JP2888634B2 - 航空機構造の保護に有効な複合材料 - Google Patents

航空機構造の保護に有効な複合材料

Info

Publication number
JP2888634B2
JP2888634B2 JP2515404A JP51540490A JP2888634B2 JP 2888634 B2 JP2888634 B2 JP 2888634B2 JP 2515404 A JP2515404 A JP 2515404A JP 51540490 A JP51540490 A JP 51540490A JP 2888634 B2 JP2888634 B2 JP 2888634B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
composite
layer
impact
composite material
holes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2515404A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH04502738A (ja
Inventor
リー,ピーター・レイモンド
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BAE Systems Global Combat Systems Munitions Ltd
Original Assignee
Royal Ordnance PLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from GB898925192A external-priority patent/GB8925192D0/en
Priority claimed from GB898925194A external-priority patent/GB8925194D0/en
Application filed by Royal Ordnance PLC filed Critical Royal Ordnance PLC
Publication of JPH04502738A publication Critical patent/JPH04502738A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2888634B2 publication Critical patent/JP2888634B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B1/00Layered products having a general shape other than plane
    • B32B1/08Tubular products
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar form; Layered products having particular features of form
    • B32B3/10Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar form; Layered products having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material
    • B32B3/12Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar form; Layered products having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material characterised by a layer of regularly- arranged cells, e.g. a honeycomb structure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar form; Layered products having particular features of form
    • B32B3/26Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar form; Layered products having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/18Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by features of a layer of foamed material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/245Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it being a foam layer
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41HARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00Armour; Armour plates
    • F41H5/02Plate construction
    • F41H5/023Armour plate, or auxiliary armour plate mounted at a distance of the main armour plate, having cavities at its outer impact surface, or holes, for deflecting the projectile
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41HARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00Armour; Armour plates
    • F41H5/02Plate construction
    • F41H5/04Plate construction composed of more than one layer
    • F41H5/0442Layered armour containing metal
    • F41H5/0457Metal layers in combination with additional layers made of fibres, fabrics or plastics
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2305/00Condition, form or state of the layers or laminate
    • B32B2305/02Cellular or porous
    • B32B2305/024Honeycomb
