JP2021154726A - ストリンガ用の湾曲した複合材チャージを形成するための方法及びシステム - Google Patents

ストリンガ用の湾曲した複合材チャージを形成するための方法及びシステム Download PDF

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Abstract

【課題】ストリンガ用の湾曲した複合材チャージを形成する為の新しい方法及びデバイスを提供する。【解決手段】複合材ストリンガは、面内及び/又は面外の曲げを有し得、複合材チャージを形作っている間に形成される。具体的には、パレットを使用して形作られる。パレットは、互いに回転可能に結合された複数の独立したパレット部分を備える。ハット部分は、このチャージの一部分が、パレット内の空洞に適合したときに形成される。パレット部分は、ハット部分を形成している間及び/又はハット部分が既に空洞に適合したときに、互いに対して回転される。幾つかの実施例では、パレット部分が回転されるときに、ダイがチャージと共に曲げられる。この回転は、面内及び/又は面外の曲げのうちの1以上を生成する。幾つかの実施例では、例えば、チャージの曲げを可能にし、しわを低減させるために、複合材チャージのフランジ部分が一時的な方向に配置される。【選択図】なし

Description

航空機の設計は、ストリンガなどの様々な構成要素を利用して、曲げ荷重、ねじり荷重、剪断荷重、及び直接荷重を支持する。ストリンガは、典型的には、軽量の複合材、例えば、繊維が樹脂の中に埋め込まれたテープ又は布地(fabric)から形成される。複合材レイアップが、典型的には、形成ツール内で処理されて、ストリンガの最終的な又は半最終的(semi-final)な形状を画定する。しかし、多くの用途(例えば航空機)は、数多くのストリンガを必要とし、そのようなストリンガは、これらのストリンガの長さに沿って種々の形状、特に、種々の曲げ及び変化(bends and turns)を有する。各ストリンガの種類用の専用形成ツールを有することは、調達の問題を生み出し、製造費用を大幅に高める。更に、2段階の形成及び曲げなどの、従来の形成技法及びツールを使用して曲げを形成することは、望ましくないしわ(wrinkle)をもたらし得る。
より具体的には、複合材ストリンガが、典型的には、多段階工程を使用して製造される。先ず、従来の工程で、ストリンガのハット部分が、ダイ(die)とパレット(pallet)内の空洞との組み合わせを使用して形作られる。この段階では、ストリンガが直線的であり、例えば、ストリンガの主軸と垂直な軸の周りでの曲げなどの、ストリンガの長さに沿った任意の曲げを有さない。面内及び/又は面外の曲げなどの任意の曲げが必要な場合、形作られたストリンガは別のツールに移送されて、そこで、ストリンガは最終的なストリンガ形状に曲げられる。典型的には、形作られたストリンガの全ての表面が、この分離した曲げ動作中に支持されるわけではない。この形作られた後の曲げ動作は、望ましくないしわをもたらし得る。
ストリンガ用の湾曲した複合材チャージを形成するための新しい方法及びデバイスが必要とされている。
ストリンガ用の湾曲した複合材チャージを形成するための方法及びシステムが説明される。そのような複合材ストリンガは、面内及び/又は面外の曲げを有し得る。それらは、複合材チャージを形作っている間に形成される。具体的には、複合材チャージが、互いと回転可能に結合された複数の独立したパレット部分を備えるパレットを使用して形作られる。ハット部分は、このチャージの一部分がパレット内の空洞に適合したときに形成される。パレット部分は、ハット部分を形成している間及び/又はハット部分が既に空洞に適合したときに、互いに対して回転される。幾つかの実施例では、パレット部分が回転されるときに、ダイがチャージと共に曲げられる。この回転は、面内及び/又は面外の曲げのうちの1以上を生成する。幾つかの実施例では、例えば、チャージの曲げを可能にし、しわを低減させるために、複合材チャージのフランジ部分が一時的な方向に配置される。
幾つかの実施例では、湾曲した複合材チャージを形成するための方法が提供される。該方法は、複合材チャージを、パレットの処理面上に且つパレットの空洞を覆うように配置することを含む。複合材チャージは、ハット部分とフランジ部分とを備え、フランジ部分はハット部分と一体的であり且つハット部分によって相互連結される。パレットは、複数のパレット部分を備える。複数のパレット部分の各パレット部分は、複数のパレット部分のうちの1以上の他のパレット部分と回転可能に結合されている。空洞が、複数のパレット部分の各パレット部分を通って延在する。複合材チャージは、複数のパレット部分の各パレット部分を覆って配置され、且つそれと接触する。該方法は、ダイが空洞と位置合わせされるように、複合材チャージのハット部分をダイと接触させる。空洞は、空洞面によって画定される。該方法はまた、ダイに適合するように少なくともハット部分を折り曲げること、ハット部分がダイと空洞面との間に配置されダイと空洞面とのそれぞれに適合するように、ダイを空洞の中に挿入すること、及び、複数のパレット部分のうちの2以上のパレット部分を1以上の軸の周りで互いに対して回転させ、それによって、湾曲した複合材チャージを形成することを含む。
幾つかの実施例では、方法が、ダイと複合材チャージとをパレットの空洞の中に挿入することを含む。パレットは、互いと回転可能に結合された複数のパレット部分を備える。該方法は、複数のパレット部分のうちの2以上のパレット部分を1以上の軸の周りで互いに対して回転させ、それによって、複合材チャージから湾曲した複合材チャージを形成することを含む。
幾つかの実施例では、ストリンガ形成デバイスが、複数のパレット部分を備えるパレットを備える。複数のパレット部分の各パレット部分は、複数のパレット部分のうちの1以上の他のパレット部分と回転可能に結合されている。パレットは、処理面と空洞とを更に備え、空洞は、処理面から離れるように且つパレットの中に延在する。ストリンガ形成デバイスは、空洞と位置合わせされるダイを備える。ダイは、空洞の断面に対応した断面を有する。ダイは、パレットに対して、パレットの処理面と垂直な方向に移動可能である。
