JP2023030450A - Skin member and vane structure - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、スキン部材及び翼構造に関する。 The present disclosure relates to skin members and wing structures.
例えば航空機の翼には軽量化が求められている。従来からある軽量構造としては、リブにシート材を貼り付けた構造がある。しかしながら、この構造ではシート材が面外変形しやすいので、長時間の使用に対する耐久性に乏しい。 For example, aircraft wings are required to be lightweight. As a conventional lightweight structure, there is a structure in which a sheet material is attached to the ribs. However, in this structure, the sheet material is likely to be deformed out of plane, resulting in poor durability for long-term use.
また、航空機の翼ではないが、特許文献1には、風力タービンブレードの構造が開示されている。この構造によれば、リブ、交差部材、翼桁部材をガラス繊維等で形成されたスキンパネルで覆うこととしている。 Although not an aircraft wing, Patent Document 1 discloses the structure of a wind turbine blade. According to this structure, the ribs, cross members, and spar members are covered with skin panels made of glass fiber or the like.
この他、強度確保のためにサンドイッチ構造のスキンを採用する翼も存在する。ここで、サンドイッチ構造とは、バルサや発泡材等のコア材を繊維強化樹脂で挟み込んだ構造である。 In addition, there are wings that use sandwich skins to ensure strength. Here, the sandwich structure is a structure in which a core material such as balsa or foam material is sandwiched between fiber reinforced resins.
いずれの構造であっても、翼を大型化する場合には翼の重量化が問題となり、軽量でありながら強度が確保された構造が望まれる。 In any structure, when the size of the wing is increased, the weight of the wing becomes a problem.
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、軽量でありながら強度が確保されたスキン部材及び翼構造を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of such circumstances, and an object of the present disclosure is to provide a skin member and a wing structure that are lightweight and yet have sufficient strength.
上記課題を解決するために、本開示のスキン部材及び翼構造は以下の手段を採用する。
すなわち、本開示の一態様に係るスキン部材は、構造物の外板を形成するスキン部材であって、前記外板の形状を構成する格子状の骨組材と、該骨組材の表面に設けられた柔軟性を有する膜材と、を備えている。
In order to solve the above problems, the skin member and wing structure of the present disclosure employ the following means.
That is, the skin member according to an aspect of the present disclosure is a skin member that forms the outer plate of a structure, and includes a lattice-like frame member that forms the shape of the outer plate and a surface of the frame member. and a flexible film material.
また、本開示の一態様に係る翼構造は、上記のスキン部材を備え、前記スキン部材の前記骨組材が翼の外板の形状に倣っている。 Further, a wing structure according to an aspect of the present disclosure includes the skin member described above, and the framework material of the skin member follows the shape of the outer plate of the wing.
本開示によれば、軽量でありながら強度が確保されたスキン部材及び翼構造を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a skin member and a wing structure that are lightweight and yet have sufficient strength.
以下、本開示の一実施形態に係るスキン部材及び翼構造について図面を参照して説明する。 A skin member and a wing structure according to an embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.
スキン部材100は、構造物の外板を形成する部材である。
構造物としては、航空機の翼や再生可能エネルギー発電に用いられる風車や潮流発電などの翼が例示されるが、軽量でありながら強度が確保された外板が要求される構造物であればこの例示に限定されない。
以下では、図1及び図2に示すように、構造物としての翼構造10を例にして説明する。
The
Examples of structures include aircraft wings, wind turbines used for renewable energy generation, and wings for tidal current power generation. Examples are not limiting.
In the following, as shown in FIGS. 1 and 2, a
翼構造10は、例えば航空機の翼に適用可能な既知の流線形状とされた構造物である。
翼構造10は、スキン部材100を備えている。
スキン部材100は、流線形状とされた翼構造10の外板を形成している。
すなわち、スキン部材100が流線形状に倣うように形成されることで、内部に空間が画定された翼構造10の外殻を構成している。
The
That is, the
図1及び図3に示すように、スキン部材100は、骨組材110及び膜材120を有している。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
骨組材110は、複数のロッド材が格子状に組み合わされて構成されている。
例えば、複数のロッド材は、第1ロッド材111と第2ロッド材112とに区別され、それらが適切に交差することで格子状に組み合わされて骨組材110を構成する。
格子は、例えば対角線の距離が20mm~200mm(例えば50mm程度)とされている。
The
For example, the plurality of rod members are divided into
The lattice has, for example, a diagonal distance of 20 mm to 200 mm (for example, about 50 mm).
