JP2022105979A - 一体化された犠牲表面を備えた複合スパー - Google Patents

Abstract

【課題】一体化された犠牲表面を備えた複合スパーを提供する。【解決手段】フランジ上の1つ又は複数の犠牲部材と共硬化されて、複合スパー用の一体化された犠牲表面が形成される、複合スパーを含む複合アセンブリが説明されている。一実施形態では、複合アセンブリは、ウェブと、ウェブの側面から突出するフランジとを有する複合スパーを含む。複合アセンブリは、フランジの少なくとも1つの外面上に複合スパーと共硬化された複合材料の犠牲部材を更に含む。更に、犠牲部材は、少なくとも1つのスキンパネルとの接触面を形成するように、航空機構造用の少なくとも1つのスキンパネルの内面に一致するように機械加工された外面を有する。【選択図】図2

Description

本開示は、航空機構造の分野に関し、特に、構造部材としてスパーを利用する航空機構造に関する。

航空機の翼の組立てプロセスでは、リブ及びスパーを組み立てて翼の骨格を形成する。スパーは、一般的には、翼の主構造部材を形成し、翼の長さに沿って延びる。リブは、スパーに取り付けられ（例えば、リブは翼の前縁で前スパーに取り付けられ、翼の後縁で後スパーに取り付けられ得る）、一般に、翼の翼型を画定する外周形状を有する。翼の外面は、翼のための滑らかな表面を形成するために、リブの周囲及びスパーの周囲に沿って取り付けられるスキンパネルによって形成される。

スキンパネルのスパーへの適切な嵌合を確実にするために、スキンパネルの内面がスパーに接触するスパーの周囲にシムを設置することができる。シムは、スパーの構造健全性に悪影響を及ぼす可能性のある、スパー自体に対する可能な機械加工プロセスを排除するために使用される。

一般的には、シムをスパーに設置するのは時間のかかる手作業であり、スキンパネルとスパーとの間の隙間にシムを入れるために、翼やスパーを使用する他の航空機構造の組立時間及び分解時間について追加の人工数が必要となる。

したがって、前述の説明に基づいて、航空機の製造プロセスを改善すること、特に、スパーを含む航空機構造を組み立てるためのプロセスを改善することが依然として望ましい。

フランジ上の1つ又は複数の犠牲部材と共硬化されて、複合スパー用の一体化された犠牲表面が形成される、複合スパーを含む複合アセンブリが説明されている。一般に、スパーは、スパーの主表面を画定するウェブと、ウェブの側面から突出するフランジとを含む細長い構造体である。スパーは、胴体に対して直角又はほぼ直角に翼内を翼幅方向に延び、翼の主要な構造構成要素を形成する。スパー内のウェブは翼内に垂直に配置され、フランジはスキンパネルを取り付けるための表面を画定する。組立て時に、フランジとスキンパネルとの間に隙間が存在する可能性がある。本明細書に説明の実施形態では、フランジと共硬化された犠牲部材を機械加工して、犠牲部材の外面をスキンパネルの表面と一致させることで、翼又はスパーを利用する他の航空機構造内でスパーとスキンパネルとの間の隙間を軽減するという技術的利益を提供する。

一実施形態は、複合アセンブリを含む。複合アセンブリは、ウェブと、ウェブの側面から突出するフランジとを有する複合スパーを含む。複合アセンブリは、フランジの少なくとも1つの外面上に複合スパーと共硬化された複合材料の犠牲部材を更に含む。更に、犠牲部材は、少なくとも1つのスキンパネルとの接触面を形成するように、航空機構造用の少なくとも1つのスキンパネルの内面に一致するように機械加工された外面を有する。

別の実施形態は、複合アセンブリを製造する方法を含む。本方法は、複合アセンブリの複合スパー用のウェブ部分及びフランジ部分を画定する第1の複合レイアップを組み立てるステップと、複合アセンブリ用の犠牲部材を画定するためにフランジ部分の少なくとも1つの上に第2の複合レイアップを組み立てるステップと、複合アセンブリを固めるために第1の複合レイアップと第2の複合レイアップを共硬化させるステップとを含む。本方法は、少なくとも1つのスキンパネルのための接触面を形成するために、犠牲部材の外面を航空機構造用の少なくとも1つのスキンパネルの内面に一致するように機械加工するステップを更に含む。

別の実施形態は、複合アセンブリを製造する方法を含む。本方法は、複合アセンブリの複合スパーの外形を画定するレイアップマンドレル上に第1の複合レイアップを実施するステップと、外形によって画定された第1の複合レイアップのフランジ部分上に第2の複合レイアップを実施するステップと、複合アセンブリを固めるために第1の複合レイアップ及び第2の複合レイアップを共硬化させるステップとを含み、第1の複合レイアップが複合スパーを形成し、第2の複合レイアップが複合スパー上のフランジ上に犠牲部材を形成する。本方法は、複合スパーのフランジと航空機構造用の少なくとも1つのスキンパネルとの間の推定された間隔公差に基づいて、犠牲部材の機械加工深さを計算するステップと、少なくとも1つのスキンパネルの接触面を形成するために、機械加工深さに基づいて複合スパーの長さの少なくとも一部分に沿って犠牲部材の外面を機械加工するステップとを更に含む。

これまで説明してきた特徴、機能、及び利点は、様々な実施形態において独立して達成することができ、又は、更に他の実施形態において組み合わせることができ、その更なる詳細は、以下の説明及び図面を参照して理解することができる。

ここで、いくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して説明する。同じ参照番号は、全ての図面において同じ要素又は同じタイプの要素を表す。