図1A〜図1Eは、下部構造の上に且つ下部構造と接触するように配置されたストリンガの種々の実施例の概略断面図である。 図1A〜図1Eは、下部構造の上に且つ下部構造と接触するように配置されたストリンガの種々の実施例の概略断面図である。 図1A〜図1Eは、下部構造の上に且つ下部構造と接触するように配置されたストリンガの種々の実施例の概略断面図である。 図1A〜図1Eは、下部構造の上に且つ下部構造と接触するように配置されたストリンガの種々の実施例の概略断面図である。 図1A〜図1Eは、下部構造の上に且つ下部構造と接触するように配置されたストリンガの種々の実施例の概略断面図である。 本開示の幾つかの実施例による、面内及び面外の曲げを示す、図1Aのストリンガの概略斜視図である。 本開示の幾つかの実施例による、面内の曲げを更に示す、図1A及び図1Fのストリンガの概略上面図である。 本開示の幾つかの実施例による、面内及び/又は面外の曲げを有する湾曲した複合材チャージを形成するための方法に対応する工程フローチャートである。 本開示の幾つかの実施例による、面内及び/又は面外の曲げを有する湾曲した複合材チャージを形成するための方法の別の一実施例に対応する工程フローチャートである。 本開示の幾つかの実施例による、パレットの処理面を覆って配置された複合材チャージを有するパレットの概略断面図である。 本開示の幾つかの実施例による、パレットの空洞と位置合わせされ且つ複合材チャージと接触しているダイを更に示す、図3Aのパレットと複合材チャージとの概略断面図である。 本開示の幾つかの実施例による、ダイが空洞の中に挿入され且つ複合材チャージのハット部分を形成している、図3Bのパレットとダイとの概略断面図である。 本開示の幾つかの実施例による、チャージのフランジ部分がダイの上方に配置されたダイスイーパー(sweeper)に適合している、パレットとダイとの概略断面図である。 本開示の幾つかの実施例による、フランジ部分がパレットの処理面と接触するようにダイスイーパーによって押された後の、図3Dのパレットとダイとの概略断面図である。 本開示の幾つかの実施例による、ダイと、互いと回転可能に結合された複数のパレット部分を備えるパレットと、の概略斜視図である。 図4B及び図4Cは、本開示の幾つかの実施例による、互いに対して複数のパレット部分を回転させる前及び回転させた後の、パレットと複合材チャージとの概略上面図である。 図4B及び図4Cは、本開示の幾つかの実施例による、互いに対して複数のパレット部分を回転させる前及び回転させた後の、パレットと複合材チャージとの概略上面図である。 本開示の幾つかの実施例による、パレットの処理面に適合し且つそれと接触するように配置されたチャージのフランジ部分を示す概略断面図である。 本開示の幾つかの実施例による、パレットの処理面に適合し且つそれと接触するように配置されたチャージのフランジ部分を示す概略上面図である。 本開示の幾つかの実施例による、ダイと、ダイの曲げを可能にするダイ開口部と、を示す概略上面図である。 図6A及び図6Bは、本開示の幾つかの実施例による、互いに対して複数のパレット部分を回転させる前及び回転させた後の、パレット、複合材チャージ、及びダイの概略側面図である。 図6A及び図6Bは、本開示の幾つかの実施例による、互いに対して複数のパレット部分を回転させる前及び回転させた後の、パレット、複合材チャージ、及びダイの概略側面図である。 航空機の製造及び保守のための方法に対応する工程フローチャートである。 本開示の幾つかの実施例による、航空機の一実施例のブロック図を示す。
下記の説明では、提示されている概念の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細事項を明示する。幾つかの実施例では、提示されている概念が、これらの具体的な詳細の一部又は全部を含まずとも実践可能である。他の事例においては、記載される概念を不必要に分かりにくくしないように、周知のプロセス工程については詳細に記載していない。一部の概念は具体例を踏まえて説明されるが、これらの例は限定を意図するものではないことを理解されたい。
イントロダクション
ストリンガ形成動作中の面内及び/又は面外の曲げ能力を提供する方法及びシステムが本明細書で説明される。この新規なアプローチは、複数の処理段階(例えば、形作ること及び形作られた後の曲げ)を、集合的にストリンガ形成動作と称され得る1つのものに組み合わせることによって、しわのリスクを低減させること、及び全体工程のスループットを増加させることを可能にする。このアプローチは、曲げを実行しながら、ストリンガ面に対する支持も提供する。というのも、曲げ動作は、同じ形成機器(例えばストリンガ形成デバイス)を使用して実行されるからである。更に、形作ること及び曲げの動作の様々なシーケンスが、ストリンガの最終的な形状及び複合材チャージの特性に基づいて具体的に選択される。例えば、ストリンガが大幅な面内の曲げを有する場合、幾つかの実施例では、ハット部分の形成の後であるが、例えばハット部分に対するフランジ部分の最終的な方向付けの前に、この曲げが形成される。
具体的には、複合材チャージが、互いと回転可能に結合された複数のパレット部分を備えるパレットを使用して形作られる。ハット部分は、チャージの一部分が、パレット内の空洞に適合したときに形成される。パレット部分は、ハット部分を形成している間又はそのすぐ後、例えば、ハット部分が既に空洞に適合したときに、互いに対して回転される。幾つかの実施例では、ダイが、ハット部分を空洞面と接触させるように押している間に、形作られているチャージと共に曲がる。パレット部分のこの回転は、面内及び/又は面外の曲げのうちの1以上を生成する。幾つかの実施例では、例えば、チャージの曲げを可能にし、しわを低減させるために、複合材チャージのフランジ部分が一時的な方向に(例えば、パレットから離れるように)配置される。
複合材ストリンガの任意の種類が、本開示の範囲内にあり、それらのうちの幾つかは、次に、図1A〜図1Gを参照しながら説明されることとなる。図1Aは、台形の断面を有するストリンガ110の概略断面図である。具体的には、ストリンガ110が、ハット111、及びハット111の各側に1つずつの2つのフランジ116を備える。この実施例では、ハット111が、台形として形作られ、キャップ112と2つの側壁114とを備える。幾つかの実施例では、キャップ112がフランジ116と平行である。しかし、他の実施例も範囲内にある。フランジ116は、ストリンガ110を下部構造102(例えば、航空機の胴体の外板)に取り付けるために使用される。
図1Bは、半円の断面を有するストリンガ110の概略断面図である。この実施例では、ハット111が、1つの連続的な円弧によって形成される。この円弧の様々な形状(例えば、連続的な半径を有する円弧、変動する半径を有する円弧)も、この形状の範囲内にある。図1Aの実施例と同様に、フランジ116は、ストリンガ110を下部構造102に取り付けるために使用される。
