JP2016147613A - 航空機の補強構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】航空機の応力外皮構造に用いられるハニカムサンドイッチパネルの内部に浸入した水分が滞留するのを防ぐ。【解決手段】水平尾翼の外殻をなす外板８Ａ、Ｂと、外板を補強するハニカムサンドイッチパネル１０と、を備え、ハニカムサンドイッチパネル１０は、複数のセルＳを有するハニカムコア１１と、ハニカムコア１１の表側に接合され、外板の側に配置されるアウタースキン１２と、ハニカムコア１１の裏側に接合され、水平尾翼の内側に配置されるインナースキン１３と、を備える。インナースキン１３には、複数のセルのそれぞれとハニカムサンドイッチパネル１０の外部とを連通する排水路１４が形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、航空機の翼に代表される応力外皮構造の内部に浸入した水分を排出する技術に関する。

航空機が備える応力外皮構造である例えば翼では、外皮を補強材に固定するファスナを貫通されるファスナ・ホールから応力外皮構造の内部に水分が浸入することがあり、この水は、通常、飛行中の高度が高いときには氷結しているが、地上に着陸すると融解する。したがって、航空機の航行を続けると、浸入した水は、氷結と融解を繰り返し、氷結した位置によっては、構造強度の低下を誘発して構造損傷が生じるおそれがある。
特に、応力外皮構造のスキンと称される外板の補強構造としてハニカムサンドイッチパネルが用いられることがあるが、このハニカムサンドイッチパネル内に水分が浸入して構造強度低下を招く恐れがある。この場合には、例えば特許文献１に開示される手法により、水分が浸入した箇所を部分的に取り換える必要があり、補修が大規模となる。また、ハニカムサンドイッチパネルに水分が浸水した場合には、この水分を乾燥させる処置が必要となるが、水分が気化することにともなって、ハニカムサンドイッチパネル内の圧力が上昇して、ハニカムサンドイッチパネルを損傷させてしまうおそれがある。

特開２０１４−１８８９９３号公報

しかし、応力外皮構造となる翼のハニカムサンドイッチパネルの補修となると、重要な構造部材であるがために、当局の認定が必要であり、確実な作業が要求される。また、水分を乾燥させるとしても、ハニカムサンドイッチパネルが損傷させないように慎重な作業が必要となるので、作業時間が長くなる。
そこで本発明は、航空機の応力外皮構造に用いられるハニカムサンドイッチパネルの内部に浸入した水分が滞留するのを防ぐことを目的とする。

航空機に使用されている応力外皮構造の外板の補強材として用いられるハニカムサンドイッチパネルは、外圧変化に対する補強材として適用されている。このハニカムサンドイッチパネルは、ハニカムコアと、ハニカムコアの表（おもて）側に接合されるアウタースキンと、ハニカムコアの裏側に接合されるインナースキンと、から構成される。なお、アウタースキンが外板の側に配置される。このハニカムサンドイッチパネルは補強材として機能するが、アウタースキンに専ら補強を担わせることで、インナースキンの剛性を下げることができる。そこで、本発明では、ハニカムサンドイッチパネルに浸入した水分がパネル内に滞留するのを避けるために、自然に又は強制的に気化した水分がハニカムサンドイッチパネルの外部に搬送する排水路を設ける。また、この排水路を設けることにより、水分を強制的に乾燥させても、ハニカムサンドイッチパネル内の圧力が上昇して、サンドイッチパネルを損傷させることを回避することができる。

本発明の航空機における補強構造体は、航空機の機体の外殻をなす外板と、外板を補強するハニカムサンドイッチパネルと、を備える。
本発明におけるハニカムサンドイッチパネルは、複数のセルを有するハニカムコアと、ハニカムコアの表側に接合され、外板の側に配置されるアウタースキンと、ハニカムコアの裏側に接合され、構造体の内側に配置されるインナースキンと、を備える。そして、本発明のインナースキンには、複数のセルのそれぞれとハニカムサンドイッチパネルの外部とを連通する排水路が形成されていることを特徴とする。
本発明の補強構造体によれば、ハニカムサンドイッチパネルの内部に浸入した水分が、排水路からハニカムサンドイッチパネルの外部に排出される。したがって、ハニカムサンドイッチパネルの内部に水分が滞留するのを防ぐことができるので、滞留した水分が氷結してハニカムサンドイッチパネル１０を損傷させるのを防ぐことができる。また、駐機中に水分を強制的に加熱して乾燥する処置をしたとしても、排水路から気化した水分が排出されるので、ハニカムサンドイッチパネルの内部の圧力が上昇して、ハニカムサンドイッチパネルを損傷させるおそれがない。