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2305/00Condition, form or state of the layers or laminate
    • B32B2305/02Cellular or porous
    • B32B2305/026Porous
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/558Impact strength, toughness
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2605/00Vehicles
    • B32B2605/18Aircraft
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C1/00Fuselages; Constructional features common to fuselages, wings, stabilising surfaces or the like
    • B64C2001/0054Fuselage structures substantially made from particular materials
    • B64C2001/0072Fuselage structures substantially made from particular materials from composite materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/40Weight reduction

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は航空機構造を爆発から保護するために有効な
複合材料に係わる。
航空機に関して非常に多くの爆発、爆発容疑及び事前
抑止が報告されている。それは頻繁に飛行機で旅行する
人々の意識に最近よく上るものであり、人間の生命に対
する心配は故意の破壊の危険から、事故の破壊から、又
は旅行中の複雑な仕組みから対決するように企てられて
いる。
航空機に搭載された爆弾の爆発に続く事件後の起こり
得べき事態の順序は、爆弾の位置や航空機のサイズ及び
設計などにより異なる。しかし調査の結果としてある種
の特徴が共通であることが知られている。
ある種の特徴が存在していると、その航空機は搭載爆
弾の爆発に当っても生き延び得ることが認められてい
る。航空機の外側外板の近傍に置かれていた爆発は多く
の場合に、外板に穴をあけ且つ爆発的な急減圧を生じさ
せる。しかしそれでも航空機は通常のように着陸できる
場合が多い。同様なことが、古い型の飛行機の手荷物室
の中で爆弾が破裂した場合に起こっている。これらの飛
行機中の手荷物はカーゴネットの中に入れられている
が、より現在の拡幅胴体の航空機では標準の国際手荷物
コンテナに入れられている。実際に任意タイプの航空機
に搭載されて見出された爆発についての認められた最少
危険位置はそれをドアの側に置くことで、さらに爆弾の
内側をクッションで包囲することである。この位置の選
択理由は、航空機体内に爆弾がしかけられた際に最も生
き延びる確率の高い所で、そこへ乗客又は清掃係が接近
し得るからである。この場合は極めて大切な電子機器や
油圧系統を破壊することは稀であって、また重要な荷重
担持部材に何時も損傷を与えるとは限らない。従って総
体的に弱い構造部分も形成されているが、この中には艇
体(hull)内での通常生じる可能性ある疲労破壊の周辺
の相当部分の外板ロスによってもなお生き延びる例から
知られる。
しかるに外側の外板に近接していない位置に爆弾が置
かれた場合は、激裂で往々致命的な損傷が生じ得る。
乗客室の床は、荷重担持ビームの上に配置されて比較
的軽い構造体である。これらの床ビームはボーイング74
7型に見られるように引張り荷重担持体であて、これは
航空機横断面が非円形性を持っているためである。従っ
て爆弾が床ビームに対して損傷を与えることは大いにあ
り得る。その結果として、艇体が爆弾によって破られて
しまった前後において、爆破地点から遠くへ且つ非対称
に航空機外板に荷重がかかる。爆風はまた、航空機内の
中空及び開放の諸通路内で種々のルートを通って非常に
大きい距離を進み、爆弾の位置より遠い諸地点に到達
し、外板の複数個所で外板及び縦通材の破壊を起こす。
爆風はまた乗客室の比較的大きな自由空間内へも現わ
れ、剛性で実質的な構造物である調理室やトイレがある
ためにここで反射し、爆弾の位置から離れた機体外板の
中へと進み、ここで思いがけない損傷を起こす。航空機
外板から且つ爆弾位置から遠い所に出現した爆風は、不
規則な形の穴を破る傾向がある(これに対し疲労による
ものはより規則的な外板破壊を生じ、例えば保技ドアを
失なうことである)。規則的な形の穴は、不規則に作ら
れた穴より致命的な破損を与えることは少ない。不規則
な穴はより拡大し、客室の空気の外部への脱出及びスリ
ップストリームの影響などで更に外板に損傷を加える傾
向がある。
現代の拡幅胴体の航空機は、より小さい航空機では何
時も破壊を生ずるとは限らないようなサイズの爆弾に対
して、より弱い場合があり得る。その理由の1つは、幅
広の胴体の航空機は、非常に小さい飛行機に使われた材
料と比べて僅かにより厚い外板用シート合金を使ってい
るためで、小型機は大型機よりもより丈夫な構造であ
る。従って小型機は、その外板や縦通材の損傷に関連し
ては大型航空機よりももっと耐え得る。
本発明の目的は、搭載の爆弾又は他の爆発装置の爆破
によって起こされる航空機構造の破壊の危険を軽減させ
るもので、このために耐え且つ減衰させるための新規材
料を提供し、爆発の影響を機内の貨物室内に含ませるこ
とで達するものである。
本発明によると、爆発により生ずる爆風及び破裂片を
吸収するのに有効な複合材料が提供される。該複合材料
は、丈夫で軽量な耐衝撃材料の層の間にサンドイッチに
された1つ又はそれ以上の軽量で発泡の又はセル状の材
料層から形成された積層体を含み、該耐衝撃材料層がそ
れを貫通して形成された多数の孔を有する複合材料であ
る。
本発明の材料が好ましくは、独立的に離隔している層
よりはむしろ一体的構造を含むものである。
耐衝撃材料の孔と共に発泡の又はセル状材料のバブル
又はセルは、空気及び爆風がそれを通って排出される多
数の空気通過路を形成する。本発明の材料がその一面
で、爆風波動内の高温且つ高速の圧縮ガスと出合った場
合は、前記の空気通過路のサイズとその数は爆風波動を
減衰させ、従って爆風の圧力対時間特性は、非常に高強
度の狭いパルスから低強度のより広いパルスへと変換さ
れる。
発泡材料はセル状材料は、通常圧力の下では実質的に
は剛性であるが、高圧力(例えば爆風波に伴なう)の下
では潰れることの可能な材料が好ましい。別の例ではそ
の形状が弾性メモリを有する材料で、従って材料が圧縮
を受ける場合は、その形状を回復するために爆風に対し
て仕事をするようなエネルギを持つ材料である。
プラスチックの使用に当っては、それが分解して有毒
物質を出さないものが好ましく、従って爆風に伴なう火
球が複合材料に衝突しても機内の雰囲気中に有毒物質を
放出しない。
好ましくは発泡又はセル状材料の密度は、(0.05〜0.