図1Cは、L形状の輪郭を有するストリンガ110の概略断面図である。具体的には、ストリンガ110が、フランジ116、及びフランジ116に対して90度を形成する延在部113を備える。しかし、フランジ116に対する延在部113の他の方向付け(例えば、種々の角度)も、範囲内にある。以前の実施例と同様に、フランジ116は、ストリンガ110を下部構造102に取り付けるために使用される。
図1Dは、T形状の輪郭を有するストリンガ110の概略断面図である。具体的には、ストリンガ110が、2つのフランジ116、及びフランジ116に対して90度を形成する延在部113を備える。延在部113は、2つのフランジ116の間に配置される。しかし、他の方向付けも範囲内にある。
図1Eは、C形状の輪郭を有するストリンガ110の概略断面図である。具体的には、ストリンガ110が、フランジ116と2つの延在部113とを備える。これらの延在部のうちの1つはフランジ116に対して90度を形成し、もう1つはフランジ116と平行である。
図1F及び図1Gは、図1Aのストリンガ110の概略斜視図及び概略上面図である。具体的には、図1Fが、Y軸に平行な軸103の周りでのストリンガ110の3つの面外の曲げを示している。とりわけ、これらの軸103は、ストリンガ110のフランジ116と平行でもある。図1Gは、Z軸に平行な軸104の周りでのストリンガ110の2つの面内の曲げを示している。とりわけ、これらの軸104は、ストリンガ110のフランジ116と垂直でもある。
ストリンガ形成デバイスの実施例
図4Aを参照すると、ストリンガ形成デバイス300は、パレット310及びダイ320を備える。パレット310は、処理面314、及び処理面314から離れるように且つパレット310の中に延在する空洞318を更に備える。図4Aは、ダイ320、及び空洞318内に配置された複合材チャージ130のハット部分131を示している。ダイ320と空洞318との組み合わせは、ハット部分131を形作るために使用される。より具体的には、ダイ320が、Z軸に沿って空洞318と位置合わせされる。ダイ320はまた、Z軸に沿った方向においてパレット310に対して移動可能でもある。Z軸は、パレット310の処理面314と垂直である。更に、ダイ320は、空洞318の断面に対応した断面を有する。幾つかの実施例では、ダイ320の断面が、空洞318の断面と同じ形状を有するが、複合材チャージ130のハット部分131を受け入れるために、より小さくなっている。ダイ320と空洞318との間のサイズの差は、複合材チャージ130の厚さによって決まる。
パレット310は、互いと回転可能に結合された複数のパレット部分319を備える。例えば、図4Aは、第1のパレット部分311、第2のパレット部分312、及び第3のパレット部分313を備える、複数のパレット部分319を示している。第2のパレット部分312は、第1のパレット部分311と第3のパレット部分313のそれぞれのパレット部分と回転可能に結合されている。より具体的には、図4Aが、第1のパレット部分311と第2のパレット部分312との間の枢動ポイント399を示している。幾つかの実施例では、第1のパレット部分311が、第1の軸391の周りで第2のパレット部分312に対して回転可能であり、第1の軸391は、パレット310の処理面314と垂直である。第1の軸391は、Z軸と平行である。この種類の回転は、面内の曲げと称される。同じ又は他の実施例では、第1のパレット部分311が、第2の軸392の周りで第2のパレット部分312に対して回転可能であり、第2の軸392は、パレット310の処理面314と平行である。この種類の回転は、面外の曲げと称される。第2の軸392は、空洞318に沿って延在するストリンガ形成デバイス300の主軸と垂直である。第2の軸392は、Y軸と平行でもある。図4Aは、X軸と平行な第3の軸393も示している。幾つかの実施例では、第3の軸393が、ストリンガ形成デバイス300の主軸であり、又は少なくともその主軸と平行である。
幾つかの実施例では、複数のパレット部分319が、例えば、図4Aで示されているように、隣接するパレットの各対の間に配置された、パレット回転開口部315を備える。パレット回転開口部315は、複数のパレット部分319の構造に歪みを与えること、例えば、個々のパレットを曲げることなしに、複数のパレット部分319が、互いに対して(例えば、面内及び/又は面外に)回転することを可能にする。幾つかの実施例では、複数のパレット部分319が、例えば、パレット回転開口部315に加えて、複数のパレット部分319に更なる可撓性を提供する曲げ可能材料から形成される。
幾つかの実施例では、例えば、ダイ320が空洞318の中に挿入されたときに、且つ複数のパレット部分319が互いに対して回転するときに、ダイ320は曲げ可能である。この特徴は、複合材チャージ130のハット部分131に支持を提供しながら、複数のパレット部分319を回転させ、それによって、しわのリスクを低減させる。
幾つかの実施例では、ダイ320が、例えば、図5Cで示されるように、枢動ポイントに配置されたダイ回転開口部325を備える。ダイ回転開口部325は、複数のパレット部分319が互いに対して(例えば、面内及び/又は面外に)回転する際に、ダイ320が曲がることを可能にする。幾つかの実施例では、ダイ320が、ダイ320の構造を歪ませることなしに曲がる。幾つかの実施例では、ダイ320が、更なる可撓性を提供する曲げ可能材料から形成される。ダイ回転開口部325の位置は、例えば、図5Cで概略的に示されているように、パレット回転開口部315の位置に対応する。幾つかの実施例では、ダイ320が、曲げ可能材料から形成され、ダイ回転開口部325を含まない。
方法の実施例
図2Aは、本開示の幾つかの実施例による、少なくとも面内の曲げ又は又は面外の曲げを有するストリンガ110用の湾曲した複合材チャージを形成するための方法200に対応する工程フローチャートである。幾つかの実施例では、湾曲した複合材チャージ及び対応するストリンガ110が、面内と面外との両方において曲がる。更に、ストリンガ110は、任意の数の面内の曲げ及び/又は面外の曲げを有し得る。
方法200の動作は、ストリンガ形成デバイス300を使用して実行される。その様々な実施例が、例えば、図4Aを参照しながら上述されている。一般に、ストリンガ形成デバイス300は、パレット310及びダイ320を備える。今度は、パレット310が、複数のパレット部分319を備える。それによって、複数のパレット部分319の各パレット部分は、複数のパレット部分319のうちの少なくとも1つの他のものと回転可能に結合される。パレット310は、空洞318を備える。空洞318は、複数のパレット部分319の各パレット部分を通って延在する。空洞318は、空洞面317によって画定される。