従来技術における航空機の翼を示す。 例示的な実施形態における複合アセンブリの等角図である。 例示的な実施形態における図2の切断線A－Aに沿った複合アセンブリの断面図である。 例示的な実施形態における航空機構造の一部を示す。 例示的な実施形態における図4の領域の図である。 例示的な実施形態における複合構造体を製造する方法である。 例示的な実施形態における図6の方法の更なる詳細を示す。 例示的な実施形態における図6の方法の更なる詳細を示す。 例示的な実施形態における図6の方法の更なる詳細を示す。 例示的な実施形態における図6の方法の更なる詳細を示す。 例示的な実施形態における図6の方法の更なる詳細を示す。 例示的な実施形態における図6の方法の更なる詳細を示す。 例示的な実施形態における図6の製造方法の様々な段階の等角図である。 例示的な実施形態における図6の製造方法の様々な段階の等角図である。 例示的な実施形態における図6の製造方法の様々な段階の等角図である。 例示的な実施形態における図6の製造方法の様々な段階の等角図である。 例示的な実施形態における図6の製造方法の様々な段階の等角図である。 例示的な実施形態における図6の製造方法の様々な段階の等角図である。 例示的な実施形態における図6の製造方法の様々な段階の等角図である。 例示的な実施形態における図6の製造方法の様々な段階の等角図である。 例示的な実施形態における図6の製造方法の様々な段階の等角図である。 例示的な実施形態における図6の製造方法の様々な段階の等角図である。 例示的な実施形態における図6の製造方法の様々な段階の等角図である。 例示的な実施形態における図6の製造方法の様々な段階の等角図である。 例示的な実施形態における複合構造体を製造する別の方法のフローチャートである。 例示的な実施形態における図25の方法の更なる詳細を示す。 例示的な実施形態における図2の切断線C－Cに沿った複合アセンブリの断面図である。 例示的な実施形態における図2の切断線C－Cに沿った複合アセンブリの断面図である。 例示的な実施形態における航空機の製造及び保守点検方法を示すフローチャートである。 例示的な実施形態における航空機の概略図である。

図面及び以下の説明は、特定の例示的な実施形態を示す。当業者であれば、本明細書に明示的に説明又は図示されていないが、本明細書で説明された原理を具体化し、この説明に続く企図された特許請求の範囲内に含まれる様々な構成を考案できることが理解されるであろう。更に、本明細書で説明の任意の例は、本開示の原理の理解を助けることを意図しており、限定するものではないと解釈されるべきである。結果として、本開示は、以下に説明される特定の実施形態又は例に限定されず、特許請求の範囲及びそれらの均等物によって限定される。

図1は、従来技術の翼100を示している。翼100は、前スパー104と後スパー105との間に延伸する複数のリブ102を含み、前スパー104は翼100の前縁106の近くにあり、後スパー105は翼100の後縁107に向かっている。図1では、リブ102は、翼100の長さに沿って離間しており、その周囲が翼100の翼型の形状を形成する。図1では、翼100は、前縁106に翼型の前部形状を形成するために、前スパー104から翼100の前縁106に向かって延伸するノーズリブ108を含む。翼100はまた、翼100の下にある構造を示すために、この図では部分的に除去された外板110を含む。

図1から明らかなように、リブ102及びスパー104～105は翼100の骨格を形成し、外板110はスパー104～105の間の周辺表面に沿ってリブ102の形状をとる。

図2は、例示的な実施形態における複合アセンブリ200の等角図である。この実施形態では、複合アセンブリ200は、複合スパー202と、航空機の翼、航空機の尾翼、航空機の尾部などの航空機用の構造用構成要素を形成するために共硬化される複合材料の1つ又は複数の犠牲部材204と、を含む。

炭素繊維強化ポリマー（CFRP）部品及び／又はガラス繊維強化ポリマー（GFRP）部品などの複合部品は、最初に、複数の材料層の状態に重ねられ、これは強化層と呼ばれる場合がある。各層内の個々の繊維は互いに平行に整列しているが、異なる寸法に沿って、結果として得られる複合部品の強度を高めるために、異なる層は異なる繊維配向を示す。この層は、未硬化の熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂などの母材を予め含浸させたもので、「プリプレグ」と呼ばれる。代替的に、層を乾燥状態（即ち、「ドライファイバ」）で積層してもよく、その後、硬化させる前に母材を注入してもよい。

再び図2を参照すると、この実施形態の複合スパー202は、長さ206に沿って概ね逆「U」字の形状で延伸する細長い部材である。複合スパー202は、実質的に平坦であり、かつ複合スパー202の主表面210を画定するウェブ208を含む。この実施形態では、フランジ214～215は、ウェブ208の側面212～213から図2の下方向に突出し、複合スパー202の幅216及び複合スパー202の高さ218を画定する。

この実施形態では、犠牲部材204は、フランジ214及び／又はフランジ215に共硬化される。複合アセンブリ200が硬化された後、犠牲部材204の外面220は、複合スパー202のフランジ214及び／又はフランジ215とスキンパネルなどの他の航空機構造との間に生じ得る隙間を軽減するために、製造プロセスの間に、必要に応じて機械加工することができる。犠牲部材204の使用により、スパーフランジがスキンパネルに嵌合されて隙間が存在する場合に通常導入されるであろう手作業によるシムの使用が軽減され、それによってスパー及びスキンパネルを使用する様々な航空機構造を組み立てる際の時間と労力を低減するという技術的利益が得られる。