第1ロッド材111は、所定方向に延在する棒状の部材(例えば5mm角の棒状の部材)である。ここで、所定方向は、例えは翼長方向に一致することが好ましい。
The
第1ロッド材111は、高い剛性(曲げ剛性やねじり剛性)を有している材料から形成されることが好ましい。材料としては、炭素繊維強化樹脂(CFRP)等の繊維強化樹脂が例示される。炭素繊維は、PAN系でもピッチ系でもよく、それらを併用してもよい。
The
第2ロッド材112は、第1ロッド材111に対して交差する棒状の部材(例えば5mm角の棒状の部材)である。第2ロッド材112は、第1ロッド材111に対して、例えば±45度に交差している。
第2ロッド材112は、第1ロッド材111と同一の材料によって形成されている。
The
The
第1ロッド材111及び第2ロッド材112がこのようにして組み合わされることで、曲げ剛性およびねじり剛性に優れた骨組材110が構成されることになる。
By combining the
なお、ここでいう骨組材110は、従来からある軽量構造のリブやスパーとは異なり、巨視的にみれば、それ自体が外板のようなシェル状に形成されるものである。
It should be noted that the
図4に示すように、骨組材110には、その表面を覆うように薄い膜材120が設けられている。
膜材120は、例えばエポキシ樹脂系の接着剤によって骨組材110の表面に接着される。
As shown in FIG. 4, the
The
膜材120は、柔軟性と強度に優れた軽い材料によって形成されることが好ましい。材料としては、樹脂製のフィルム材、布材及び布材に樹脂を含侵させた材料のいずれか又は組合せが例示される。
The
フィルム材の樹脂としては、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラート、フッ素樹脂、ポリイミド等が例示される。 Examples of the resin for the film material include polyvinyl chloride, polycarbonate, polyethylene terephthalate, fluororesin, and polyimide.
布材としては、超高分子量ポリエチレン繊維を編み込んだものやポリアリレート系繊維を編み込んだものが例示される。 Examples of the cloth material include those in which ultra-high-molecular-weight polyethylene fibers are woven and those in which polyarylate-based fibers are woven.
布材に樹脂を含侵させた材料としては、CFRP、ガラス繊維強化樹脂(GFRP)、フッ素樹脂含浸ガラスクロス等が例示される。 CFRP, glass fiber reinforced resin (GFRP), fluororesin-impregnated glass cloth, etc. are exemplified as materials in which resin is impregnated in cloth material.
このようにして、翼構造10の外板を形成するスキン部材100が構成されている。
なお、図1及び図2に示すように、翼構造10は、スパー200及び補強部材300を備えていてもよい。
In this manner, the
Note that the
スパー200は、スキン部材100によって画定された空間に設けられ翼長方向に延在している補強用の部材であって、翼構造10の翼厚方向においてスキン部材100と接続されている。
スパー200には、例えばバルサや発泡材等のコア材をGFRPで挟み込んだサンドイッチ構造が採用さてれている。
The
The
補強部材300は、スパー200とスキン部材100との接続部の近傍においてスキン部材100に沿うように設けられた部材である。
補強部材300は、例えばCFRPによって形成されている。
Reinforcing
The reinforcing
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
外板の形状を構成する格子状の骨組材110と、骨組材110の表面に設けられた柔軟性を有する膜材120と、を備えているので、翼構造10の外板の形状に対応するスキン部材100自体を骨組材110によって強化することができる。これによって、シート材のみで構造物の外板の形状を形成した構造に比べて面外変形を押さえることができ耐久性を向上させられる。
また、骨組材110は格子状とされ密度が小さいため、コア材を用いたサンドイッチ構造のスキン部材を用いた構造に比べて構造物の重量の増加を抑制できる。
According to this embodiment, the following effects are obtained.
Since it is provided with the grid-
In addition, since the
また、骨組材110は、所定方向に延在する第1ロッド材111と、第1ロッド材111に対して交差して接続された第2ロッド材112と、を有しているので、骨組材110の形状自体で曲げ剛性及びねじり剛性を向上させられる。
In addition, since the
また、第2ロッド材112は、第1ロッド材111に対して±45度に交差しているので、曲げ剛性及びねじり剛性に最適な骨組材110の形状を採ることができる。
In addition, since the
また、骨組材110の材料は、繊維強化樹脂とされているので、骨組材110の強度を確保しつつ軽量化を実現できる。
Further, since the material of the
また、膜材120の材料は、樹脂製のフィルム材、布材及び布材に樹脂を含侵させた材料のいずれか又は組合せとされているので、膜材120の強度を確保しつつ軽量化を実現できる。
In addition, since the material of the
[変形例]
図5に示すように、骨組材110には、その裏面の形状(凹凸等)に沿うように薄い裏面膜材130が設けられている。
裏面膜材130は、例えばエポキシ樹脂系の接着剤によって骨組材110の裏面及び膜材120の裏面に接着される。
[Modification]
As shown in FIG. 5, the
The back
裏面膜材130は、膜材120と同様、柔軟性と強度に優れた軽い材料によって形成されることが好ましい。材料としては、樹脂製のフィルム材、布材及び布材に樹脂を含侵させた材料のいずれか又は組合せが例示される。
ただし、膜材120と裏面膜材130とを同じ材料にする必要はなく、別材料を組み合わせてもよい。
Like the
However, it is not necessary to use the same material for the
以上の構成によれば、骨組材110と膜材(裏面膜材130を含む)とをより強固に固定することができる。
また、スキン部材100の強度を向上させられる。
According to the above configuration, the
Moreover, the strength of the
以上の通り説明した一実施形態は、例えば以下のように把握される。
すなわち、本開示の一態様に係るスキン部材(100)は、構造物(10)の外板を形成するスキン部材であって、外板の形状を構成する格子状の骨組材(110)と、骨組材(110)の表面に設けられた柔軟性を有する膜材(120)と、を備えている。
One embodiment explained as above is grasped as follows, for example.
