JP2021049775A - 複合材の構造用構成要素を備えた航空機、及び複合材の構造用構成要素を形成するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】航空機用の複合翼構造用構成要素を製造するための方法を提供する。【解決手段】複数の充填材セグメントを形成するために、充填材をダイの複数の金型チャネルの各金型チャネルに押し出すこと、ダイの複数の金型チャネルから複数の充填材セグメントを取り除くこと、及び複数の充填材セグメントを複合材の構造用構成要素の空間に配置することであって、前記充填材セグメントがエンドツーエンドで接触するよう、空間が複合材の構造用構成要素のＲ部によって画定される、複数の充填材セグメントを複合材の構造用構成要素の空間に配置することを含む。本方法は、複数の充填材セグメントを融合するために、空間で複数の充填材セグメントを硬化することをさらに含む。【選択図】なし

Description

本発明は、航空機、より具体的には、充填材を含む空間を備えた複合構造の航空機の構成要素に関する。

典型的な航空機には、下にある機体に接着した外板パネルで形成された機械的構造体が含まれる。外板パネルは、フライト中に空力により作用される表面を形成する。外板パネルは比較的軽量で薄く作製されて、航空機の全重量を減らし、且つその潜在的なペイロード及び航続距離を増大させ得るため、機体は、外板パネルを補強し、また外板パネルに作用する空力を耐荷重性の指示構造体に与えるように構成された構造体を含む。よって、機体は、荷重に耐えるように構成された位置に力を分散する間に、望ましくない撓み、振動、及びその他のタイプの外板パネルの動きを防止する。

いくつかの航空機では、「ストリンガ」と称される構造体は、外板パネルを強化し、外板パネルに作用する空力を耐荷重性の構造体、例えばスパー及び／又はリブに送るのに使用される。ストリンガは、さまざまな形態及び材料組成をとることができる。いくつかの例では、ストリンガは、複合材料（例えば炭素繊維−エポキシ複合材）から形成される。そのようなストリンガの断面形状に応じて、ストリンガは、融合されるかそうでなければ一緒に接合される二つ以上の異なる部品から形成され得る。そのような複合ストリンガの一例は、フランジを有するブレード形状の断面及びウェブを有し、二つの湾曲したストリンガ部分を一緒に融合することにより形成され、各ストリンガ部分は、ウェブ部分、フランジ部分、及びウェブ部分とフランジ部分との間のＲ部を含む。そのＲ部により、二つのストリンガ部分が接触するストリンガのフランジ部分に空間が形成される。この空間は、本明細書では充填材又はＲ部充填材と称される充填材で充填されて、複合ストリンガがさらに強化され得る。

ストリンガは、翼に沿ってなど、航空機本体の部分に沿って縦方向に配置され得るため、ストリンガの長さ、よって空間に追加される充填材の長さは、比較的長くてもよい。例えば、民間航空機の翼に位置する場合、複合翼ストリンガの長さは、８０から１００フィートの範囲であり得る。この範囲の長さの充填材を製造するには、さまざまな課題がある。例えば、ダイで形成された金型に充填材を押し出すことによって充填材の部品が形成される場合、必要な長さのダイは、かなり貴重な工場スペースを占有することになる。さらに、充填材の部品の長さが増大すると、充填材の部品を取り扱う（例えば、充填材をダイから取り除きストリンガ空間に移す）のに必要な人員数も増加する。アシストリフトを使用して製造された充填材の部品を抽出することができるが、そのようなツールは生産フローの問題を引き起こし、クリーンルームのストレージ及び製造フロアの貴重なスペースを消費する場合がある。よって、上記を考慮すると、複合ストリンガ及び潜在的に他の複合材の構造用構成要素のための充填材セグメントを製造するという課題が存在する。

本明細書では、航空機用の複合材の構造用構成要素を製造する方法が記載される。この態様では、本方法は、複数の充填材セグメントを形成するために、充填材をダイの複数の金型チャネルの各金型チャネルに押し出すこと、及びダイの複数の金型チャネルから複数の充填材セグメントを取り除くことを含む。本方法は複合材の構造用構成要素中の空間に複数の充填材セグメントを配置することであって、空間が、複合材の構造用構成要素のＲ部により、充填材セグメントがエンドツーエンドで接触するように画定される、複合材の構造用構成要素中の空間に複数の充填材セグメントを配置することをさらに含む。本方法は、複数の充填材セグメントを融合するために、空間で複数の充填材セグメントを硬化することをさらに含む。

本明細書でさらに記載されるように、航空機は、胴体及び胴体から延びる翼を備える。この態様では、翼は、フランジ、ウェブ、及びフランジとウェブが接触するＲ部であって、空間を画定する、Ｒ部を含む複合翼ストリンガを備える。複合翼ストリンガは、空間内に位置付けられたＲ部充填材をさらに含み、Ｒ部充填材は、エンドツーエンドで配置された一又は複数の隣接する充填材セグメントとそれぞれ融合した複数の充填材セグメントを含む。