一般に、犠牲部材204から材料を除去することで複合アセンブリ200の全体的な剛性の変化を最小限に抑えることができるため、犠牲部材204は、複合スパー202の剛性よりも実質的に小さい剛性を有することが望ましい。このタイプの結果を達成するために、複合スパー202は、例えば、非常に高い剛性を有する準等方性レイアップを使用してBMS8－276テープ（CFRP材料）から形成されてもよい。犠牲部材204は、例えば、BMS8－276テープと比較して中程度の剛性を有するBMS8－276布地（別のCFRP材料）から形成されてもよい。犠牲部材204用のBMS8－276布地は、スパン方向の複合アセンブリ200の剛性を最小限に抑えるために、レイアップ中に様々な＋／－45度の向きを使用することができる。犠牲部材204がBMS8－276テープ又は布地のいずれかと比較して低い剛性を有するGFRPから形成される場合、様々なタイプの材料及びこれらの材料の配向が実現され得る。

この実施形態では、犠牲部材204が両方のフランジ214～215上に示されているが、いくつかの実施形態では、犠牲部材204がフランジ214又はフランジ215の一方の上に形成されてもよい。

図3は、例示的な実施形態における図2の切断線A－Aに沿った複合アセンブリ200の断面図である。この実施形態では、複合スパー202は、ウェブ208の側面212でウェブ208とフランジ214との間に屈曲部302を含み、犠牲部材204はフランジ214の外面304に配置される。犠牲部材204は、フランジ214の端部306から屈曲部302に向かって延伸し、屈曲部302に近接する縁部308で終端する。この実施形態では、縁部308は正方形の縁部であるが、他の実施形態では、縁部308はテーパ又はランプなどの他の形を有してもよい。犠牲部材204の縁部308にテーパ又はランプを使用することにより、後述する製造中の複合スパー202における圧縮波の発生を軽減することができる。

犠牲部材204は、フランジ214の外面304と犠牲部材204の外面220との間の距離によって画定される初期厚さ310を有する。一般的には、初期厚さ310は、フランジ214とスキンパネルなどの航空機上の他の構成要素との間の想定公差に基づいて予め選択される。複合アセンブリ200を共硬化させた後、犠牲部材204の外面220を（例えば、複合スパー202の長さ206又は長さ206の部分に沿って犠牲部材204の外面220から材料が除去される（図2参照））機械加工してもよく、これにより、機械加工プロファイル又は機械加工深さに基づいて、犠牲部材204の初期厚さ310を最終厚さ314まで減少させる。犠牲部材204の機械加工によりまた、スキンパネルとの接触面316が生成される。層は図3には示されていないが、複合スパー202と犠牲部材204の両方は、CFRPプライなどの複合材料から形成される。

フランジ214と同様に、複合スパー202は、ウェブ208とフランジ215との間の屈曲部303をウェブ208の側面213に含み、犠牲部材204はフランジ215の外面305に配置される。この実施形態における犠牲部材204は、フランジ215の端部307から屈曲部303に向かって延伸し、屈曲部303に近接する縁部308で終端する。この実施形態では、縁部308は正方形の縁部であるが、他の実施形態では、縁部308は、フランジ214上の犠牲部材204の縁部308と同様の理由で、テーパ又はランプなどの他の形を有してもよい。フランジ215上の犠牲部材204は、フランジ215の外面305と犠牲部材204の外面220との間の距離によって画定される初期厚さ310を有し、これはフランジ214上の犠牲部材204の初期厚さ310と同じであっても異なっていてもよい。一般的には、初期厚さ310は、フランジ215とスキンパネルなどの航空機上の他の構成要素との間の想定公差に基づいて選択され、次いで、犠牲部材204の外面220を機械加工することができ（例えば、複合スパー202の長さ206に沿ってフランジ215において犠牲部材204の外面220から材料が除去される（図2参照））、これにより、犠牲部材204の初期厚さ310が機械加工プロファイルに基づいて最終厚さ314まで減少する。更に、犠牲部材204から除去される材料の量は、複合スパー202の長さ206又は長さ206の一部に沿って変化してもよく、及び／又は犠牲部材204がフランジ214～215のいずれに位置するかに応じて変化してもよい。

図4は、例示的な実施形態における航空機構造400の一部を示す。この実施形態では、航空機構造400は、複合アセンブリ200とスキンパネル402～403とを含む。この実施形態では、フランジ214の犠牲部材204は、スキンパネル402の内面404に近接して配置され、フランジ215の犠牲部材204は、この実施形態ではスキンパネル403の内面405に近接して配置される。

前述のように、シムは、これらの2つの構成要素間に形成される隙間を補償又は軽減するために、組立てプロセス中にスパーフランジとスキンパネルとの間に、手作業で設置されることが多かった。一般に、機械加工プロセスは繊維層を除去して複合スパー202の構造健全性を損なう可能性があるため、複合スパー202上で直接機械加工することは望ましくない。シムの使用はスパー上で直接機械加工することを不可能にするが、シムの使用は、構成要素を一時的に一緒に組み立てること、スパーフランジとそのスキンパネルとの間に存在する可能性のある隙間を測定すること、構成要素を分解すること、及びシムをスパーフランジに結合することを含む時間のかかるプロセスである。次いで、スパーフランジとスキンパネルとの間の最終的な嵌合を達成するために、シムを機械加工することができる。次いで、スパー及びスキンパネルの最終組立てを実施することができる。