本発明における補強構造体は、航空機の翼をなす外板を補強するものである場合には、当該外板は、上側外板と、上側外板よりも下側に配置される下側外板と、からなり、上側外板と下側外板に、それぞれ外板の側にアウタースキンが設けられハニカムサンドイッチパネルのインナーパネルに排水路が設けられる。

本発明における補強構造体における排水路は、それぞれのセルに対応し、インナーパネルの表裏を貫通する孔の形態にすることができるし、または、帯状のインナーパネルを間隔をあけて配置することにより形成される、複数の前記セルにわたるスリットの形態にすることができる。

本発明によれば、インナースキンに排水路を設けるので、ハニカムサンドイッチパネルの内部に浸入した水分が例えば駐機中に自然に気化して排水路からハニカムサンドイッチパネルの外部に排出される。したがって、ハニカムサンドイッチパネルの内部に水分が滞留するのを防ぐことができるので、滞留した水分が氷結してハニカムサンドイッチパネルを損傷させるのを防ぐことができる。
また、水分を強制的に乾燥する処置したとしても、排水路から排出されるので、ハニカムサンドイッチパネル内の圧力が上昇して、ハニカムサンドイッチパネルを損傷させるおそれがない。

本実施形態における応力外皮構造が適用される航空機の外観を示す斜視図である。 本実施形態における水平尾翼の内部構造を示す図である。 本実施形態における水平尾翼の外板及び外板を補強するハニカムサンドイッチパネルの構成を示す断面図である。 図３の外板とハニカムサンドイッチパネルを示し、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は平面図である。 本実施形態におけるハニカムサンドイッチパネルの変形例を示す平面図である。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。
本実施形態は、図１に示すように、航空機１の応力外皮構造の一つである水平尾翼７Ｌ，７Ｒに適用され、水平尾翼７Ｌ，７Ｒの外板を補強するハニカムサンドイッチパネル１０の内部に浸入した水分をハニカムサンドイッチパネル１０から排出できる構造に関するものである。なお、ここでは水平尾翼７Ｌ，７Ｒを例にするが、航空機１の他の部位について本実施形態と同様の排水構造を設けることもできる。

水平尾翼７（７Ｌ，７Ｒ）は、図２に示すように、それぞれ、鉛直方向の上側に配置される外板８Ａと鉛直方向の下側に配置される外板８Ｂと、外板８Ａと外板８Ｂの間を繋ぐ複数のリブ８Ｃと、複数のリブ８Ｃを翼長方向に繋ぐ桁フランジ８Ｄと、外板８Ａと外板８Ｂの強度を補強するストリンガ８Ｅと、を備えており、応力外皮構造をなしている。
水平尾翼７Ｌ，７Ｒは、外板８Ａ，８Ｂとリブ８Ｃを固定する手段として、締結具としてのファスナＦを用いており、ファスナＦは、外板８Ａ，８Ｂの表裏を貫通するファスナ・ホールを介してリブ８Ｃと締結されるが、航空機１の飛行中に、大気中の水分がこのファスナ・ホールを通って水平尾翼７Ｌ，７Ｒの内部に浸入する。外板８Ａ，８Ｂの内側には、ハニカムサンドイッチパネル１０が設けられており、浸入した水分は、ハニカムサンドイッチパネル１０の内部にも浸入する。ハニカムサンドイッチパネル１０も含め、水平尾翼７Ｌ，７Ｒの内部に浸入した水分は、飛行中の高度が高い領域においては固相の氷として存在するが、着陸のために高度が低くなると溶けて液相の水になる。航行を続けると、航空機１は低い高度と高い高度を繰り返して行き来するので、水平尾翼７Ｌ，７Ｒに浸入した水分は、氷結と融解を繰り返すが、浸入した箇所によっては構造強度の低下を招いてしまう。そこで、本実施形態は、水平尾翼７Ｌ，７Ｒ、特にハニカムサンドイッチパネル１０に浸入した水分が滞留するのを防ぐために、ハニカムサンドイッチパネル１０のインナースキン１３に排水路１４を設ける。