幾つかの実施例では、方法200が、複合材チャージ130をパレット310の処理面314上に配置すること(図2Aのブロック210)で開始する。より具体的には、複合材チャージ130が、例えば、図3Aで概略的に示されているように、パレット310の空洞318を覆って配置される。
更に、複合材チャージ130は、複数のパレット部分319の各パレット部分を覆って、且つそれと接触するよう配置される。
一般に、ストリンガ110を形成するのに適した複合材チャージ130の任意の実施例は、本開示の範囲内にある。例えば、複合材チャージ130は、プリプレグと称され得る未硬化の予め含漬させた強化テープ又は布地を備える。このテープ又は布地は、マトリクス材料(ポリマーなど、又はより具体的には、エポキシやフェノール樹脂)内に埋め込まれた繊維(グラファイト繊維など)を備える。幾つかの実施例では、テープ又は布地が、設計、及び結果として生じる複合材ストリンガ内の所望の強化の程度に応じて、単方向であるか又は織られている。
図3A〜図3Cを参照すると、複合材チャージ130は、ハット部分131、及びハット部分131と一体的であり且つハット部分131によって相互連結されたフランジ部分136を備える。ハット部分131は、複合材チャージ130が形作られるときに、ストリンガのハット部分に変換される。幾つかの実施例では、フランジ部分136の形状が、複合材チャージ130が形作られるときに、実質的に変化しないまま(例えば、同一平面のまま)である。幾つかの実施例では、複合材チャージ130が、全体の工程の少なくともこの段階で、実質的に直線的/平面的である。
図2Aを参照すると、方法200が、複合材チャージ130のハット部分131をダイ320と接触させること(ブロック220)に進む。この動作中、ダイ320は、例えば、図3Bで概略的に示されているように、空洞318と位置合わせされる。この段階で、ハット部分131もダイ320も空洞の中に突出していないことに留意されたい。更に、フランジ部分136は、パレット310の処理面314と接触したままである。
図2Aを参照すると、方法200は、ダイ320を空洞318の中に挿入すること(ブロック225)に進む。このダイ挿入動作は、例えば、図3C及び図3Dで概略的に示されているように、少なくともハット部分131を折り曲げて、ダイ320に適合させること(ブロック230)を含む。この段階で、ハット部分131は、ダイ320と、空洞318を形成しているパレット310の表面との間で圧縮される。この実施例では、ブロック230とブロック225とによって表されている動作が重なる。代替的に、ブロック230とブロック225とによって表されている動作は、異なる時間に実行される。例えば、ダイ320が空洞318の中に挿入される前に、例えば、別のデバイスを使用して、ハット部分131がダイ320に適合するように折り曲げられる。
幾つかの実施例では、折り曲げ動作(ブロック230)が、例えば、図3Cで概略的に示されているように、フランジ部分136を処理面314から離れるように配置すること(ブロック232)を含む。様々な技法が、範囲内にある。例えば、フランジ部分136を持ち上げるように、縁部が処理面314の上でスライドされる。より具体的な実施例では、フランジ部分136が、図3Dで概略的に示されているように、スイーパー330に適合される(ブロック234)。フランジ部分136は、ダイ320が空洞318の中に挿入される前、後、又は間の何れかにおいて、処理面314から離れるように配置されることに留意されたい。後の動作中に、例えば、複数のパレット部分319のうちの2以上のパレット部分を互いに対して回転させた後で、フランジ部分136は、例えば、図3Eで概略的に示されているように、スイーパー330によって、処理面314と接触するように押される。
処理面314に対するフランジ部分136の様々な方向付けが範囲内にある。例えば、フランジ部分136のそれぞれと処理面314との間の角度(α)が、45度と90度との間である。幾つかの実施例では、この角度が、複合材チャージ130が受けることになる面内の曲げの程度に応じる。幾つかの実施例では、フランジ部分136を処理面314から離れるように持ち上げることが、複合材チャージ130を曲げる前に実行される。幾つかの実施例では、フランジ部分136が、例えば、図3Dで概略的に示されているように、ダイ320の上に配置されたスイーパー330に適合される。
幾つかの実施例では、折り曲げ動作(ブロック230)が、挿入動作(ブロック225)とは独立している。例えば、ハット部分131は、例えば、他の形成ツールを使用して、少なくとも部分的に、ダイ320を空洞318の中に挿入する前に形成される。
図2Aを参照すると、方法200は、複数のパレット部分319のうちの2以上のパレット部分を互いに対して回転させること(ブロック250)に進む。回転は、以下で更に説明されるように、1以上の軸390の周りで実行される。この回転動作は、湾曲した複合材チャージ140を形成する。幾つかの実施例では、複数のパレット部分319のうちの2以上のパレット部分が、互いに対して回転される間に、ダイ320は空洞318の中に挿入されたままであり、それは、ダイ320が、ブロック258を参照しながら以下で更に説明されるように曲がることをもたらすことに留意されたい。ダイ320は、この回転動作中に少なくともハット部分131に対する支持を提供する。
1以上の軸390の実施例が、図4Aで示され、第1の軸391、第2の軸392、及び第3の軸393として特定される。具体的には、複数のパレット部分319が、互いと回転可能に結合された、第1のパレット部分311と第2のパレット部分312とを備える。幾つかの実施例では、第1のパレット部分311と第2のパレット部分312とが、第1の軸391の周りで互いに対して回転される(ブロック252)。この実施例は、面内回転と称され得る。というのも、第1のパレット部分311が、例えば、図4C及び図4Dで概略的に示されているように、パレット310の処理面314と垂直だからである。図4Aは、処理面314から離れるように配置されたフランジ部分136を示している。それは、第1の軸391の周りの回転を容易にし、しわのリスクを低減させる。