本明細書では航空機用の複合翼ストリンガがさらに記載され、複合翼ストリンガは、フランジ、フランジから延びるウェブ、及びフランジとウェブが接触するＲ部であって、空間を画定するＲ部を含む。複合翼ストリンガは、空間内に位置付けられたＲ部充填材をさらに含み、Ｒ部充填材は、エンドツーエンドの一又は複数の隣接する充填材セグメントとそれぞれ融合した複数の充填材セグメントを含む。

本明細書では、複合材の航空機の翼ストリンガ用のＲ部充填材を形成するためのダイがさらに記載される。ダイは、ダイの表面にわたって配置された複数の金型チャネルを含み；各金型チャネルは、Ｒ部充填材用のＲ部充填材セグメントを形成するように成形される。

検討してきた特徴、機能、及び利点は、様々な実施形態において個別に実現可能であり、又は、以下の説明及び図面を参照してさらなる詳細が理解され得る、さらに別の実施形態において組み合わされてもよい。

本開示の一実施例による航空機を説明する図を示す。 本開示の一実施例による複合翼ストリンガの断面を説明する図を示す。 本開示の一実施例による複合翼ストリンガの断面を説明する図を示す。 図２Ａ−Ｂの例示的な複合翼ストリンガのＲ部充填材セグメントを製造するための回転ダイを含む装置を説明する図を示す。 例示的なＲ部充填材セグメントを製造するそれぞれの状態における図３の回転ダイの図を示す。 例示的なＲ部充填材セグメントを製造するそれぞれの状態における図３の回転ダイの図を示す。 例示的なＲ部充填材セグメントを製造するそれぞれの状態における図３の回転ダイの図を示す。 本開示の一実施例による図２Ａ−Ｂの複合翼ストリンガのＲ部充填材セグメントを製造するための平面ダイを説明する図を示す。 硬化前の図２Ａ−Ｂの複合翼ストリンガのＲ部により画定された空間でエンドツーエンドで接触して配置された二つのＲ部充填材セグメントを概略的に説明する図を示す。 図６ＡのＲ部充填材セグメントの硬化後のＲ部充填材を概略的に説明する図を示す。 本開示の一実施例によって実施される方法の動作の図を示す。

上記の検討事項を考慮して、設置後に融合されるセグメントにおけるＲ部充填材の製造に関する方法及び装置が提供される。簡潔には、充填材は、ダイの多数の金型チャネル中に押し出され、それにより多数の充填材セグメントが形成される。充填材セグメントは、ダイから取り除かれ、複合翼ストリンガのウェブとフランジとが接触する空間中で、又は別の構造用構成要素の空間中で、エンドツーエンドで接触して配置される。その後、充填材セグメントは硬化されてセグメントが融合され、それにより単一の充填材構造体が形成される。多数の充填材セグメントからＲ部充填材を製造することは、コンパクトダイの使用を可能にし、よって、ダイ及び他の製造ツールにより占領される空間の節約、労働力の削減、及び充填材製造プロセスの複雑さの低減を可能にする。

図１は、下にある機体１０４に接着された外板１０２により部分的に形成された機械的構造を有する例示的な航空機１００を説明する。他の構成要素の中でも、機体１０４は、胴体１０６及び胴体１０６から延びる翼１０８を備える。図１は、翼１０８から取り除かれた外板１０２の一部を示し、翼付け根から翼端へ延びる翼ストリンガ１１０を含む翼１０８のさまざまな構造用構成要素を示す。翼ストリンガ１１０は、複数のリブ（例えばリブ１１２）、及び翼１０８の外板１０２に接着される。したがって、翼ストリンガ１１０は、翼１０８の外板１０２を補強及び強化し、また、翼の外板に作用する空力を機体１０４の複数のリブ及び他の耐荷重性構成要素に送る。

翼ストリンガ１１０は、複合材料（例えば炭素繊維−エポキシ複合材）から形成され得る。本明細書で使用される複合材の構造用構成要素とは、複合部分で作製されており、組み合わされて例えば、ビーム、スパー、ストリンガ、又は任意の同様の耐荷重性支持構造体などの構造用構成要素が作製される構造用構成要素を指す。そのような例では、翼ストリンガ１１０は、「複合翼ストリンガ」と称される複合材の構造用構成要素である。複合翼ストリンガ１１０は、複数の部品を一緒に接合することにより製造され得る。上記の通り、いくつかの翼ストリンガ部分は、一緒に接合されたときにストリンガ材により占領されない空間を形成するＲ部を含む。よって、この空間は、製造され、翼ストリンガに位置し、本明細書に記載されるように融合されるＲ部充填材のセグメントで充填され得る。