犠牲部材204が複合スパー202のフランジ214及び／又はフランジ215と共硬化された状態で、航空機構造400を組み立てる前に犠牲部材204の外面220に機械加工プロセスを実施することができ、これにより、従来の手作業シムプロセスよりも時間と労力が節約される。例えば、犠牲部材204の機械加工プロファイル又は機械加工深さは、複合スパー202のフランジ214～215とスキンパネル402～403の内面404～405との間の想定公差を含む、いくつかの異なる要因に基づいて生成することができる。機械加工プロファイル又は機械加工深さが選択され、複合アセンブリ200がスキンパネル402～403に対する嵌合について試験されると、一体化された犠牲部材を有する後続のスパーを同じプロファイル又は深さに機械加工することができ、各スパーが同じ航空機構造の異なるビルド間で交換可能であることを保証する。機械加工後及び組立て中に、スキンパネル402～403とそれらの対応する犠牲部材204との間に隙間が見つかった場合、機械加工プロファイル又は機械加工深さを複合アセンブリ200のその後の製造のために調整して、航空機構造400の将来のビルドにおける隙間を軽減することができる。

別の例では、複合アセンブリ200及びスキンパネル402～403に対して三次元（3D）スキャンを実施することができ、これを使用して、犠牲部材204に適用する機械加工プロファイルを決定してもよい。この場合、複合アセンブリ200及びスキンパネル402～403を、グループとして使用するために連番化又はマーキングしてもよく、それにより、複合アセンブリ200が同じ航空機構造400の異なるビルドインスタンス間で交換可能である可能性が低くなる。これらの異なるタイプのプロファイル生成プロセスの両方については、後でより詳細に説明する。

図5は、例示的な実施形態における図4の領域406の図である。この実施形態では、犠牲部材204の縁部308は、複合スパー202の屈曲部303に近接するランプ又はテーパの形状である。縁部308にテーパ又はランプを使用することは、硬化中の真空圧縮に起因して、複合スパー202を構成する繊維層に波を発生させる可能性のある製造プロセス中に発生する可能性のある、複合スパー202の変形を軽減するために使用され得る。縁部308は、レイアップ後にランプ状に切断してもよく、又は製造中にランプとして積層してもよい。縁部308がランプとして積層されると、フランジ215の外面305からの距離が増加するにつれて層の幅が減少することがある（例えば、フランジ215の外面305に近接する層502を、フランジ215の外面305に対して遠位にある層504よりも広くすることによって）。図5はまた、スキンパネル403の内面405と接触する接触面316を示し、接触面316は、最終的な厚さ314が達成されるまで犠牲部材204の外面220（図3参照）を機械加工した後に生成される。

図6は、例示的な実施形態における複合構造体を製造する方法600であり、図7～図12は、例示的な実施形態における方法600の追加の詳細を示し、図13～図22は、例示的な実施形態における製造プロセスの様々な段階の等角図である。本明細書で説明する方法は、複合アセンブリ200及び航空機構造400の様々な実施形態に関して説明されるが、方法は、図示又は説明されていない複合アセンブリ200及び航空機構造400の他の構成に適用されてもよい。本明細書で説明する方法のステップは、図示されていない他のステップを含んでいてもよい。また、ステップは、交互の順序で実施されてもよい。

ステップ602は、複合スパー202の部分を画定する第1の複合レイアップを組み立てることを含む。一例では、第1の複合レイアップは、平坦に形成され、複合スパー202（図13参照）の外形を画定するレイアップマンドレル1302上に成形され得る。レイアップマンドレル1302は、複合スパー202のウェブ208の形状を画定する平坦領域1304と、複合スパー202のウェブ208に対するフランジ214の形状及び向きを画定する第1の側面領域1306と、複合スパー202のウェブ208に対するフランジ215の形状及び向きを画定する第2の側面領域1308とを含む。

第1の複合レイアップを組み立てる別の例では、自動繊維配置（AFP）機がレイアップマンドレル1302上で直接にレイアップを実施し得る。図14は、レイアップマンドレル1302の下にある形状又は外形によって画定された複合スパー202のウェブ部分1404、フランジ部分1406～1407、及び屈曲部1408～1409を画定する、レイアップマンドレル1302上の第1の複合レイアップ1402を示す。一般に、第1の複合レイアップ1402は、プリプレグ又はドライレイアップとして形成された、層ごとに配向が変化し得る連続繊維層を含む。更に、層は、フランジ214の端部306からフランジ215の端部307まで連続していてもよい。前述したように、第1の複合レイアップ1402は、硬化後に非常に高い剛性を有する疑似等方性レイアップを有するBMS8－276テープを含んでもよい。

ステップ604は、第1の複合レイアップ1402のフランジ部分1406及び／又はフランジ部分1407上に第2の複合レイアップ1502（図15参照）を組み立てることを含む。例えば、フラットレイアップは、第2の複合レイアップ1502に対して実施され、第1の複合レイアップ1402のフランジ部分1406及び／又はフランジ部分1407に移してもよいし、直接接触してもよい。別の例では、AFP機は、第1の複合レイアップ1402のフランジ部分1406及び／又はフランジ部分1407上に直接レイアップを実施することができる。前述のように、第2の複合レイアップ1502は、BMS8－276 テープと比較して硬化後の剛性が中程度であり、変化する＋／－45度の配向で積層されたBMS8－276 布地、又はBMS8－276 テープもしくはBMS8－276 布地の両方と比較して、硬化後の剛性が低いGFRP材料を含んでもよい。

ステップ606は、複合アセンブリ200を固めるために第1の複合レイアップ1402と第2の複合レイアップ1502とを共硬化させることを含む。例えば、第1の複合レイアップ1402及び第2の複合レイアップ1502を袋に入れ、真空下に置いて第1の複合レイアップ1402及び第2の複合レイアップ1502に圧力を加え、複合アセンブリ200を固めるために加熱してもよい。硬化後に得られる構造は、図2に示すような複合アセンブリ200であり、複合スパー202は、ウェブ部分1404から形成されたウェブ208と、第1の複合レイアップ1402のフランジ部分1406～1407からそれぞれ形成されたフランジ214～215とを有し、犠牲部材204は、フランジ214～215の一方又は両方の上の第2の複合レイアップ1502から形成される。