35)×103kg/m3である。泡バブル又はセルの平均サイズ
は好ましくは0.01〜2mmであり、バブル又はセル寸法が
制御され且つ再現され得る方法によって材料が製造され
る。
発泡の又はセル状材料は、例えばポリエーテルスルホ
ン、シリカ、マイカその他の物質の発泡物のような有機
又は無機物質の開放又は密閉のセル泡を持つ材料であ
る。
発泡の又はセル状材料は、剛性セル状の例えばハニカ
ム材料のセル内にそれ自体が含有されたものであってよ
い。
前記層の軽量の耐衝撃材料は、複合材料に対して構造
的強度を付与する剛性材料であるのが好ましい。その耐
衝撃材料は実密の軽量材料の層であり、例えば軽量金属
及び/又は繊維強化複合材料層で、それを通る孔を持っ
ている。また別にその材料は、多重管状又は多重セル状
構造として作られる軽量金属及び/又は複合材の層であ
る。例えばその材料は、網状組織構造又はハニカム構造
を持つ。またそれは軽量金属(0.25〜100μ厚のアルミ
ニウム又はアルミニウム合金などのような)及び/又は
繊維強化複合材料から作られる。繊維強化複合材料のハ
ニカムは英国特許公開GB 2058661B号に記載の方法で作
られる。好ましくはセル、例えばハニカム構造のセル
は、対向端間の平均直径5〜20mmを有する。
耐衝撃材料が多重管の、網状組織の又はハニカム構造
を含む場合は、該構造はそれを貫通する複数の孔を有
し、従って爆風内の空気や他のガスはその構造を横断し
て拡散する。
耐衝撃材料の隣接層を横断する孔の位置は、相互にず
れた関係にあって、特にこれは耐衝撃材料の実密シート
又は層に孔が形成される場合に該当し、このために層構
造の横断孔を渡って伝播するガスの通過路長が増加さ
れ、好ましくは最大にされる。例えば耐衝撃材料から成
る多重層構造の場合、この耐衝撃材料はこれを通過する
2種の異なる孔のパターンを持ち、2つのタイプのパタ
ーンが隣接層内で交互に表われるようにする。
耐衝撃材料が不透過性で耐火性の繊維強化複合材料を
含み、該複合材料が、ガラス、カーボン、ポリアミド、
ポリオレフィン、ポリアラミドなど、又はそのブレンド
から選ばれる繊維によって強化された熱硬化性又は熱可
塑性ポリマーマトリクスを含む。
耐衝撃材料の密度が好ましくは2×103kg/m3よりも小
さく、望ましくは1×103kg/m3より小さい。
繊維強化複合材料に用いられる繊維は、織られたもの
か又は織られていない繊維、短い又は細長い繊維であっ
てよい。これらの繊維は、マトリクスの中にランダムに
又は一定のパターンで配設される。しかし各層を提供す
べく用いられるシートの機械的性質は、好ましくは(不
可欠ではないが)その表面に沿った各方向で実質的に均
等である。
ガラス繊維強化エポキシ樹脂は、耐衝撃材料層のため
に適当な熱硬化性材料を提供し、これらの層は実密層か
ら準備される。材料層は0.5〜5mmの厚味を持つが、例え
ば好ましくは1〜2mmが最適である。別の適当な材料は
周知の適当な熱可塑性エラストマ積層体を含み、例えば
ポリアミドの繊維を埋設したポリエーテルスルホン含有
層から形成されている。
耐衝撃材料層を通って形成される孔は、0.2〜5mmの範
囲で、例としては0.5〜2mmの直径であってよい。それら
の孔は好ましくは横断面が円形の筒状である。しかしこ
れらの孔は他の形でもよく、層を通る際にその横断面が
変化するものでもよい。孔は任意の便利な方法で作り
得、例えば孔のない層から打抜き又はプレスであけても
よい。あるいはピン又は他の突起物があってそれが成形
終了後に複合材料から除去し得るようなタイプの複合材
料成形法も用い得る。30〜70%、例えば約50%が耐衝撃
材料の占める表面積(従って残りを孔が占める表面積)
のものを実密材料から形成される。
耐衝撃材料層の孔又はセルは、軽量で且つ発泡した又
はセル状のポリマー材料でそれ自体1部分で又は全体を
充填されてよい。
発泡又はセルポリマー材料と耐衝撃材料との隣接層間
の界面、又は耐衝撃材料の隣接層間の界面は弱いシート
で被覆されてよく、このシートは例えばアルミニウム又
はアルミニウム合金の箔で、例えばその厚みが20〜100
μmのものである。そのような箔は選択された界面にだ
け含むようにしてよい。例えば多重層構造の表面に隣接
する最初の2つの又は2つの発泡層又はセル状層に隣接
させてよく、前記の多重層構造は最初に爆風圧力を受け