幾つかの実施例では、第1のパレット部分311と第2のパレット部分312とが、第2の軸392の周りで互いに対して回転される(ブロック256)。この実施例は、面外回転と称され得る。というのも、第2の軸392が、図6A及び図6Bで概略的に示されているように、パレット310の処理面314と平行だからである。第2の軸392の周りの回転は、上述された面内回転のようにフランジ部分136が処理面314から離れるように配置されることを必要としない。幾つかの実施例では、この種類の回転が、フランジ部分136が処理面314と接触した状態で実行される。したがって、幾つかの実施例では、方法200又はより具体的にはパレット回転動作(ブロック250)が、フランジ部分136の方向付けを変更すること(ブロック254)を含む。
幾つかの実施例では、第1のパレット部分311と第2のパレット部分312とが、図4B及び図4C並びに図6A及び図6Bでも示されているように、第1の軸391と第2の軸392の両方の周りで互いに対して回転される。例えば、これらのパレット部分319は、第2の軸392の周りで回転される前に、先ず第1の軸391の周りで(互いに対して)回転される。より具体的には、幾つかの実施例では、一旦第1の軸391の周りでの回転が完了すると、第2の軸392の周りでの回転の前に、方法200が、処理面314に対するフランジ部分136の方向付けを変更すること、例えば、フランジ部分136を処理面314と接触するように配置することを含む。代替的に、これらのパレット部分は、同時に第1の軸391と第2の軸392との周りで(互いに対して)回転される。
幾つかの実施例では、複数のパレット部分319のうちの2以上のパレット部分が、ダイ320が空洞318の中に挿入され、ハット部分131がダイ320と空洞面317との間に配置された後で、互いに対して回転される。言い換えると、回転動作(ブロック250)は、ダイ320を曲げること(ブロック258)も含む。以下で更に説明されるように、ダイ320は、曲げ可能であり、複数のパレット部分319が回転されている間にハット部分131を支持することを可能にする。
幾つかの実施例では、図2Aのブロック225とブロック250とによって表されている動作が時間的に重なる。具体的には、複数のパレット部分319のうちの2以上のパレット部分が、ダイ320が空洞318の中に挿入されている間に互いに対して回転される。より具体的には、挿入動作(ブロック225)に関連付けられた様々な処理パラメータ及び曲げ動作(ブロック250)に関連付けられた様々な処理パラメータも、動的に制御される。例えば、各動作の開始時間、各動作の速度、及び/又は他の同様なパラメータが、動作中に変動する。より具体的には、複数のパレット部分319のうちの2以上のパレット部分が互いに対して回転される回転速度、及びダイ320が空洞318の中に挿入される挿入速度が、動的に制御される。
幾つかの実施例では、複数のパレット部分319のうちの少なくとも2つのパレット部分が、例えば、図4B及び図4Cで概略的に示されているように、異なる長さを有する。例えば、各パレット部分の長さは、ストリンガ110の必要とされる湾曲、例えば、隣接する曲げポイントの間の距離に応じる。幾つかの実施例では、パレット310が、短いパレット部分から形成された高度に関節式のパレットである。それによって、任意の2つの隣接するパレット部分は、少なくとも2つの軸の周りで互いに対して回転することができる。
幾つかの実施例では、パレット310の処理面314が、複数のパレット部分319の各隣接する対の間に1以上の切り欠きを有する。1以上の切り欠きは、複数のパレット部分319のうちの2以上のパレット部分が互いに対して回転すること(ブロック250)を可能にする。これらの切り欠きは、面内回転について図4A〜図4Cで、面外回転について図6Aで概略的に示されている。
幾つかの実施例では、例えば、フランジ部分136が、以前に処理面314から離れるように配置されたときに、方法200が、フランジ部分136を処理面314と接触するように配置すること(ブロック260)を更に含む。処理面314と接触するように配置されたフランジ部分136は、図5A及び図5Bのみならず図3Eでも概略的に示されている。この動作は、複数のパレット部分319のうちの2以上のパレット部分が、互いに対して回転されてしまった後で実行される。
幾つかの実施例では、フランジ配置動作(ブロック260)が、例えば、図3D及び図3Eで概略的に示されているように、スイーパー330を用いてフランジ部分136をスイープ(sweep)することを含む。具体的には、スイーパー330が、ダイ320から離れるように移動して、フランジ部分136を処理面314と接触するように押す。
幾つかの実施例では、このフランジ配置動作(ブロック260)が、例えば、図5Aで概略的に示されているように、処理面314と束縛プレート350との間に配置されたブラダー(bladder)340を膨張させることを含む。ブラダー340が膨張すると、ブラダー340は、サイズが大きくなり、フランジ部分136を処理面314と接触するように押す。更に、幾つかの実施例では、束縛プレート350が、パレット310に向けて下がるように移動する。これらの実施例では、ブラダー340が、フランジ部分136を加圧及び圧密する。
図5Bを参照すると、幾つかの実施例では、束縛プレート350が、枢動ポイントに配置されたプレート回転開口部355を備える。プレート回転開口部355は、束縛プレート350が、複数のパレット部分319が互いに対して(例えば、面内及び/又は面外に)回転する際に曲がることを可能にする。幾つかの実施例では、束縛プレート350が、束縛プレート350の構造を歪ませることなしに曲がる。幾つかの実施例では、束縛プレート350が、更なる可撓性を提供する曲げ可能材料から形成される。プレート回転開口部355の位置は、例えば、図5Bで概略的に示されているように、パレット回転開口部315の位置に対応する。幾つかの実施例では、それぞれのスイーパー330が、それぞれの束縛プレート350に結合され、したがって、そのような一実施例では、スイーパー330も、互いに対して回転するように構成される。
幾つかの実施例では、方法200が、ダイ320を空洞318から引き出すこと(ブロック270)、湾曲した複合材チャージ140をパレット310から分離させること(ブロック272)、及び、湾曲した複合材チャージ140を硬化させ、それによって、ストリンガ110を形成すること(ブロック274)を更に含む。
図2Bは、面内及び/又は面外の曲げを有する湾曲した複合材チャージを形成するための方法の別の一実施例に対応する工程フローチャートである。この実施例は、方法290と称され得る。方法290は、幾つかの点に関して方法200(図2Aで示されている)と類似している。したがって、方法290は、一般的な文脈において且つ方法200を参照しながら説明される。しかし、実施例では、方法200に関連して上述された任意の可能性及び変形が、方法290に対して等しく適用され得ることを明らかに留意されたい。