図２Ａ−Ｂは、外板１０２の一部（図１）を形成する外板パネル２００に接着した翼ストリンガ１１０の断面図を示す。説明された例では、翼ストリンガ１１０は、第２のストリンガ部分２０２Ｂと接合した第１のストリンガ部分２０２Ａにより形成された複合ブレードストリンガを含む。複合翼ストリンガ１１０は、フランジ２０４、及び第１のストリンガ部分２０２Ａと第２のストリンガ部分２０２Ｂを接合することにより形成されるウェブ２０６を含む。図２Ａに示されるように、両方のストリンガ部分２０２は、フランジとウェブが接触するＲ部（第２のストリンガ部分２０２Ｂについては２０８に示される）を含み、それらは一緒に空間２１０を画定する。空間２１０は、ストリンガ１１０の長さに沿っていてもよい。以下でさらに詳述されるように、ストリンガ部分２０２Ａ及び２０２Ｂの接合後、空間２１０は、ストリンガの長さに沿って延びるため、図２Ｂに示されるように、単一のＲ部充填材２１２を形成する複数のＲ部充填材セグメント２１１で満たされている。その後、ストリンガアセンブリは、さまざまな構成要素を融合するよう硬化されて、ストリンガ１１０が形成される。アセンブリの硬化は、Ｒ部充填材セグメントを融合して、空間２１０のクロスハッチングによって示されるように、空間２１０にＲ部充填材を形成する。このプロセスでは、Ｒ部充填材セグメントは、ストリンガ部分２０２Ａ及び２０２Ｂにも融合する。それにより、Ｒ部充填材は、複合翼ストリンガ１１０の構造完全性、及び外板パネル２００を強化し、外板パネルに作用する力を機体１０４の耐荷重性構造体に送る能力を高めることができる。翼ストリンガ用のＲ部充填材を形成するための、本明細書に記載される手法は、他のタイプのストリンガ、非ストリンガ構造用構成要素（例えばロンジロン）、及び図２Ａ−Ｂに示されるもの以外の翼ストリンガ形状部品にも適用可能であり得る。

図３は、複合翼ストリンガ１１０（図１）用のＲ部充填材セグメントを製造するための回転ダイ３０２を含む装置３００を説明する。回転ダイ３０２は、回転ダイの表面３０６（図４Ａで最もよく示される）の周辺の周りに配置された金型チャネル３０４Ａを含む複数の金型チャネル３０４を含む。各金型チャネルは、エンドツーエンドで他のＲ部充填材セグメントと配置され得るＲ部充填材セグメントを形成するよう成形され、その後、複合翼ストリンガ１１０用のＲ部充填材を形成するよう融合される。そのため、金型チャネル３０４に形成されたＲ部充填材セグメント２１１が、空間２１０に挿入されたときに、その空間２１０を充填するように、各金型チャネルは、空間２１０の形状と一致する断面（図２Ａ−Ｂ）を有する。

例示的なＲ部充填材セグメント製造プロセスには、充填材３０７を押出オリフィス３０８から金型チャネル３０４Ｂへ押し出すことが含まれる。例えば、矢印３０９によって示されるように、回転ダイ３０２とオリフィス３０８の一方又は両方を動かすことにより、充填材３０７は、金型チャネル３０４Ｂの長さに堆積される。場合によっては、圧縮ホイール３１０などの圧縮機は、充填材３０７を加圧して、充填材３０７が金型チャネルの形状を取るようにする。圧縮ホイールは図３で概略的に示されるが、充填材３０７を加圧して押出された充填材３０７を金型チャネルにしっかりとプレスするのに任意の他の適切な構造体が使用されてもよい。充填材３０７は、金型チャネル３０４に押し出されたとき、複合翼ストリンガ１１０（図２Ａ−Ｂ）の空間２１０を充填するよう構成されたＲ部充填材セグメント２１１を形成し、それにより翼ストリンガ１１０を補強する。充填材３０７は、限定されないが、硬化プロセスで他のストリンガ構成要素に融合され得る繊維セグメント及びエポキシ（熱硬化性）マトリックスを含む不連続炭素（例えばグラファイト）繊維材料を含む任意の適切な材料を含み得る。

各金型チャネル３０４は、回転ダイ３０２の周辺３０５の周りの隣接する金型チャネルから角度的にオフセットされるため、充填材３０７を金型チャネルに押し出すことには、それぞれの押出の間に回転ダイ３０２を回転させることが含まれる。図４Ａ−Ｃは、押出プロセス中の個々の回転配向における回転ダイ３０２の部分図を説明する。図４Ａでは、第１の金型チャネル３０４Ａは充填材３０７で充填され、それにより、第１のＲ部充填材セグメント４０２Ａが形成される。図４Ｂでは、回転ダイ３０２が回転され、第２の金型チャネル３０４Ｂは充填材３０７で充填され、それにより、第２のＲ部充填材セグメント４０２Ｂが形成される。図４Ｃでは、回転ダイ３０２は８回の押出を通じて回転されており、８つのＲ部充填材セグメントが金型チャネルに形成される。以下に記載されるように、Ｒ部充填材セグメント４０２は、（例えば、いくつかの実施形態では冷却期間の後で）複合翼ストリンガ１１０のＲ部によって画定される空間２１０のエンドツーエンドで接触して配置された金型チャネルから取り除かれ、一緒に融合されて、複合翼ストリンガ１１０の空間２１０を充填する単一のＲ部充填材２１２が形成され得る。さらに、いくつかの実施例では、ポリテトラフルオロエチレンを含むテープ（例えば、The Chemours Company of Wilmington, DEから入手可能なテフロンテープ）などのインターフェイス材料は、各金型チャネル３０４に配置されてもよく、充填材３０７は、インターフェイス材料にわたる各金型チャネル３０４に堆積される。インターフェイス材料は、金型チャネル３０４から充填材３０７によって形成されたＲ部充填材セグメント４０２を外すのに役立つ場合がある。代替的に又は追加的に、回転ダイ３０２は、離型剤（例えば、ドイツ、デュッセルドルフのHenkel AG & Companyから入手可能なＦＲＥＫＯＴＥ）でコーティングされて、Ｒ部充填材セグメント４０２の除去が容易にされ得る。さらに、回転ダイ３０２は、ツーリング発泡剤、及び／又は任意の他の適切な材料を含み得る。