ステップ608は、犠牲部材204の外面220を、1つ又は複数のスキンパネルの表面に一致するように機械加工することを含む。例えば、犠牲部材204の外面220の機械加工は、犠牲部材204から材料を除去し、スキンパネル402及び／又はスキンパネル403の接触面316を形成するために実施される。機械加工プロセスの前に、犠牲部材204の初期厚さ310は、約0．08インチ～ 0．12インチであってもよい。機械加工プロセスの後、犠牲部材204の最終厚さ314は、約0．03インチ～0．08インチであってもよい。

場合によっては、複合アセンブリ200の製造プロセス中に複合スパー202の構造変化を防止するために、複合スパー202の屈曲部302及び／又は屈曲部303に近接する犠牲部材204の縁部308が特定の形状を有することが望ましい場合がある。この場合、第2の複合レイアップ1502の縁部1504（図15参照）を、テーパ又はランプの形状に形成又は切断し（図7のステップ702参照）、第1の複合レイアップ1402の屈曲部1408～1409とそれぞれ位置合わせすることができる（図7のステップ704参照）。第2の複合レイアップ1502の縁部1504にテーパ形状又はランプ形状を使用することにより、硬化中に圧縮が加えられたときに第1の複合レイアップ1402内での波を防ぐことができる。ランプ又はテーパは、1：1 などの特定の比率を有することができ（図8のステップ802参照）、ランプ又はテーパは、硬化後に図5に示されるように一般に45度の角度を形成する。しかしながら、他の実施形態で、硬化後に犠牲部材204に所望される任意のタイプの縁部308を生成するために、第2の複合レイアップ1502の縁部1504用の他のタイプの形状を使用してもよい。

第1の複合レイアップ1402上への第2の複合レイアップ1502の手作業による配置が硬化前に実施される場合、第2の複合レイアップ1502を、図16に示されるように、作業面1604上に配置された接着フィルム1602上に組み立てることができる（図9のステップ902参照）。図16に示されるように、第2の複合レイアップ1502は、硬化後の初期厚さ310（図3参照）を画定するために使用される、第2の複合レイアップ1502の所望の厚さ1608を達成するために、垂直に積層された多数の層1606を含む。第2の複合レイアップ1502の外面1610は、複合アセンブリ200が硬化した後に犠牲部材204の外面220を形成する。

第2の複合レイアップ1502を接着フィルム1602上に組み立てた後、第2の複合レイアップ1502と接着フィルム1602は、図17に示されるように、組立てプロセスの間に第1の複合レイアップ1402のフランジ部分1406及び／又はフランジ部分1407に移され（ステップ904参照）、接着フィルム1602はフランジ214の外面304及び／又はフランジ215の外面305に接触する。図18の複合アセンブリ200を生成するために、接着フィルム1602が犠牲部材204とフランジ214及び／又はフランジ215との間に配置された状態で、真空バギング、圧縮、及び硬化を実施することができる。図19は、切断線B－Bに沿った図18の断面図を示し、犠牲部材204とフランジ214及び／又はフランジ215との間の接着フィルム1602の配置を示す。

縁部308が犠牲部材204にテーパが付けられている場合、図9及び図16に関して前述したように、第2の複合レイアップ1502を接着フィルム1602上に組み立てることができ、第2の複合レイアップ1502の縁部1504でテーパを切断することができ（ステップ1002及び図20参照）、次いで、縁部1504を屈曲部1408及び／又は屈曲部1409に位置合わせした状態で（ステップ1004及び図17参照）、第2の複合レイアップ1502を第1の複合レイアップ1402のフランジ部分1406及び／又はフランジ部分1407に移すことができる（ステップ904参照）。硬化後、第2の複合レイアップ1502の縁部1504は、図21の複合アセンブリ200の断面に示されるように、複合アセンブリ200の犠牲部材204の縁部308を形成する。

前述のように、複合アセンブリ200が硬化して固まった後に、犠牲部材204の外面220からどれだけの材料を除去するかを決定するために使用できる多数のプロセスがある。1つのプロセスは、複合アセンブリ200を航空機構造400（図4参照）の特定のスキンパネル402～403と連結又は関連付けることを含む。最初に、複合スパー202に結合又は嵌合されるべき1つ又は複数のスキンパネルを識別することができる（図11のステップ1102参照）。複合スパー202を使用する構造の設計に応じて、複数のスキンパネルを、その長さ206に沿って複合スパー202に接着又は嵌合させてもよい。例えば、スキンパネル403は、複合スパー202のフランジ215に設置するように割り当てられていると識別される場合がある（図5参照）。スキンパネル403と犠牲部材204の外面220との間の締めしろを計算することができる（ステップ1104参照）。例えば、スキンパネル403及び複合アセンブリ200の 3Dスキャンを実施し、締めしろの計算に使用してもよい。次いで、締めしろに基づいて犠牲部材204の外面220を機械加工することができる（ステップ1106参照）。例えば、犠牲部材204の外面220は、図22に示されるように、機械加工前の初期厚さ310を有していてもよく、これは硬化前の第2の複合レイアップ1502の厚さ1608に基づいている（図16参照）。次いで、複合スパー202とスキンパネル403とを一緒に組み立てる前に、図22に示されるように、外面220を最終的な厚さ314まで機械加工することができる。外面220からフランジ215に向かって犠牲部材204に切り込む機械加工深さ2202は、所望の最終厚さ314が達成されるまで、犠牲部材204から材料を除去する。図22は、説明の目的で航空機構造400の特定の箇所の断面を単に示しているにすぎないが、機械加工深さ2202は、複合スパー202の長さ206又は長さ206の一部に沿って変化してもよい。更に、この同じプロセスを、フランジ214で犠牲部材204に対して実施してもよいが、機械加工深さ2202及び／又は初期厚さ310は、フランジ214～215の間で異なっていてもよい。