ハニカムサンドイッチパネル１０は、図３に示すように、ハニカムコア１１と、ハニカムコア１１の表裏両面に接合されるアウタースキン１２及びインナースキン１３と、から構成される。ハニカムサンドイッチパネル１０は、軽量のハニカムコア１１と高強度のアウタースキン１２及びインナースキン１３との積層構造を採用することにより、軽量で高強度が要求される航空機部品などによく用いられる。なお、ハニカムコア１１は、蜂の巣状に多数の細孔が両端面に開口する形態をなしており、アルミニウム合金や樹脂などで作製される。
アウタースキン１２及びインナースキン１３は、繊維強化樹脂（Fiber Reinforced Plastics：ＦＲＰ）から構成される。強化繊維としては、例えば炭素繊維やガラス繊維などが用いられ、特に炭素繊維を強化繊維として用いたＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）は、その他のＦＲＰと比べて強度と弾性率が高く、かつ耐蝕性に優れる。

ハニカムサンドイッチパネル１０は、ハニカムコア１１の表裏にアウタースキン１２及びインナースキン１３の前駆体となるプリプレグを樹脂製の接着剤（熱硬化性樹脂）を介して積層する。プリプレグは、未硬化樹脂を含浸させた炭素繊維からなるシート状の部材を複数枚積層したものである。ハニカムコア１１とプリプレグの積層体をオートクレーブの中に入れて、高温高圧で樹脂を硬化させてハニカムサンドイッチパネル１０は製造される。なお、先にプリプレグのみを積層させて、オートクレーブで硬化させて、その後、ハニカムコア１１の表裏に接着により接合してハニカムサンドイッチパネル１０を製造してもよい。

本実施形態のハニカムサンドイッチパネル１０は、図３に示すように、外板８Ａ，８Ｂの側にアウタースキン１２が配置され、インナースキン１３は水平尾翼７，７の内部に配置される。したがって、図３において、上側の外板８Ａに付随するハニカムサンドイッチパネル１０はアウタースキン１２が上側を向き、下側の外板８Ｂに付随するハニカムサンドイッチパネル１０はアウタースキン１２が下側を向いており、それぞれのインナースキン１３，１３が水平尾翼７，７の厚さ方向の中央を向くことになる。

さて、本実施形態のハニカムサンドイッチパネル１０は、図４に示すように、外板８Ａ，８Ｂのいずれにおいても、インナースキン１３にその表裏を貫通する排水路１４が形成されている。排水路１４は、ハニカムコア１１を構成するそれぞれのセルＳに対応して設けられている。つまり、ハニカムコア１１をなすそれぞれのセルＳは必ず排水路１４を介してインナースキン１３の外側と通じている。

本実施形態の水平尾翼７，７に設けられるハニカムサンドイッチパネル１０は、セルＳが排水路１４を介してインナースキン１３の外側と通じているので、以下の効果を奏する。
はじめに、ハニカムサンドイッチパネル１０の内部に浸入した水分が、排水路１４からハニカムサンドイッチパネル１０の外部に排出される。したがって、ハニカムサンドイッチパネル１０の内部に水分が滞留するのを防ぐことができるので、滞留した水分が氷結してハニカムサンドイッチパネル１０を損傷させるのを防ぐことができる。

ここで、排水路１４からの排水としては、少なくとも二つの形態を含んでいる。一つ目は、駐機中に融解した水分が液滴となって排水路１４から排出される形態であり、これは、上側の外板８Ａに付随するハニカムサンドイッチパネル１０に生じる。二つ目は、気化した水分が排水路１４から排出されるという形態であり、この形態は、自然に気化する場合と強制的に加熱して気化させる場合とを含んでいる。二つ目の形態は、上側の外板８Ａと下側の外板８Ｂの両方に生じる。

また、駐機中に水分を強制的に加熱して乾燥する処置をしたとしても、排水路１４から気化した水分が排出されるので、ハニカムサンドイッチパネル１０の内部の圧力が上昇して、ハニカムサンドイッチパネル１０を損傷させるおそれがない。
しかも、本実施形態は、ハニカムコア１１をなすそれぞれのセルＳに必ず排水路１４が設けられているので、いずれのセルＳに水分が浸入しても、ハニカムサンドイッチパネル１０の外部にもれなく排水することができる。