図３−４Ｃの例では、各金型チャネルが１０フィートの長さを有する場合、８つの１０フィートのＲ部充填材セグメントが形成され、後に一緒に形成されて、例えば複合翼ストリンガの８０フィートの長さの空間用の、８０フィートのＲ部充填材が形成され得る。他の実施例では、回転ダイ３０２は、任意の他の適切な長さ及び／又は数の金型チャネルで構成されてもよい。さらなる実施例として、回転ダイ３０２は、６回から１０回の押出の間に回転されてもよく、充填材は、それぞれ８から１２フィートの間の長さを有する金型チャネルに押し出される。他の実施例では、回転ダイは、回転ダイを使用して充填される空間の形状に基づいて、任意の他の適切な構成を有してもよい。さらに、図４Ａ−Ｃの実施例は、回転ダイ３０２が多数の平坦表面４０６を有する多角形の周辺４０４を含むような実質的に平坦な各金型チャネルに直接隣接した部分を示すが、各平坦表面は金型チャネルをホスティングし、別の実施例では、各金型チャネルに隣接した部分は、周辺方向において湾曲した形状を有してもよく、あるいは、周辺方向において任意の他の適切な形状を示してもよい。また、いくつかの実施例では、複数のダイは、同じ押出オリフィスによって充填するために（例えば平行に及び／又は直列に）配置されてもよく、ここで複数のダイの各ダイは、複数の金型チャネルを含み、各ダイはモータに結合してダイの回転を可能にする。その後、押出システムは、充填材を複数のダイの各ダイの各金型チャネルに連続して押し出すように使用され得る。これは、Ｒ部充填材製造システムのスループットを高めるのに役立つ場合がある。さらに、いくつかの実施例では、回転ダイ３０２は、装置３００から（例えば、装置の回転マンドレルから）除去することができ、異なるダイが装置の内外で切り替えられるのを可能にする。これは、製造スループットを高めるのに役立つ場合がある。異なる金型チャネル形状のダイが使用される場合、そのようなダイは、異なるプロファイルの可能性のある充填材セグメントを高スループットで製造するよう切り替えられ得る。

図３で説明される実施例で示されるように、装置３００は、各押出の間にモータ３１２を用いて（例えばスラスト軸受を介して）回転ダイを回転させることができる。さらに、装置３００は、金型チャネルを（例えば一又は複数のレーザ、カメラ、又は他の同様の画像化デバイスを介して）画像化するよう構成されている光検知システム３１３、及び回転ダイ３０２の回転を促すモータ３１２にシグナルを提供するよう構成されているフィードバック機構を使用して、実施例のように、金型チャネル３０４への押出を制御することができる。さらに、いくつかの実施例では、平行グリッパ３１４は、Ｒ部充填材３０７が押し出されて材料の据え付けに役立つように、その充填材を保持及び／又は誘導するために使用され得る。他の実施例では、任意の他の適切な機構が、回転ダイ３０２への押出を制御するために使用されてもよい。例えば、平行グリッパ３１４は省略されてもよく、圧縮ホイール３１０が平行グリッパを用いずに使用されて、金型チャネル３０４内にＲ部充填材を据え付けることができる。

Ｒ部充填材セグメントを製造するための、本明細書に記載される手法は、周囲に配置された金型チャネルを有する回転ダイ以外のダイに適用することができる。別の実施例として、図５は、複合翼ストリンガ用のＲ部充填材セグメントを形成するのに使用することができる平面ダイ５００を示す。平面ダイ５００には、それぞれ平面ダイの実質的に平らな表面５０４上の一又は複数の隣接する金型チャネルから側方にオフセットする複数の金型チャネル（例えば金型チャネル５０２）が含まれる。ここでは、充填材を各金型チャネルに押し出すことには、各押出の間に平面ダイ５００と押出オリフィスの相対的な側方位置を変更することが含まれる。任意の実施例では、各金型チャネルは同じ長さを有してもよく、他の実施例では、一又は複数の金型チャネルは異なる長さを有してもよい。