複合アセンブリ200が硬化して固まった後に犠牲部材204から除去する材料の量を決定するために使用することができる別のプロセスは、複合スパー202とスキンパネル402及び／又はスキンパネル403との間の想定公差に基づいて機械加工深さ2202を静的に定義することができ、次いで、複合スパー202とスキンパネル402及び／又はスキンパネル403との間に隙間が見つかった場合に機械加工深さ2202を調整することができる。

まず、犠牲部材204の機械加工深さ2202を最初に計算することができる（図12のステップ1202参照）。例えば、航空機構造400の構成要素は、製造時に、航空機構造400のフランジ214とスキンパネル402及び／又はフランジ215とスキンパネル403との間の隙間の最悪ケースのシナリオを生成するために推定して使用することができ、機械加工深さ2202を最初に決定するために使用することができる製造上のばらつきを有する。図22は、犠牲部材204について計算された機械加工深さ2202の一例を示し、犠牲部材204の外面220からどれだけの材料が除去されるかを示す。

図22に示される機械加工深さ2202まで材料を除去するために、犠牲部材204の外面220に対して機械加工プロセスが実施され（ステップ1204参照）、図5に示すように複合アセンブリ200及びスキンパネル403が再組立てされる（図12のステップ1206参照）。再組立て後、犠牲部材204の接触面316とスキンパネル403の内面405との間の間隔をチェックして、隙間が存在するかどうかを判定する（ステップ1208参照）。図5に示されるように、ギャップが存在しない場合、後続の複合アセンブリを加工するときに機械加工深さ2202を再び使用することができる（ステップ1212参照）。しかしながら、図24に示されるように、複合スパー202の長さ206に沿った任意の点で接触面316とスキンパネル403の内面405との間に隙間2402が存在する場合、隙間2402を軽減するために、製造される後続の複合スパーを機械加工するために機械加工深さ2202を再計算（例えば、低減）してもよい（ステップ1210参照）。

図25は、例示的な実施形態における複合アセンブリ200を製造する別の方法2500のフローチャートであり、図26は、方法2500の追加の詳細を示すフローチャートである。図27～図28は、例示的な実施形態における図2の切断線C－Cに沿ったフランジ215の断面図である。

方法2500のステップ2502は、複合スパー202の外形を画定するレイアップマンドレル1302（図14参照）上に第1の複合レイアップ1402を実施するステップを含む。このステップは、前述の方法600のステップ602と同様であってもよい。ステップ2504は、図15に示されるように、第1の複合レイアップ1402のフランジ部分1406及び／又はフランジ部分1407上に第2の複合レイアップ1502を実施することを含む。このステップは、前述の方法600のステップ604と同様であってもよい。

ステップ2506は、第1の複合レイアップ1402と第2の複合レイアップ1502とを共硬化させることを含む。このステップは、前述の方法600のステップ606と同様であってもよい。このプロセスの結果は、図2の複合アセンブリ200である。

ステップ2508は、複合スパー202のフランジ215と航空機構造400のスキンパネル403との間の推定された間隔公差に基づいて犠牲部材204の機械加工深さを計算することを含み、ステップ2510は、機械加工深さに基づいて犠牲部材204の外面220を機械加工することを含む。

場合によっては、機械加工深さ2702は、図27に示されるように、複合スパーの長さ206に沿って一定である。他の場合では、機械加工深さは、図28に示されるように、複合スパー202の長さ206の一部に沿って変化してもよい（図26のステップ2602参照）。図28では、犠牲部材204の外面220の機械加工は、複合スパーの長さ206の部分2804に沿って第1の機械加工深さ2802まで実施され、犠牲部材204の外面220の機械加工は、複合スパー202の長さ206の部分2808に沿って第2の機械加工深さ2806まで実施されるが、深さは異なる。その結果、犠牲部材204の接触面316は、複合スパー202の長さ206に沿って形状が変化し得る。方法2500は、航空機構造400の複合スパー202のフランジ215及びスキンパネル403に関して説明されているが、方法2500は、航空機構造400の複合スパー202のフランジ214及びスキンパネル402、又はスパーを使用する航空機用の任意の他のタイプの構造にも等しく適用される。

複合スパー202上の共硬化犠牲部材204の使用によって、犠牲面をフランジ214及び／又はフランジ215に一体化され、それによって組立プロセス中にスパーにシムを取り付ける手作業ステップが排除される。場合によっては、犠牲プライの機械加工は、スパーを使用する航空機構造を形成する構成要素の積層における推定公差に基づいて実施され、それにより、工場での航空機構造の異なるビルド間で、スパーを再利用することが可能になる。他の場合では、特定のアセンブリの構成要素に対して3Dスキャンを実施し、工場で組み立てるために、これらの特定の構成要素にリンクされる場合もある。

本開示の実施形態は、図29に示すような航空機の製造及び保守点検方法2900と、図30に示すような航空機3004との関連で説明することができる。製造開始前、例示的な方法2900は、航空機3004の仕様及び設計2902、並びに材料調達2904を含むことができる。製造中、航空機3004の構成要素及び部分組立品の製造2906、並びにシステム統合2908が行われる。その後、航空機3004は、就航中2912に配置されるために、認証及び搬送2910を通過することができる。顧客による就航中、航空機3004の定期的な整備及び保守点検2914（これはまた、修正、再構成、改修などを含んでもよい）のスケジュールが組まれる。