るものと考えてよい。爆風圧力は層間の界面で金属層を
破壊し最初の衝突表面からより奥に進行するが、それ以
後は著しく減衰する。
爆風にさらされる複合材料の表面は、耐火材料から剥
離してしまうアルミニウムなどを含まないのが好まし
い。
本発明による材料は、耐火性で非強化プラスチックシ
ートの追加層を1つ又はそれ以上を含み得、この層厚は
例えば0.5〜1.5mmであって、それを貫通する複数孔が設
けられ、シートの30〜70%の表面積が孔の開口で占めら
れている。孔のサイズはシートを通して変化してよく、
例えば孔直径が0.1〜5mmであり、上限は例えば1〜5mm
で下限は0.1〜0.5mmを採用してよい。また孔の数はその
サイズが小さくなるに従って増加させ得る。そのような
シートは、例えばポリカーボネート、ポリエーテルスル
ホン、ポリエステル、又はPEEKのような丈夫な熱可塑性
プラスチック材料である。そのような材料は、耐衝撃材
料とセル状又は発泡材料との層間に用意できる。
本発明の複合材料で(事件の際は)爆風にさらされる
表面は、前記穿孔プラスチックシートの1つで形成し得
る。
穿孔された可撓性シートを含む複合材料の場合、その
ようなシートを発泡又はセル状材料及び耐衝撃材料の隣
接層に対して接合し得るが、その場合接合個所が比較的
少数であると構造体を通る空気流れに対する抵抗は最小
になる。例えば接合個所の全表面積がプラスチックシー
ト(貫通する孔を含めて)の表面積の10分の1より小さ
い。
本発明の複合材料に内蔵される個別の層は、複合材料
技術分野の種々の周知技術で接合されよう。その場合に
は発泡層又はセル状層に対して実質的に加圧を与えない
方法で実施される。層は例えばエポキシのような熱硬化
性接着剤、ポリエステルのような冷間接合、又は軽い熱
的結合をするような接着剤が用いられる。
本発明の複合材料による構造は、周知の方法によって
多重層のオーバーワインデングによってさらに補強で
き、その場合は適当な接着樹脂に埋設した例えばカーボ
ン及び/又はポリアラミド繊維が用いられる。
本発明の複合材料は、例えば商業航空路の航空機内の
手荷物又は貨物コンテナのような貯蔵用(同様な他の種
類のコンテナも含めて)に適したコンテナの壁用の適当
且つ新規な構造的及び/又は強化材料を提供する。その
ようなコンテナの特に好適な形は本出願人による同日出
願の国際特許出願(英国特許出願第8925193号に基づ
く)の主題である。手荷物コンテナ又はその構造の一部
を形成するための形は、例えばプリフォーム構造のよう
な既知の補強技術により形成される。構造間の結合は位
置をずらして行ない、層間のせん断表面を強化し且つ最
大にする。
本発明の複合材料は内部表面の保護に、特に航空機内
の天井、床、貨物室(この中に手荷物コンテナが貯蔵さ
れる)の内部表面の保護に用いられる。
本発明複合材料使用の基本は、貨物室での爆発は爆風
発生の発生点となる手荷物コンテナ内から生じる可能性
があり、ここに本発明材料が用いられていることであ
る。手荷物コンテナから出た爆風は、先の国際出願で述
べた径路の1つに沿って向かうであろう。
従来技術で知られた耐衝撃材料は、本発明のものとは
異なった目的で設計されており、従って前記の用途には
適しないものである。
例えば英国特許第1,534,721号は、弾丸や破裂破片に
抵抗性を与える軽量複合材料を開示する。しかしそのよ
うな材料は可撓性軽量の装甲材に本質的に用いられるも
ので、高圧ガスが排出する貫通孔の使用を考慮してはい
ない。
英国特許第4,404,889号は、金属断片の発生に抵抗す
るためのタンク装甲用複合材を開示する。この複合材料
は軽量化を設計しておらず、また高圧ガスが排出するよ
うなそのための孔も有していない。
一方において米国特許第4,347,796号,同じく第4,32
5,309号、及び第4,389,947号は、爆風中の高圧ガスが排
出し得るような層貫通に形成された孔を持つ多重層構造
を開示する。しかしそのような構造はより大きなスケー
ルに適用されるものであり、例えば建築物であって爆発
の危険は非常に大きく、理由は建物中に弾薬として用い
られる高エネルギ且つ爆発性物質を特に意企して保管す
る場合であって、量が非常に問題になるとは限らない。
従って用いられる材料は重量鋼や同様物である。この場
合用いられる材料は層間の実質的な空気ギャップと共に
使われ、材料の配置は本発明にとっては不適当である。