上記の通り、記載された手法に従って製造されたＲ部充填材セグメントは、空間２１０（図２Ａ−Ｂ）に配置され、硬化されて、それにより充填材セグメントが互いと及び他のストリンガ部分と融合され得る。図６Ａ及び６Ｂはそれぞれ、Ｒ部充填材の硬化前後の複合翼ストリンガ１１０によって画定された空間２１におけるＲ部充填材の配置を概略的に説明する。図６Ａでは、二つのＲ部充填材セグメント６００Ａ及び６００Ｂは、空間２１０でエンドツーエンドで接触して（例えば、隣接して直接接触して）配置される。図６Ｂでは、Ｒ部充填材セグメントは、硬化されて、単一のＲ部充填材６０２が形成された。さらに、硬化プロセスによっても、Ｒ部充填材セグメント６０２は複合翼ストリンガ１１０の他の部分（例えば、図２Ａ−Ｂの部分２０２Ａ及び２０２Ｂ）と結合されて、複合翼ストリンガ１１０及びＲ部充填材６０２を備えた単一の構造体６０４が形成される。この方法では、エンドツーエンドの配置で一又は複数の隣接した充填材セグメントと融合した複数の充填材セグメントを有する対応するＲ部充填材を含む複数の複合翼ストリンガが形成され得る。

いくつかの実施例では、Ｒ部充填材セグメント６００Ａ及び６００Ｂには、Ｒ部充填材セグメント６００を加熱してＲ部充填材６０２を形成することが含まれる。例えば、Ｒ部充填材セグメント６００Ａ及び６００Ｂは、およそ３５０℃に加熱されて、硬化プロセスが開始及び実施され、それにより、複合翼ストリンガ２１０並びにＲ部充填材セグメント６００Ａ及び６００Ｂを形成するポリマー樹脂材料又は他の適切な材料を化学的に融合し、架橋し得る。他の実施例では、光開始硬化プロセスなどの任意の他の適切な硬化プロセスが使用されてもよい。

図７は、航空機用の複合材の構造用構成要素を製造する方法７００を説明するフロー図を示す。方法７００は、一例として、複合翼ストリンガ１１０を製造するために実施されてもよい。

７０２では、方法７００には、複数の充填材セグメント（例えば充填材セグメント６００）を形成するために、充填材（例えば充填材３０７）をダイ（例えば回転ダイ３０２）の複数の金型チャネル（例えば金型チャネル３０４）の各金型チャネルに押し出すことが含まれる。いくつかの実施例では、充填材を押し出すことには、各押出の間に回転ダイを回転させること７０４が含まれ得る。他の実施例では、充填材を押し出すことには、各押出の間に平面ダイ（例えば平面ダイ５００）と押出オリフィス（例えば押出オリフィス３０８）の相対的な側方位置を変更すること７０６が含まれ得る。さらに、いくつかの実施例では、方法７００には、７０７に示されるように、複数のダイを配置することであって、複数のダイの各ダイが複数の金型チャネルを含む、複数のダイを配置し、及び、逐次的に、充填材を複数のダイの各ダイの各金型チャネルに押し出すことが含まれ得る。

７０８では、方法７００には、（例えば押出オリフィスに続く圧縮ホイールによって）複数の金型チャネルのそれぞれに充填材を押し出す間に、充填材を加圧することが含まれ得る。７１０では、方法７００には、ダイの複数の金型チャネルから複数の充填材セグメントを取り除くことが含まれる。複数の充填材セグメントは、冷却期間７１２の後に、複数の金型チャネルから取り除かれ得る。いくつかの実施例では、複数の金型チャネルは、インターフェイス材料（例えばＴｅｆｌｏｎテープ）又はコーティング（例えばＦＲＥＫＯＴＥ）で覆われて、複数の充填材セグメントの除去が容易にされ得る。

７１４では、方法７００は複合ストリンガ中の空間に複数の充填材セグメントを配置することであって、空間が、複合ストリンガのＲ部により、充填材セグメントがエンドツーエンドで接触するように画定される、複合材の構造用構成要素中の空間に複数の充填材セグメントを配置することをさらに含む。複数の充填材セグメントは、いくつかの実施例では複合ストリンガのウェブとフランジが接触する空間７１６に、又は他の実施例では任意の他の適切な空間に配置され得る。

７１８では、方法７００は、複数の充填材セグメントを融合するために、空間で複数の充填材セグメントを硬化することを含む。複数の充填材セグメントを硬化することには、複数の充填材セグメントを加熱すること７２０が含まれ得る。複数の充填材セグメントを硬化することによって、複合構造を有する単一の構造体７２２が形成される。