一方で、本実施形態は、排水路１４を除いてインナースキン１３が設けられるので、以下説明するように、ハニカムサンドイッチパネル１０の内部へ水分が浸入する可能性を抑えることができる。
ハニカムサンドイッチパネル１０にインナースキン１３を設けなければ、排水路１４を備えていることと等価となり、ハニカムコア１１に浸入した水分を排出させることができるとも言える。しかし、インナースキン１３を設けない場合にはハニカムコア１１の内部は、周囲の湿度が高くなるとそれに倣って湿度が高くなるので、水分が滞留しやすくなる。これに対して、排水路１４を除いてインナースキン１３を設ければ、ハニカムコア１１の内部の湿度は、周囲の湿度の変化に対して鈍感であるから、全くインナースキン１３を設けない場合に比べて水分が浸入しにくい。特に、下側の外板８Ｂに付随するハニカムサンドイッチパネル１０については、排水路１４を除いてインナースキン１３を設けなければ、上側のハニカムサンドイッチパネル１０から液滴となって落下する水分が下側のハニカムコア１１に確実に浸入してしまう。これに対して、排水路１４を備えているとはいえインナースキン１３を設けることにより、液滴となって落下する水分が下側のハニカムコア１１に浸入する可能性を確実に小さくすることができる。

以上、本発明を好ましい実施形態に基づいて説明したが、これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
例えば、排水路１４として、インナースキン１３の表裏を貫通する円形の孔の例を示したが、セルＳに浸入した水分がインナースキン１３の外部に排出され得るのであれば、排水路の形態は問われない。
例えば、図５（ａ）に示すように、帯状のインナースキン１３を、間隔を空けて設けることにより、この間隔の部分を排水路１４とすることができる。
また、図５（ｂ）に示すように、それぞれのセルＳに対応して設ける排水路１４の大きさを、相違させることができる。
さらに、上側の外板８Ａに対応する排水路１４と下側の外板８Ｂに対応する排水路１４の開口寸法を相違させることができる。例えば、上側のハニカムサンドイッチパネル１０から液滴となって落下する水分が浸入するのを避けることを目的として、下側の排水路１４の開口寸法を小さくすれば良い。

また、本発明における排水路としては、孔あるいはスリットのようにインナースキン１３の表裏を貫通する形態に限るものでなく、少なくとも気化した水分を通過させる領域がインナースキン１３に設けられている。この典型例としては、透湿性の繊維素材が掲げられる。透湿性の繊維素材は、例えばスキンを形成した場合、湿度の通過を許容するが、液適となる水分の通過を許容しない素材である。この素材は、ゴアテックス（登録商標）として知られているが、インナースキン１３をこの透湿性素材から形成したとすれば、インナースキン１３の全表面に排水路１４が形成されることになる。

また、以上の実施形態は、応力外皮構造として水平尾翼を例にしたが、水平尾翼以外でもハニカムサンドイッチパネルが付随される航空機の補強構造体、例えば主翼５Ｌ，５Ｒ（図１）などに適用することができる。

１ 航空機
５Ｌ，５Ｒ 主翼
７Ｌ，７Ｒ 水平尾翼
８Ａ，８Ｂ 外板
８Ｃ リブ
８Ｄ 桁フランジ
８Ｅ ストリンガ
１０ ハニカムサンドイッチパネル
１１ ハニカムコア
１２ アウタースキン
１３ インナースキン
１４ 排水路
Ｓ セル

Claims (4)

1. 航空機の機体の外殻をなす外板と、前記外板を補強するハニカムサンドイッチパネルと、を備える航空機の構造体であって、
   前記ハニカムサンドイッチパネルは、
   複数のセルを有するハニカムコアと、
   前記ハニカムコアの表側に接合され、前記外板の側に配置されるアウタースキンと、
   前記ハニカムコアの裏側に接合され、前記構造体の内側に配置されるインナースキンと、
   を備え、
   前記インナースキンには、
   複数の前記セルのそれぞれと前記ハニカムサンドイッチパネルの外部とを連通する排水路が形成されている、
   ことを特徴とする航空機の補強構造体。
2. 前記補強構造体は、
   前記航空機の翼をなす前記外板を補強するものであり、
   当該外板は、上側外板と、前記上側外板よりも下側に配置される下側外板と、からなり、
   前記上側外板と前記下側外板に、それぞれ当該外板の側にアウタースキンが設けられた前記ハニカムサンドイッチパネルの前記インナーパネルに前記排水路が設けられる、
   請求項１に記載の補強構造体。
3. 前記排水路は、
   それぞれの前記セルに対応し、前記インナーパネルの表裏を貫通する孔、または、
   帯状の前記インナーパネルを、間隔をあけて配置することにより形成される、複数の前記セルにわたって形成されるスリットである、
   請求項１又は請求項２に記載の補強構造体。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の補強構造体を備える、
   ことを特徴とする航空機。

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