から前記移行部の基端部（４２０）へと徐々に減少する厚さを有する、請求項２に記載の胴体側部継手組立体。
前記平坦なストリンガ基部（２１０）の各々が、前記移行部の前記先端部（４２１）から前記移行領域の前記基端部（４２０）へと徐々に減少する厚さを有し、
前記連結延在部（３０２）の各々が、前記移行部の前記基端部から前記移行部の前記先端部へと徐々に減少する厚さを有し、
前記第１および第２の連結延在部（３０２）が、前記第１および第２の移行部（２２２）内において、前記第１および第２のＴ字形ストリンガ（２０８）と前記第１および第２の平坦なストリンガ基部（２１０）との間に挟まれ、これにより、重ね継手を形成する、請求項４に記載の胴体側部継手組立体。
前記第１および第２の移行部（２２２）内において、前記第１および第２のＴ字形ストリンガ（２０８）と前記第１および第２の平坦なストリンガ基部（２１０）と前記第１および第２の連結延在部（３０２）とにより占有されない空隙を占有するように形作られかつ位置決めされた１以上の充填材（２１２）をさらに備える、請求項５に記載の胴体側部継手組立体。
前記第１および第２のストリンガ基部（２１０）ならびに前記十字形連結具（２０６）に連結された連続的な外板部（２２０）をさらに備える、請求項２に記載の胴体側部継手組立体。
前記第１および第２のＴ字形ストリンガ（２０８）の前記垂直ストリンガ部分（２０９）を通して、ならびに前記第１および第２のＴ字形連結延在部（３０２）の前記ストリンガ取付部分（３０８）を通して締結される剥離防止締結具（２２８）をさらに備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の胴体側部継手組立体。
第１および第２のＴ字形ストリンガ（２０８）、前記第１および第２の平坦なストリンガ基部（２１０）、前記外板部、ならびに前記十字形連結具（２０６）を共硬化させる、請求項７に記載の胴体側部継手組立体。
前記水平連結部分（３０６）の幅が、底面（３２２）に近づくにつれて大きくなり、かつ水平連結部分の上面（３２４）近傍では小さくなるような、斜め縁部（３１４）を有する、請求項１から９のいずれか一項に記載の胴体側部継手組立体。