方法290は、ダイ320及び複合材チャージ(例えば、複合材チャージ130)を、パレット310の空洞318の中に挿入すること(ブロック292)を含む。上述されたように、パレット310は、互いと回転可能に結合された複数のパレット部分319を備える。方法290は、複数のパレット部分319のうちの2以上のパレット部分を1以上の軸390の周りで互いに対して回転させ、それによって、複合材チャージ130から湾曲した複合材チャージ140を形成すること(ブロック295)を含む。
実施例の範囲内で、ダイ320及び複合材チャージ130を空洞318の中に挿入することは、ダイ320を空洞318の中に挿入することによって、複合材チャージ130のハット部分131を折り曲げること(ブロック293)を含む。
実施例の範囲内で、回転させることは、複数のパレット部分319のうちの2以上のパレット部分を、第1の軸391の周りで互いに対して回転させること(ブロック296)、及び/又は、複数のパレット部分(319)のうちの2以上のパレット部分を、第2の軸392の周りで互いに対して回転させること(ブロック297)を含む。
方法290の実施例の範囲内で、複合材チャージ130のフランジ部分136は、複数のパレット部分319のうちの2以上のパレット部分が互いに対して回転される際に、複数のパレット部分319から離れるように配置される。
方法290の実施例の範囲内で、複数のパレット部分319のうちの2以上のパレット部分は、ダイ320が空洞318の中に挿入されている間に互いに対して回転される。
方法290の実施例の範囲内で、複数のパレット部分319のうちの2以上のパレット部分は、ダイ320が空洞318の中に挿入された後で互いに対して回転される。
方法290の実施例の範囲内で、複数のパレット部分319のうちの2以上のパレット部分を互いに対して回転させることは、ダイ320が空洞318の中に挿入されている間にダイ320を曲げることを含む。
航空機の実施例
上述された幾つかの実施例、方法、及びシステムは、航空機に、より一般的には、航空宇宙産業によって使用される。具体的には、これらの方法及びシステムが、航空機の保守及び整備中のみならず航空機の製造中に使用され得る。
したがって、上述された装置及び方法は、図7で示される航空機の製造及び保守方法900、並びに図8で示される航空機902に適用可能である。製造前の段階では、方法900が、航空機902の仕様及び設計904と材料の調達906とを含む。製造段階では、航空機902の構成要素及びサブアセンブリの製造908、並びにシステムインテグレーション910が行われる。その後、航空機902は、運航914に供されるために、認可及び納品912を経る。顧客により運航される間、航空機902は、改造、再構成、改修なども含む、定期的な整備及び保守916が予定される。
幾つかの実施例では、方法900のプロセスのそれぞれが、システムインテグレータ、第三者、及び/又はオペレータ、例えば、顧客によって実施又は実行され得る。本説明の目的のために、システムインテグレータは、限定しないが、任意の数の航空機製造者及び主要システムの下請業者を含み、第三者は、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含み、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などであり得る。
図8で示されているように、方法900によって製造された航空機902は、複数のシステム920及び内装922を有する機体918を含む。システム920の例は、推進システム924、電気システム926、液圧システム928、及び環境システム930のうちの1以上を含む。任意の数の他のシステムも含まれ得る。航空宇宙産業の実施例を示しているが、本明細書で説明される実施例の原理は、自動車産業などの他の産業に適用してもよい。
本明細書で提示されている装置及び方法は、方法900の段階のうちの任意の1以上の最中に採用され得る。例えば、製造908に対応する構成要素又はサブアセンブリは、航空機902の運航中に製造される構成要素又はサブアセンブリと同様のやり方で製作又は製造される。また、1以上の装置の実施例、方法の実施例、又はそれらの組み合わせは、例えば、航空機902の組み立てを実質的に効率化するか、又は航空機902の費用を削減することによって、製造908及びシステムインテグレーション910中に利用される。同様に、装置の実施例、方法の実施例、又はこれらの組み合わせのうちの1以上は、航空機902の運航中、例えば、限定しないが、整備及び保守916に利用される。
更なる実施例
更に、説明は、以下の条項による実施例を含む。
条項1.
湾曲した複合材チャージを形成するための方法であって、
複合材チャージをパレットの処理面上に且つ前記パレットの空洞を覆うように配置することであって、
前記複合材チャージは、ハット部分とフランジ部分とを備え、前記フランジ部分は、前記ハット部分と一体的であり且つ前記ハット部分によって相互連結され、
前記パレットは、複数のパレット部分を備え、前記複数のパレット部分の各パレット部分は、前記複数のパレット部分のうちの少なくとも1つの他のパレット部分と回転可能に結合され、
前記空洞は、前記複数のパレット部分の各パレット部分を通って延在し、
前記複合材チャージは、前記複数のパレット部分の各パレット部分を覆って配置され、且つ前記複数のパレット部分の各パレット部分と接触する、複合材チャージをパレットの処理面上に且つ前記パレットの空洞を覆うように配置すること、
ダイが、空洞面によって画定される前記空洞と位置合わせされるように、前記複合材チャージの前記ハット部分を前記ダイと接触させること、
前記ダイに適合するように、少なくとも前記ハット部分を折り曲げること、
前記ハット部分が、前記ダイと前記空洞面との間に配置され、前記ダイと前記空洞面のそれぞれに適合するように、前記ダイを前記空洞の中に挿入すること、及び
前記複数のパレット部分のうちの2以上のパレット部分を、1以上の軸の周りで互いに対して回転させ、それによって、湾曲した複合材チャージを形成することを含む、方法。
条項2.
前記複数のパレット部分のうちの前記2以上のパレット部分が互いに対して回転される際に、前記フランジ部分が前記パレットの前記処理面から離れるように配置される、条項1に記載の方法。
条項3.
少なくとも前記ハット部分を折り曲げることは、前記フランジ部分を前記処理面から離れるように配置することを含む、条項2に記載の方法。
条項4.