方法2900の各プロセスは、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てもよい。この説明の目的のために、システムインテグレータは、任意の数の航空機製造業者及び主要システム下請業者を含むことができるが、これらに限定されず、第三者は、任意の数のベンダ、下請業者、及びサプライヤを含むことができるが、これらに限定されず、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事エンティティ、サービス組織などであってもよい。

図30に示すように、例示的な方法2900によって製造された航空機3004は、複数のシステム3016及び内部3006を有する機体3002を含むことができる。高レベルシステム3016の例は、推進システム3008、電気システム3010、油圧システム3012、及び環境システム3014のうちの1つ又は複数を含む。任意の数の他のシステムを含めることができる。航空宇宙の例が示されているが、本明細書で説明された原理は、自動車産業などの他の産業に適用することができる。

本明細書で具体化される装置及び方法は、製造及び保守点検方法2900の任意の1つ又は複数の段階に使用してもよい。例えば、プロセス2906に対応する構成要素又は部分組立品は、航空機3004の就航中に生産された構成要素又は部分組立品と同様の方法で製作又は製造してもよい。また、1つ又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、又はそれらの組合せは、例えば、航空機3004の組立てを実質的に促進化し、又は航空機のコストを実質的に削減することによって、構成要素及び部分組立品の製造2906、並びにシステム統合2908の際に用いてもよい。同様に、装置の実施形態、方法の実施形態、又はそれらの組合せのうちの1つ又は複数を、航空機3004が就航中にある間に、例えば、限定しないが、整備及び保守点検2914に用いてもよい。

本明細書では特定の実施形態について説明したが、範囲はそれらの特定の実施形態に限定されない。むしろ、範囲は、以下の特許請求の範囲及びその均等物によって定義される。

100 翼
102 リブ
104 前スパー
105 後スパー
106 前縁
107 後縁
108 ノーズリブ
110 外板
200 複合アセンブリ
202 複合スパー
204 犠牲部材
206 長さ
208 ウェブ
210 主表面
212 ウェブ208の側面
213 ウェブ208の側面
214、215 フランジ
216 複合スパー202の幅
218 複合スパー202の高さ
220 犠牲部材204の外面
302、303 屈曲部
304 フランジ214の外面
305 フランジ215の外面
307 フランジ214の端部
307 フランジ215の端部
308 縁部
310 初期厚さ
314 最終厚さ
316 接触面
400 航空機構造
402、403 スキンパネル
404 スキンパネル402の内面
405 スキンパネル403の内面
406 領域
502、504 層
600 方法
1302 レイアップマンドレル
1304 平坦領域
1306 第1の側面領域
1308 第2の側面領域
1402 第1の複合レイアップ
1404 ウェブ部分
1406、1407 フランジ部分
1408、1409 屈曲部
1502 第2の複合レイアップ
1504 第2の複合レイアップ1502の縁部
1602 接着フィルム
1604 作業面
1606 層
1608 厚さ
1610 外面
2202 機械加工深さ
2402 隙間
2500 方法
2702 機械加工深さ
2802 第1の機械加工深さ
2804 部分
2806 第2の機械加工深さ
2808 部分
2900 方法
2902 仕様及び設計
2904 材料調達
2906 構成要素及び部分組立品の製造
2908 システム統合
2910 認証及び搬送
2912 就航中
2914 整備及び保守点検
3002 機体
3004 航空機
3006 内部
3008 推進システム
3010 電気システム
3012 油圧システム
3014 環境システム
3016 高レベルシステム

Claims (20)