例えば建物設計に関してそのような材料の使用技術は可
撓性軽量の護身防具の設計とも異なる。
従って本発明はこれまで考えていなかった問題を有効
且つ期待以上に解決する材料を提供するもので、その用
途は航空機に搭載した手荷物又は貨物コンテナ内の爆弾
又は他の爆発物から航空機を守るものである。
図から分かるように本発明の材料は、耐衝撃材料と発
泡又はセル状材料の交番層から成り、爆弾の爆発による
爆風を対抗/吸収するものである。爆風波動の衝突面積
の約半分が耐衝撃材料の最近接層面に衝突しそこで反射
する(この場合は材料中に孔を形成後、残っている実密
材料部分の領域を50%とする)。
爆風波動の残余は層の中の孔を通ってから耐衝撃層の
背後の発泡の他はセル状材料を圧縮する。このため波動
の強度は発泡の又はセル状材料を押圧した分の仕事だけ
減衰する。上記の層間にある任意の金属材料はせん断さ
れ、断片は従って発泡材料かセル状材料中に突き入り、
それで爆風波の前線を捕える。それから爆風波動は次の
耐衝撃材の表面で反射して、既にっ横切って来た発泡の
又はセル状材料を通って戻るようにされるか、又は次の
耐衝撃材料層内のずれた他の孔へと進み、かくて同様な
プロセスが再スタートする。小さい高速断片が材料の異
なった層によって吸収され、特に耐衝撃層によって実施
される。構造の表面に衝突した任意の火球は、構造中の
1つ又はより多くの耐火層により捕捉され、この層は構
造内の第1層として用意された耐火プラスチック材及び
/又は耐衝撃材料中の耐火プラスチック材料である。
本発明の実施例が次の添付図面を参照して説明され
る。
図1は本発明の積層複合材料の横断端面図である。
図2は本発明の積層複合材料の斜視図である。
図3は本発明の別の積層複合材料の横断端面図であ
る。
図1に示される複合材料は、代表的には3mm厚さであ
る剛性で且つ網状組織の発泡プラスチック層3を含み、
該層を交番的に例えばエポキシ樹脂を用いたガラス繊維
強化プラスチック材料で代表的には1mmの厚さの層5が
被覆し、さらにこの層はそれぞれ平均直径1mmの多数の
貫通の孔7を有している。隣接する層5の孔7は相互に
ずれており、従って隣接層5の中の1対の孔7どうし間
の最短通過路が最大化されている。
積層体の外側層は層5から成り、これら外側層は例え
ば1.5mm厚であって積層体内側の層5よりも幾分厚くな
っている。
層5と層3との間の最初の6つの界面にはアルミニウ
ム箔の層9が堆積されており、外側表面に最も近い部分
をSと示したが、使用に当ってはこの面が最初に爆風を
受けて材料による爆風の吸収を行なうものである。
図1の複合材料の異なった層は例えばエポキシ樹脂接
着剤(図示なし)により、又は前述の他の諸方法の1つ
によって相互に結合されている。
図2の複合材料は不燃性発泡プラスチック材料層11を
含み、該層は交番的にアルミニウム又はアルミニウム合
金ハニカム層13の間にある。層13は、ハニカムのセル14
の中に不燃性発泡プラスチック材料16を含む。層11及び
13内の発泡プラスチック材料は、代表的には厚さ5〜15
mmの同質材料でよく、その密度は(0.05〜0.35)×103k
g/m3である。泡すなわちバブルの寸法は0.01〜2mmであ
る。
ハニカムを構成するアルミニウム又はアルミニウム合
金は、例えば38〜76μmの厚さを持つ。該金属には直径
0.5〜1.5mmの孔があけられているが、表面積において50
%を越えてはいない。
(非強化)耐火プラスチックシートの層15が、積層体
の内側面(この面は任意の爆風にさらされるよう)に設
けられ、また層11と層13との間の界面にも設けられてい
る。異なった直径のランダムに形成された孔が層15を貫
通しているが、残っているプラスチック材料の面積はシ
ート面積の50%以下ではない。孔のサイズは0.5〜5mmで
変わり得る。各サイズの孔の数は、孔のサイズに逆比例
する。
図2に示した積層体の各層11,13,15は、前記の方法の
1つによって共に結合されている。
別の実施例(図示なし)においては、図2の積層体内
のハニカム層の1つ以上が、例えば図1の層5のような
類似層によって置換されている。
図3の積層材料はアルミニウム/アルミニウム合金ハ
ニカム層21を含み、この層は例えばタイプ3003 Al合金
箔から作られたBS 1470に該当する38〜76μmの厚みを