本明細書に記載される装置及びプロセスは、複合翼ストリンガ及び他の構造体用のＲ部充填材の製造において、複雑さ、労働力、及び物理的なスペースの消費を削減する潜在的な利益を有する。例えば、複数の充填材セグメントを形成すること、及び複数の充填材セグメントを硬化してＲ部充填材を形成することにより、より小さなダイの使用が可能になり、複数の充填材セグメントが形成され得る。別の実施例として、回転ダイの使用は、装置が充填材の押出を少なくとも部分的に自動化し、押出の間の回転ダイを回転させることによって充填材セグメントが形成されることを可能にし得る。別の実施例として、８から１２フィートの間の長さを有するダイの金型チャネルに充填材を押し出すことにより、充填材セグメントを扱うのに費やされる労働力の削減が可能になり得る。別の実施例として、平面ダイの使用は、装置が充填材の押出を少なくとも部分的に自動化し、押出オリフィスと平面ダイの相対位置を変更することによって充填材セグメントが形成されることを可能にし得る。別の実施例として、充填材をダイの金型チャネルに押し出す間に充填材を加圧することにより、複合材の構造用構成要素のＲ部により画定される空間を満たす所望の形状を有する充填材セグメントの形成が可能になり得る。別の実施例として、冷却期間の後に充填材セグメントを金型チャネルから取り除くことによって、所望の材料特性を有する充填材セグメントの所望の形成が容易になり得る。別の実施例として、充填材セグメントを加熱することによって充填材セグメントを硬化させることは、充填材セグメントの互いとの及び複合材の構造用構成要素への融合を促進させて、単一の構造体が形成されることを容易にし得る。別の実施例として、複数のダイを配置し、及び、逐次的に、充填材を複数のダイの各ダイの金型チャネルに押し出すことは、形成される充填材セグメントの数の増加、したがって、充填された複合材の構造用構成要素を製造するための製造時間の削減を可能にし得る。別の実施例として、複合材の構造用構成要素のウェブとフランジが接触する空間に充填材セグメントを配置することは、第１の構成要素を補強し、第１の構成要素に作用する力を第２の構成要素に送る比較的強力な複合材の構造用構成要素の製造を可能にし得る。別の実施例として、充填材セグメントを融合することによって形成されたＲ部充填材を複合材の構造用構成要素に充填することは、より大きな耐荷重能力を有するより強力な機体の製造を可能にし得る。

さらに、本開示は、以下の条項による実施形態を含む。

条項１．航空機（１００）用の複合材の構造用構成要素（１１０）を製造する方法（７００）であって：
複数の充填材セグメント（６００）を形成するために、充填材（３０７）をダイ（３０２）の複数の金型チャネル（３０４）の各金型チャネル（３０４）に押し出すこと（７０２）；
前記複数の充填材セグメント（６００）を前記ダイ（３０２）の前記複数の金型チャネル（３０４）から取り除くこと（７１０）；
前記充填材セグメント（６００）がエンドツーエンドで接触するよう、前記複数の充填材セグメント（６００）を前記複合材の構造用構成要素（１１０）のＲ部（２０８）によって画定される前記複合材の構造用構成要素（１１０）の空間（２１０）に配置すること（７１４）；及び
前記複数の充填材セグメント（６００）を融合するために、前記複数の充填材セグメント（６００）を前記空間（２１０）で硬化すること（７１８）
を含む、
方法。

条項２．各金型チャネル（３０４）が、前記ダイ（３０２）の多角形の周辺（４０４）の周りの隣接する金型チャネル（３０４）から角度的にオフセットされ、前記充填材（３０７）を前記ダイ（３０２）の前記複数の金型チャネル（３０４）の各金型チャネル（３０４）に押し出すこと（７０２）が、各押出の間に前記ダイ（３０２）を回転させること（７０４）を含む、条項１に記載の方法（７００）。

条項３．各押出の間に前記ダイ（３０２）を回転させること（７０４）が、６回から１０回の間のそれぞれの押出の間に前記ダイ（３０２）を回転させること（７０４）を含む、条項２に記載の方法（７００）。

条項４．前記充填材（３０７）を各金型チャネル（３０４）に押し出すこと（７０２）が、前記充填材（３０７）を、８から１２フィートの間の長さを有する前記金型チャネル（３０４）に押し出すこと（７０２）を含む、条項１から３のいずれか一項に記載の方法（７００）。

条項５．各金型チャネル（３０４）が、前記ダイ（５００）の実質的に平らな表面（５０４）上の一又は複数の隣接する金型チャネル（３０４）から側方にオフセットされ、前記充填材（３０７）を各金型チャネル（３０４）に押し出すこと（７０２）が、各押出の間に前記ダイ（５００）と押出オリフィス（３０８）の相対的な側方位置を変更すること（７０６）を含む、条項１から４のいずれか一項に記載の方法（７００）。

条項６．前記充填材（３０７）を前記複数の金型チャネル（３０４）のそれぞれに押し出す間に、前記充填材（３０７）を加圧すること（７０８）をさらに含む、条項１から５のいずれか一項に記載の方法（７００）。

条項７．冷却期間後に前記複数の充填材セグメント（６００）を前記複数の金型チャネル（３０４）から取り除くこと（７１０）をさらに含む、条項１から６のいずれか一項に記載の方法（７００）。

条項８．前記複数の充填材セグメント（６００）を硬化すること（７１８）が、前記複数の充填材セグメント（６００）を加熱すること（７２０）を含む、条項１から７のいずれか一項に記載の方法（７００）。