That is, the skin member (100) according to one aspect of the present disclosure is a skin member that forms the outer plate of the structure (10), and includes a grid-like framework member (110) that forms the shape of the outer plate, and a flexible membrane material (120) provided on the surface of the framework material (110).
本態様に係るスキン部材によれば、構造物の外板を形成するスキン部材であって、外板の形状を構成する格子状の骨組材と、骨組材の表面に設けられた柔軟性を有する膜材と、を備えているので、構造物の外板の形状に対応するスキン部材自体を骨組材によって強化することができる。これによって、シート材のみで構造物の外板の形状を形成した構造に比べて面外変形を押さえることができ耐久性を向上させられる。また、骨組材は格子状とされ密度が小さいため、コア材を用いたサンドイッチ構造のスキン部材を用いた構造に比べて構造物の重量の増加を抑制できる。 According to the skin member according to this aspect, the skin member is a skin member that forms the outer plate of a structure, and has a lattice-like frame member that forms the shape of the outer plate and flexibility provided on the surface of the frame member. Since the membrane member is provided, the skin member itself corresponding to the shape of the outer plate of the structure can be reinforced by the framework member. As a result, out-of-plane deformation can be suppressed and the durability can be improved compared to a structure in which the shape of the outer plate of the structure is formed only from the sheet material. In addition, since the framework material is lattice-like and has a low density, it is possible to suppress an increase in the weight of the structure compared to a structure using skin members of a sandwich structure using a core material.
また、本開示の一態様に係るスキン部材において、骨組材は、所定方向に延在する第1ロッド材(111)と、第1ロッド材に対して交差して接続された第2ロッド材(112)と、を有している。 In addition, in the skin member according to one aspect of the present disclosure, the frame member includes a first rod member (111) extending in a predetermined direction and a second rod member (111) crossing and connected to the first rod member ( 112) and.
本態様に係るスキン部材によれば、骨組材は、所定方向に延在する第1ロッド材と、第1ロッド材に対して交差して接続された第2ロッド材と、を有しているので、骨組材の形状自体で曲げ剛性及びねじり剛性を向上させられる。 According to the skin member according to this aspect, the framework member has the first rod member extending in the predetermined direction and the second rod member crossing and connected to the first rod member. Therefore, the bending rigidity and torsional rigidity can be improved by the shape of the frame material itself.
また、本開示の一態様に係るスキン部材において、第2ロッド材は、第1ロッド材に対して±45度で交差している。 Moreover, in the skin member according to one aspect of the present disclosure, the second rod member intersects the first rod member at ±45 degrees.
本態様に係るスキン部材によれば、第2ロッド材は、第1ロッド材に対して±45度で交差しているので、曲げ剛性及びねじり剛性に最適な骨組材の形状を採ることができる。 According to the skin member according to this aspect, since the second rod member intersects the first rod member at ±45 degrees, it is possible to adopt the shape of the framework member that is optimal for bending rigidity and torsional rigidity. .
また、本開示の一態様に係るスキン部材において、骨組材の材料は、繊維強化樹脂とされている。 Further, in the skin member according to one aspect of the present disclosure, the material of the framework material is fiber reinforced resin.
本態様に係るスキン部材によれば、骨組材の材料は、繊維強化樹脂とされているので、骨組材の強度を確保しつつ軽量化を実現できる。
繊維強化樹脂としては、CFRP等が例示される。CFRPの炭素繊維は、PAN系でもピッチ系でもよく、それらを併用してもよい。
According to the skin member according to this aspect, since the material of the framework material is the fiber-reinforced resin, weight reduction can be achieved while ensuring the strength of the framework material.
CFRP etc. are illustrated as fiber reinforced resin. CFRP carbon fibers may be PAN-based or pitch-based, or may be used in combination.