1. 複合スパーであって、
   ウェブと、
   前記ウェブの側面から突出するフランジと、
   前記フランジのうちの少なくとも1つの外面上で前記複合スパーと共硬化された複合材料の犠牲部材と
   を含む複合スパーを備え、
   前記犠牲部材は、少なくとも1つのスキンパネルとの接触面を形成するために、航空機構造用の前記少なくとも1つのスキンパネルの内面に一致するように機械加工された外面を有する、
   複合アセンブリ。
2. 前記犠牲部材が、前記ウェブと前記フランジの少なくとも1つとの間の前記複合スパーの屈曲部に向かって前記犠牲部材の厚さを減少させるテーパ状縁部を含む、
   請求項1に記載の複合アセンブリ。
3. 前記テーパ状縁部が1：1のテーパ比を有する傾斜部を形成する、
   請求項2に記載の複合アセンブリ。
4. 前記犠牲部材及び前記複合スパーが炭素繊維強化ポリマー（CFRP）プライを含む、
   請求項1～3のいずれか一項に記載の複合アセンブリ。
5. 前記フランジの少なくとも1つと前記犠牲部材との間に配置された接着フィルム
   を更に備える、請求項1～4のいずれか一項に記載の複合アセンブリ。
6. 前記犠牲部材が0．03インチ～0．08インチの厚さを有する、
   請求項1～5のいずれか一項に記載の複合アセンブリ。
7. 複合アセンブリを製造する方法であって、
   前記複合アセンブリの複合スパー用のウェブ部分及びフランジ部分を画定する第1の複合レイアップを組み立てるステップと、
   前記複合アセンブリ用の犠牲部材を画定するために、前記フランジ部分の少なくとも1つの上に第2の複合レイアップを組み立てるステップと、
   前記複合アセンブリを固めるために、前記第1の複合レイアップ及び前記第2の複合レイアップを共硬化させるステップと、
   前記少なくとも1つのスキンパネル用の接触面を形成するために、前記犠牲部材の外面を航空機構造用の少なくとも1つのスキンパネルの内面に一致するように機械加工するステップと
   を含む、方法。
8. 前記第2の複合レイアップを組み立てるステップが、
   前記第2の複合レイアップにテーパ状縁部を生成するステップと、
   前記テーパ状縁部を、前記第2の複合レイアップの厚さが前記ウェブ部分と前記フランジ部分の少なくとも1つとの間の前記第1の複合レイアップの屈曲部に向かって減少するように、前記屈曲部に位置合わせするステップと
   を更に含む、請求項7に記載の方法。
9. 前記テーパ状縁部を生成するステップが、
   1：1のテーパ比を有するランプを形成するステップ
   を更に含む、請求項8に記載の方法。
10. 前記第1の複合レイアップ及び前記第2の複合レイアップが、炭素繊維強化ポリマー（CFRP）プライを含む、
    請求項7～9のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記第2の複合レイアップを組み立てるステップが、
    前記第2の複合レイアップを接着フィルム上に組み立てるステップと、
    前記接着フィルムが前記フランジ部分のうちの少なくとも1つに接触した状態で、前記第2の複合レイアップを前記フランジ部分のうちの少なくとも1つに移すステップと
    を更に含む、請求項7～10のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記第2の複合レイアップを組み立てるステップが、
    前記第2の複合レイアップを接着フィルム上に組み立てるステップと、
    前記第2の複合レイアップのテーパ状縁部を切断するステップと、
    前記接着フィルムが前記フランジ部分の少なくとも1つと接触した状態で、前記第2の複合レイアップを前記フランジ部分の少なくとも1つに移すステップと、
    前記テーパ状縁部を、前記第2の複合レイアップの厚さが前記ウェブ部分と前記フランジ部分の少なくとも1つとの間の前記第1の複合レイアップの屈曲部に向かって減少するように、前記屈曲部に位置合わせするステップと
    を更に含む、請求項7～11のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記犠牲部材の前記外面を機械加工するステップが、
    前記複合スパーに取り付けられる予定の航空機構造の前記少なくとも1つのスキンパネルを識別するステップと、
    前記少なくとも1つのスキンパネルの前記内面と前記犠牲部材の前記外面との間の締めしろを計算するステップと、
    前記犠牲部材の前記外面を前記少なくとも1つのスキンパネルの前記内面と一致させて、前記少なくとも1つのスキンパネルの前記接触面を形成するために、該締めしろに基づいて前記犠牲部材の前記外面を機械加工するステップと
    を更に含む、請求項7～12のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記犠牲部材の前記外面を機械加工するステップが、
    前記複合スパーと前記少なくとも1つのスキンパネルとの間の推定された間隔公差に基づいて、前記複合スパーの長さに沿った前記犠牲部材の機械加工深さを計算するステップと、
    算出された加工深さに基づいて、前記犠牲部材の前記外面を機械加工するステップと、
    前記航空機構造を形成するために、前記複合スパーと前記少なくとも1つのスキンパネルとを組み立てるステップと、
    前記犠牲部材の前記接触面と前記少なくとも1つのスキンパネルの前記内面との間に隙間が存在すると判定するステップと、
    複合スパー用の犠牲部材に対する後続の機械加工プロセスにおける該隙間を軽減するために、前記機械加工深さを修正するステップと
    を更に含む、請求項7～13のいずれか一項に記載の方法。
15. 複合アセンブリを製造する方法であって、
    前記複合アセンブリの複合スパーの外形を画定するレイアップマンドレル上に第1の複合レイアップを実施するステップと、
    外形によって画定された前記第1の複合レイアップのフランジ部分上に第2の複合レイアップを実施するステップと、
    前記複合アセンブリを固めるために前記第1の複合レイアップ及び前記第2の複合レイアップを共硬化させるステップであって、前記第1の複合レイアップが前記複合スパーを形成し、前記第2の複合レイアップが前記複合スパー上のフランジ上に犠牲部材を形成するステップと、
    前記複合スパーの前記フランジと航空機構造用の少なくとも1つのスキンパネルとの間の推定された間隔公差に基づいて、前記犠牲部材の機械加工深さを計算するステップと、
    前記少なくとも1つのスキンパネルのための接触面を形成するために、前記機械加工深さに基づいて前記複合スパーの長さの少なくとも一部に沿って前記犠牲部材の外面を機械加工するステップと
    を含む、方法。
16. 前記第2の複合レイアップを実施するステップが、
    接着フィルム上に前記第2の複合レイアップを実施するステップと、
    前記第2の複合レイアップのテーパ状縁部を切断するステップと、
    前記接着フィルムが前記フランジ部分と接触した状態で、前記第2の複合レイアップを前記第1の複合レイアップの前記フランジ部分に移すステップと、
    前記第2の複合レイアップの厚さが前記外形によって画定されたウェブ部分と前記フランジ部分との間の前記第1の複合レイアップの屈曲部に向かって減少するように、前記屈曲部に前記第2の複合レイアップの前記テーパ状縁部を位置合わせするステップと
    を含む、請求項15に記載の方法。
17. 前記テーパ状縁部を切断するステップが、
    1：1のテーパ比を有するランプを形成するステップ
    を更に含む、請求項16に記載の方法。
18. 前記第1の複合レイアップ及び前記第2の複合レイアップが炭素繊維強化ポリマー（CFRP）プライを含む、
    請求項15～17のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記外面を機械加工するステップが、
    前記複合スパーの前記長さの少なくとも一部分に沿って前記犠牲部材の前記機械加工深さを変化させるステップ
    を含む、請求項15～18のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記犠牲部材の前記接触面と前記少なくとも1つのスキンパネルの内面との間に隙間が存在すると判定するステップと、
    複合スパー用の犠牲部材に対する後続の機械加工プロセスにおける該隙間を軽減するために、前記機械加工深さを修正するステップと
    を更に含む、請求項15～19のいずれか一項に記載の方法。

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