条項９．前記複数の充填材セグメント（６００）を硬化すること（７１８）が、単一の構造体（６０４）を形成するために、前記複数の充填材セグメント（６００）を前記複合材の構造用構成要素（１１０）の他の部分（２０２）に結合する、条項１から８のいずれか一項に記載の方法（７００）。

条項１０．複数のダイ（３０２）を配置すること（７０７）であって、前記複数のダイ（３０２）の各ダイ（３０２）が複数の金型チャネル（３０４）を含む、複数のダイ（３０２）を配置すること（７０７）、及び、逐次的に、前記充填材（３０７）を前記複数のダイ（３０２）の各ダイ（３０２）の各金型チャネル（３０４）に押し出すこと（７０２）をさらに含む、条項１から９のいずれか一項に記載の方法（７００）。

条項１１．前記複数の充填材セグメント（６００）を前記空間（２１０）に配置すること（７１４）が、前記複数の充填材セグメント（６００）を、前記複合材の構造用構成要素（１１０）のウェブ（２０６）とフランジ（２０４）が接触する空間（２１０）に配置すること（７１４）を含む、条項１から１０のいずれか一項に記載の方法（７００）。

条項１２．航空機（１００）であって、
胴体（１０６）；と
前記胴体（１０６）から延びる翼（１０８）であって、
フランジ（２０４）、
ウェブ（２０６）、
前記フランジ（２０４）とウェブ（２０６）が接触するＲ部（２０８）であって、それらの間の空間（２１０）を画定するＲ部（２０８）、及び
前記空間（２１０）内に位置付けられたＲ部充填材（６０２）であって、エンドツーエンドで配置された一又は複数の隣接する充填材セグメント（６００）とそれぞれ融合した複数の充填材セグメント（６００）を含む、Ｒ部充填材（６０２）
を含む複合翼ストリンガ（１１０）を含む翼（１０８）；と
を備えた、
航空機（１００）。

条項１３．前記充填材セグメント（６００）が、前記ウェブ（２０６）及び前記フランジ（２０４）に融合されて、単一の構造体（６０４）が形成されている、条項１２に記載の航空機（１００）。

条項１４．前記複合翼ストリンガ（１１０）がブレードストリンガ（１１０）を含む、条項１２又は１３に記載の航空機（１００）。

条項１５．複数の翼ストリンガ（１１０）がそれぞれ、対応するＲ部充填材（６０２）をさらに含む、条項１２から１４のいずれか一項に記載の航空機（１００）。

条項１６．各充填材セグメント（６００）が、８フィートから１２フィートの間の長さを含む、条項１２から１５のいずれか一項に記載の航空機（１００）。

条項１７．航空機（１００）用の複合翼ストリンガ（１１０）であって、
フランジ（２０４）；
前記フランジ（２０４）から延びるウェブ（２０６）；
前記フランジ（２０４）とウェブ（２０６）が接触するＲ部（２０８）であって、空間（２１０）を画定するＲ部（２０８）；及び
前記空間（２１０）内に位置付けられたＲ部充填材（６０２）であって、エンドツーエンドで一又は複数の隣接する充填材セグメント（６００）とそれぞれ融合した複数の充填材セグメント（６００）を含むＲ部充填材（６０２）
を含む、
複合翼ストリンガ（１１０）。

条項１８．前記複数の充填材セグメント（６００）が単一の構造体（６０４）を形成する、条項１７に記載の複合翼ストリンガ（１１０）。

条項１９．前記複合翼ストリンガ（１１０）がブレードストリンガ（１１０）を含む、条項１７又は１８に記載の複合翼ストリンガ（１１０）。

条項２０．各充填材セグメント（６００）が、８フィートから１２フィートの間の長さを含む、条項１７から１９のいずれか一項に記載の複合翼ストリンガ（１１０）。

条項２１．複合材の航空機の翼ストリンガ（１１０）用のＲ部充填材（６０２）を形成するためのダイ（３０２）であって、前記ダイ（３０２）の表面（３０６）にわたって配置された複数の金型チャネル（３０４）を含み、各金型チャネル（３０４）が、Ｒ部充填材（６０２）用のＲ部充填材セグメント（６００）を形成するように成形されている、ダイ（３０２）。

条項２２．前記金型チャネル（３０４）が、前記ダイ（３０２）の多角形の周辺（４０４）の周りで角度的にオフセットされている、条項２１に記載のダイ（３０２）。

条項２３．前記金型チャネル（３０４）が、前記ダイ（５００）の実質的に平らな表面（５０４）にわたって側方にオフセットされている、条項２１又は２２に記載のダイ（３０２）。

本開示は、本明細書で開示されているさまざまな特徴及び技術の新規かつ進歩性のある全ての組み合わせ及び部分的組み合わせを含む。本明細書で開示されているさまざまな特徴及び技術は、本開示の全ての実施例に必ずしも必要とされるわけではない。さらに、本明細書で開示されているさまざまな特徴及び技術は、開示される実施例とは別に特許性のある主題を定義してもよく、本明細書に明示的に開示されていない他の実装態様において有用性を見出すことができる。