また、本開示の一態様に係るスキン部材において、膜材の材料は、樹脂製のフィルム材、布材及び布材に樹脂を含侵させた材料のいずれか、又は、それらの組合せとされている。 Further, in the skin member according to an aspect of the present disclosure, the material of the film material is any one of a resin film material, a cloth material, and a material obtained by impregnating a cloth material with a resin, or a combination thereof. there is
本態様に係るスキン部材によれば、膜材の材料は、樹脂製のフィルム材、布材及び布材に樹脂を含侵させた材料のいずれか又は組合せとされているので、膜材の強度を確保しつつ軽量化を実現できる。
フィルム材の樹脂としては、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラート、フッ素樹脂、ポリイミド等が例示される。
布材としては、超高分子量ポリエチレン繊維を編み込んだものやポリアリレート系繊維を編み込んだものが例示される。
布材に樹脂を含侵させた材料としては、GFRP、CFRP、フッ素樹脂含浸ガラスクロス等が例示される。
According to the skin member of this aspect, the material of the membrane material is any one or a combination of resin film material, cloth material, and cloth material impregnated with resin. It is possible to achieve weight reduction while ensuring
Examples of the resin for the film material include polyvinyl chloride, polycarbonate, polyethylene terephthalate, fluororesin, and polyimide.
Examples of the cloth material include those in which ultra-high-molecular-weight polyethylene fibers are woven and those in which polyarylate-based fibers are woven.
GFRP, CFRP, fluororesin-impregnated glass cloth, etc. are exemplified as materials in which resin is impregnated in cloth material.
また、本開示の一態様に係るスキン部材は、骨組材の裏面に設けられた裏面膜材(130)を備えている。 Further, the skin member according to one aspect of the present disclosure includes a back surface membrane material (130) provided on the back surface of the framework material.
本態様に係るスキン部材によれば、骨組材の裏面に設けられた柔軟性を有する裏面膜材を備えているので、骨組材と膜材(裏面膜材を含む)とをより強固に固定することができる。
また、スキン部材の強度を向上させられる。
According to the skin member according to this aspect, since the back surface membrane material having flexibility is provided on the back surface of the framework material, the framework material and the membrane material (including the back surface membrane material) are fixed more firmly. be able to.
Also, the strength of the skin member can be improved.
また、本開示の一態様に係るスキン部材において、裏面膜材の材料は、樹脂製のフィルム材、布材及び布材に樹脂を含侵させた材料のいずれか又は組合せとされている。 In addition, in the skin member according to an aspect of the present disclosure, the material of the back surface film material is any one or a combination of a resin film material, a cloth material, and a material obtained by impregnating a cloth material with a resin.
本態様に係るスキン部材によれば、裏面膜材の材料は、樹脂製のフィルム材、布材及び布材に樹脂を含侵させた材料のいずれか又は組合せとされているので、裏面膜材の強度を確保しつつ軽量化を実現できる。 According to the skin member according to this aspect, the material of the back surface film material is any one or a combination of a resin film material, a cloth material, and a material obtained by impregnating a cloth material with a resin. It is possible to achieve weight reduction while ensuring the strength of
また、本開示の一態様に係る翼構造は、上記いずれかの態様に係るスキン部材を備え、スキン部材の骨組材が翼の外板の形状に倣っている。 Further, a wing structure according to an aspect of the present disclosure includes the skin member according to any one of the aspects described above, and the framework material of the skin member follows the shape of the outer plate of the wing.
本態様に係る翼構造によれば、上記いずれかの態様に係るスキン部材を備え、スキン部材の骨組材が翼の外板の形状に倣っているので、軽量でありながら強度が確保された翼構造を提供できる。
この翼構造は、例えば航空機の翼や再生可能エネルギー発電に用いられる大型風車や潮流発電などの翼に採用される。
According to the wing structure according to this aspect, the skin member according to any one of the aspects described above is provided, and the framework material of the skin member follows the shape of the outer plate of the wing. structure can be provided.
This wing structure is used, for example, in aircraft wings, large windmills used for renewable energy power generation, and tidal current power generation wings.
10 翼構造(構造物)
100 スキン部材
110 骨組材
111 第1ロッド材
112 第2ロッド材
120 膜材
130 裏面膜材
200 スパー
300 補強部材
10 Wing structure (structure)
100
Claims (8)
前記外板の形状を構成する格子状の骨組材と、
該骨組材の表面に設けられた柔軟性を有する膜材と、
を備えているスキン部材。 A skin member forming the outer skin of a structure,
a grid-like frame material that forms the shape of the outer plate;
a flexible film material provided on the surface of the frame material;
A skin member comprising a
前記スキン部材の前記骨組材が翼の外板の形状に倣っている翼構造。 A skin member according to any one of claims 1 to 7,
A wing structure in which said framework of said skin member follows the shape of a wing skin.
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