前記フランジ部分を前記処理面から離れるように配置することは、前記フランジ部分を前記ダイの上に配置されたスイーパーに適合させることを含む、条項3に記載の方法。
条項5.
前記複数のパレット部分のうちの2以上のパレット部分が、互いに対して回転された後で、前記フランジ部分を前記処理面と接触するように配置することを更に含む、条項2に記載の方法。
条項6.
前記フランジ部分を前記処理面と接触するように配置することは、
前記フランジ部分を、前記ダイの上に配置されたスイーパーでスイープすること、
前記処理面と束縛プレートとの間に配置されたブラダーを膨張させること、又は
前記束縛プレートを使用して、前記フランジ部分を前記処理面と接触するように押すこと、のうちの1以上を含む、条項5に記載の方法。
条項7.
前記1以上の軸は、前記パレットの前記処理面と垂直な第1の軸を含む、条項1から6のいずれか一項に記載の方法。
条項8.
前記1以上の軸は、前記パレットの前記処理面と平行な第2の軸を含む、条項1から7のいずれか一項に記載の方法。
条項9.
前記1以上の軸は、第1の軸と第2の軸を含み、
前記第1の軸は、前記パレットの前記処理面と垂直であり、
前記第2の軸は、前記パレットの前記処理面と平行であり、
前記方法は、前記複数のパレット部分のうちの前記2以上のパレット部分を、前記第1の軸と前記第2の軸の周りで互いに対して回転させることを更に含む、条項1から8のいずれか一項に記載の方法。
条項10.
前記複数のパレット部分のうちの前記2以上のパレット部分は、前記第2の軸の周りで回転される前に、前記第1の軸の周りで互いに対して回転される、条項9に記載の方法。
条項11.
前記複数のパレット部分のうちの前記2以上のパレット部分は、前記第1の軸の周りと前記第2の軸の周りで同時に互いに対して回転される、条項9に記載の方法。
条項12.
前記複数のパレット部分のうちの前記2以上のパレット部分が、前記第1の軸の周りで互いに対して回転された後で、前記第2の軸の周りで回転される前に、前記処理面に対する前記フランジ部分の方向付けを変更することを更に含む、条項9に記載の方法。
条項13.
前記ダイを前記空洞から引き出すこと、
前記湾曲した複合材チャージを前記パレットから分離させること、及び
前記湾曲した複合材チャージを硬化させ、それによって、ストリンガを形成することを更に含む、条項1から12のいずれか一項に記載の方法。
条項14.
前記ダイが前記空洞の中に挿入され、前記ハット部分が前記ダイと前記空洞面との間に配置された後で、前記複数のパレット部分のうちの前記2以上のパレット部分が、互いに対して回転される、条項1から13のいずれか一項に記載の方法。
条項15.
前記複数のパレット部分のうちの前記2以上のパレット部分は、前記ダイが前記空洞の中に挿入されている間に互いに対して回転される、条項1から14のいずれか一項に記載の方法。
条項16.
前記複数のパレット部分のうちの前記2以上のパレット部分が互いに対して回転される回転速度と、前記ダイが前記空洞の中に挿入される挿入速度とが、動的に制御される、条項15に記載の方法。
条項17.
前記複数のパレット部分のうちの少なくとも2つが、異なる長さを有する、条項1から16のいずれか一項に記載の方法。
条項18.
前記複数のパレット部分のうちの2以上のパレット部分を互いに対して回転させることは、前記ダイが前記空洞の中に挿入されている間に、前記ダイを曲げることを含む、条項1から17のいずれか一項に記載の方法。
条項19.
前記パレットの前記処理面は、前記複数のパレット部分の各隣接する対の間に1以上のカットアウトを含み、
前記1以上のカットアウトは、前記複数のパレット部分のうちの2以上のパレット部分を互いに対して回転させることを可能にする、条項1から18のいずれか一項に記載の方法。
条項20.
前記複数のパレット部分のうちの2以上のパレット部分を互いに対して回転させることは、前記フランジ部分が前記処理面と接触するように配置されている間に実行される、条項1から19のいずれか一項に記載の方法。
条項21.
ダイ及び複合材チャージを、互いと回転可能に結合された複数のパレット部分を備えるパレットの空洞の中に挿入すること、及び
前記複数のパレット部分のうちの2以上のパレット部分を1以上の軸の周りで互いに対して回転させ、それによって、前記複合材チャージから湾曲した複合材チャージを形成することを含む、方法。
条項22.
前記複数のパレット部分のうちの前記2以上のパレット部分が互いに対して回転される際に、前記複合材チャージのフランジ部分が、前記複数のパレット分から離れるように配置される、条項21に記載の方法。
条項23.
前記複数のパレット部分のうちの前記2以上のパレット部分は、前記ダイが前記空洞の中に挿入されている間に互いに対して回転される、条項21又は22に記載の方法。
条項24.
前記複数のパレット部分のうちの前記2以上のパレット部分は、前記ダイが前記空洞の中に挿入された後で互いに対して回転される、条項21から23のいずれか一項に記載の方法。
条項25.
前記複数のパレット部分のうちの2以上のパレット部分を互いに対して回転させることは、前記ダイが前記空洞の中に挿入されている間に、前記ダイを曲げることを含む、条項24に記載の方法。
条項26.
複数のパレット部分を備えるパレットであって、
前記複数のパレット部分の各パレット部分が、前記複数のパレット部分のうちの少なくとも1つの他のパレット部分と回転可能に結合され、
前記パレットが、処理面と、前記処理面から離れるように且つ前記パレットの中に延在する空洞とを更に備える、パレット、及び
前記空洞と位置合わせされ、且つ前記空洞の断面に対応する断面を有するダイであって、前記パレットの前記処理面と垂直な方向において前記パレットに対して移動可能であるダイを備える、ストリンガ形成デバイス。
条項27.
前記ダイが前記空洞の中に挿入され、且つ前記複数のパレット部分が互いに対して回転するとき、前記ダイが曲げ可能である、条項26に記載のストリンガ形成デバイス。
条項28.
前記複数のパレット部分は、前記パレットの前記処理面と垂直な第1の軸を含む1以上の軸の周りで互いに対して回転可能である、条項26又は27に記載のストリンガ形成デバイス。
条項29.