Claims (15)

1. 航空機（１００）用の複合材の構造用構成要素（１１０）を製造する方法（７００）であって：
   複数の充填材セグメント（６００）を形成するために、充填材（３０７）をダイ（３０２）の複数の金型チャネル（３０４）の各金型チャネル（３０４）に押し出すこと（７０２）；
   前記複数の充填材セグメント（６００）を前記ダイ（３０２）の前記複数の金型チャネル（３０４）から取り除くこと（７１０）；
   前記充填材セグメント（６００）がエンドツーエンドで接触するよう、前記複数の充填材セグメント（６００）を前記複合材の構造用構成要素（１１０）のＲ部（２０８）によって画定される前記複合材の構造用構成要素（１１０）の空間（２１０）に配置すること（７１４）；及び
   前記複数の充填材セグメント（６００）を融合するために、前記複数の充填材セグメント（６００）を前記空間（２１０）で硬化すること（７１８）
   を含む、
   方法。
2. 各金型チャネル（３０４）が、前記ダイ（３０２）の多角形の周辺（４０４）の周りの隣接する金型チャネル（３０４）から角度的にオフセットされ、前記充填材（３０７）を前記ダイ（３０２）の前記複数の金型チャネル（３０４）の各金型チャネル（３０４）に押し出すこと（７０２）が、各押出の間に前記ダイ（３０２）を回転させること（７０４）を含む、請求項１に記載の方法（７００）。
3. 各押出の間に前記ダイ（３０２）を回転させること（７０４）が、６回から１０回の間のそれぞれの押出の間に前記ダイ（３０２）を回転させること（７０４）を含む、請求項２に記載の方法（７００）。
4. 前記充填材（３０７）を各金型チャネル（３０４）に押し出すこと（７０２）が、前記充填材（３０７）を、８から１２フィートの間の長さを有する前記金型チャネル（３０４）に押し出すこと（７０２）を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法（７００）。
5. 各金型チャネル（３０４）が、前記ダイ（５００）の実質的に平らな表面（５０４）上の一又は複数の隣接する金型チャネル（３０４）から側方にオフセットされ、前記充填材（３０７）を各金型チャネル（３０４）に押し出すこと（７０２）が、各押出の間に前記ダイ（５００）と押出オリフィス（３０８）の相対的な側方位置を変更すること（７０６）を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法（７００）。
6. 前記充填材（３０７）を前記複数の金型チャネル（３０４）のそれぞれに押し出す間に、前記充填材（３０７）を加圧すること（７０８）をさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法（７００）。
7. 冷却期間後に前記複数の充填材セグメント（６００）を前記複数の金型チャネル（３０４）から取り除くこと（７１０）をさらに含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法（７００）。
8. 前記複数の充填材セグメント（６００）を硬化すること（７１８）が、前記複数の充填材セグメント（６００）を加熱すること（７２０）を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法（７００）。
9. 前記複数の充填材セグメント（６００）を硬化すること（７１８）が、単一の構造体（６０４）を形成するために、前記複数の充填材セグメント（６００）を前記複合材の構造用構成要素（１１０）の他の部分（２０２）に結合する、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法（７００）。
10. 複数のダイ（３０２）を配置すること（７０７）であって、前記複数のダイ（３０２）の各ダイ（３０２）が複数の金型チャネル（３０４）を含む、複数のダイ（３０２）を配置すること（７０７）、及び、逐次的に、前記充填材（３０７）を前記複数のダイ（３０２）の各ダイ（３０２）の各金型チャネル（３０４）に押し出すこと（７０２）をさらに含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法（７００）。
11. 前記複数の充填材セグメント（６００）を前記空間（２１０）に配置すること（７１４）が、前記複数の充填材セグメント（６００）を、前記複合材の構造用構成要素（１１０）のウェブ（２０６）とフランジ（２０４）が接触する空間（２１０）に配置すること（７１４）を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法（７００）。
12. 航空機（１００）用の複合翼ストリンガ（１１０）であって、
    フランジ（２０４）；
    前記フランジ（２０４）から延びるウェブ（２０６）；
    前記フランジ（２０４）とウェブ（２０６）が接触するＲ部（２０８）であって、空間（２１０）を画定するＲ部（２０８）；及び
    前記空間（２１０）内に位置付けられたＲ部充填材（６０２）であって、エンドツーエンドで一又は複数の隣接する充填材セグメント（６００）とそれぞれ融合した複数の充填材セグメント（６００）を含むＲ部充填材（６０２）
    を含む
    複合翼ストリンガ（１１０）。
13. 前記複数の充填材セグメント（６００）が単一の構造体（６０４）を形成している、請求項１２に記載の複合翼ストリンガ（１１０）。
14. 前記複合翼ストリンガ（１１０）がブレードストリンガ（１１０）を含む、請求項１２又は１３に記載の複合翼ストリンガ（１１０）。
15. 各充填材セグメント（６００）が、８フィートから１２フィートの間の長さを含む、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の複合翼ストリンガ（１１０）。

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