前記複数のパレット部分は、前記パレットの前記処理面と平行な第2の軸を含む1以上の軸の周りで互いに対して回転可能である、条項28に記載のストリンガ形成デバイス。
条項30.
前記複数のパレット部分は、前記パレットの前記処理面と平行な第2の軸を含む1以上の軸の周りで互いに対して回転可能である、条項26から29のいずれか一項に記載のストリンガ形成デバイス。
条項31.
前記ダイと摺動可能に結合され、前記処理面と平行な方向に摺動するように構成されたスイーパーを更に備える、条項26から30のいずれか一項に記載のストリンガ形成デバイス。
結論
前述の概念は、理解の明確化を目的としてやや詳細に説明されているが、付随する特許請求の範囲内で、ある一定の変更及び修正が実践されうることは明白であろう。プロセス、システム、及び装置の実施には、多数の代替的な様態があることに留意されたい。したがって、本明細書の実施例は、例示的なものであって、限定的なものではないとみなすべきである。

Claims (10)

  1. 湾曲した複合材チャージを形成するための方法(200)であって、
    複合材チャージ(130)をパレット(310)の処理面(314)上に且つ前記パレット(310)の空洞(318)を覆うように配置すること(210)であって、
    前記複合材チャージ(130)は、ハット部分(131)とフランジ部分(136)とを備え、前記フランジ部分(136)は、前記ハット部分(131)と一体的であり且つ前記ハット部分(131)によって相互連結され、
    前記パレット(310)は、複数のパレット部分(319)を備え、前記複数のパレット部分(319)の各パレット部分は、前記複数のパレット部分(319)のうちの少なくとも1つの他のパレット部分と回転可能に結合され、
    前記空洞(318)は、前記複数のパレット部分(319)の各パレット部分を通って延在し、
    前記複合材チャージ(130)は、前記複数のパレット部分(319)の各パレット部分を覆って配置され、且つ前記複数のパレット部分(319)の各パレット部分と接触する、複合材チャージ(130)をパレット(310)の処理面(314)上に且つ前記パレット(310)の空洞(318)を覆うように配置すること(210)、
    ダイ(320)が、空洞面(317)によって画定される前記空洞(318)と位置合わせされるように、前記複合材チャージ(130)の前記ハット部分(131)を前記ダイ(320)と接触させること(220)、
    前記ダイ(320)に適合するように、少なくとも前記ハット部分(131)を折り曲げること(230)、
    前記ハット部分(131)が、前記ダイ(320)と前記空洞面(317)との間に配置され、前記ダイ(320)と前記空洞面(317)のそれぞれに適合するように、前記ダイ(320)を前記空洞(318)の中に挿入すること(225)、及び
    前記複数のパレット部分(319)のうちの2以上のパレット部分を、1以上の軸(390)の周りで互いに対して回転させ、それによって、湾曲した複合材チャージ(140)を形成すること(250)を含む、方法(200)。
  2. 前記複数のパレット部分(319)のうちの前記2以上のパレット部分が互いに対して回転される際に、前記フランジ部分(136)が前記パレット(310)の前記処理面(314)から離れるように配置される、請求項1に記載の方法(200)。
  3. 少なくとも前記ハット部分(131)を折り曲げること(230)は、前記フランジ部分(136)を前記処理面(314)から離れるように配置すること(232)を含む、請求項2に記載の方法(200)。
  4. 前記フランジ部分(136)を前記処理面(314)から離れるように配置すること(232)は、前記フランジ部分(136)を前記ダイ(320)の上に配置されたスイーパー(330)に適合させること(234)を含む、請求項3に記載の方法(200)。
  5. 前記複数のパレット部分(319)のうちの2以上のパレット部分が、互いに対して回転された後で、前記フランジ部分(136)を前記処理面(314)と接触するように配置すること(260)を更に含む、請求項2に記載の方法(200)。
  6. 前記フランジ部分(136)を前記処理面(314)と接触するように配置すること(260)は、
    前記フランジ部分(136)を、前記ダイ(320)の上に配置されたスイーパー(330)でスイープすること、
    前記処理面(314)と束縛プレート(350)との間に配置されたブラダー(340)を膨張させること、又は
    前記束縛プレート(350)を使用して、前記フランジ部分(136)を前記処理面(314)と接触するように押すこと、のうちの1以上を含む、請求項5に記載の方法(200)。
  7. 前記1以上の軸(390)は、第1の軸(391)と第2の軸(392)を含み、
    前記第1の軸(391)は、前記パレット(310)の前記処理面(314)と垂直であり、
    前記第2の軸(392)は、前記パレット(310)の前記処理面(314)と平行であり、
    前記方法は、前記複数のパレット部分(319)のうちの前記2以上のパレット部分を、前記第1の軸(391)と前記第2の軸(392)の周りで互いに対して回転させること(250)を更に含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法(200)。
  8. 前記複数のパレット部分(319)のうちの前記2以上のパレット部分が、前記第1の軸(391)の周りで互いに対して回転された後で、前記第2の軸(392)の周りで回転される前に、前記処理面(314)に対する前記フランジ部分(136)の方向付けを変更すること(254)を更に含む、請求項7に記載の方法(200)。
  9. 前記パレット(310)の前記処理面(314)は、前記複数のパレット部分(319)の各隣接する対の間に1以上のカットアウトを含み、
    前記1以上のカットアウトは、前記複数のパレット部分(319)のうちの2以上のパレット部分を互いに対して回転させること(250)を可能にする、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法(200)。
  10. 複数のパレット部分(319)を備えるパレット(310)であって、
    前記複数のパレット部分(319)の各パレット部分が、前記複数のパレット部分(319)のうちの少なくとも1つの他のパレット部分と回転可能に結合され、
    前記パレット(310)が、処理面(314)と、前記処理面(314)から離れるように且つ前記パレット(310)の中に延在する空洞(318)とを更に備える、パレット(310)、及び
    前記空洞(318)と位置合わせされ、且つ前記空洞(318)の断面に対応する断面を有するダイ(320)であって、前記パレット(310)の前記処理面(314)と垂直な方向において前記パレット(310)に対して移動可能であるダイ(320)を備える、ストリンガ形成デバイス(300)。
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