持つ。このハニカムには剛性の又は圧縮性の不燃発泡プ
ラスチック23が満たされ、この充填された層21自体はサ
ンドイッチ25,27間に配置されている。該サンドイッチ
の各々は、アルミニウム又はアルミニウム合金と、高強
度且つ高弾性繊維強化の例えばポリアラミド及び/又は
ポリエーテルスルホンを用いたカーボン繊維強化複合材
料とから成る。サンドイッチ25,27はそれを貫通する複
数の孔を有する。
図3に示すように、サンドイッチ25の1つは繊維強化
複合材/アルミニウム/繊維強化複合材の層から形成さ
れ、また他のサンドイッチ27はアルミニウム/繊維強化
複合材/アルミニウムの層から形成されてもよい。しか
しこれら2つのサンドイッチは選択的に交換されてよ
く、又は1つを他のものによって置換してもよい。
好ましくは図3の発泡プラスチックは、平均寸法0.1
〜2mmのセルを持つセル状構造で、その発泡体層の平均
厚さが10〜55mmのものを用いてよい。ハニカムセルは、
(側端から側端で測って)5〜20mm、例えば代表的には
10mmの直径を有している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B32B 5/28 B32B 3/12 B32B 3/24 B64C 1/00

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】爆発によって生じた爆風及び破片の吸収に
    有効な複合材料であって、丈夫で軽量な耐衝撃材料の層
    の間にサンドイッチにされた1つ又はそれ以上の軽量で
    発泡の又はセル状の材料層から形成された積層体を含
    み、該耐衝撃材料の層がそれを貫通して形成された多数
    の孔を有する複合材料。
  2. 【請求項2】該軽量な耐衝撃材料が、それを貫通して形
    成された複数の孔を持つ繊維強化複合材料層の1つ又は
    それ以上を含む請求項1に記載の複合材料。
  3. 【請求項3】穿孔された複数の繊維強化複合材料層を含
    み、また該耐衝撃材料の隣接層を貫通する孔の位置が相
    互にずらされており、従って層構造の孔を介して伝播す
    るガスの通過路長さが増加されている請求項2の記載に
    複合材料。
  4. 【請求項4】複合材料が耐衝撃材料から形成された多層
    構造を含み、該耐衝撃材料がそれを貫通する2つの異な
    る孔のパターンを有し、その2つのタイプのパターンが
    隣接層に交代で表われる請求項3に記載の複合材料。
  5. 【請求項5】該耐衝撃材料が不透過性で耐火性の繊維強
    化複合材料から成り、該複合材料が、ガラス、カーボ
    ン、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリアラミド、又は
    そのブレンドから選ばれる繊維によって強化された熱硬
    化性又は熱可塑性ポリマーマトリクス材料を含む請求項
    1から4のいずれか一項に記載の複合材料。
  6. 【請求項6】該耐衝撃材料における孔が直径で0.2〜5mm
    である請求項1から5のいずれか一項に記載の複合材
    料。
  7. 【請求項7】該耐衝撃材料の各層の表面積の30〜70%が
    実密の材料で構成され、孔が表面積の残りを構成する請
    求項1から6のいずれか一項に記載の複合材料。
  8. 【請求項8】発泡の又はセル状のポリマー材料の隣接層
    と耐衝撃材料との間、又は耐衝撃材料の隣接層間の界面
    が弱いシートで被覆されている請求項1から7のいずれ
    か一項に記載の複合材料。
  9. 【請求項9】該弱いシートが、20〜100μm厚さのアル
    ミニウム又はアルミニウム合金の箔である請求項8に記
    載の複合材料。
  10. 【請求項10】該耐衝撃材料が、多重管の、網目組織の
    又はハニカムの構造の層を含む請求項1に記載の複合材
    料。
  11. 【請求項11】多重管の、網目組織の又はハニカムの構
    造のセル状壁が、その壁の表面積の50%を越えない量で
    穿孔されている請求項10に記載の複合材料。
  12. 【請求項12】複合材料が、穿孔された耐火性プラスチ
    ック材料の層を含む請求項1から11のいずれか一項に記
    載の複合材料。
  13. 【請求項13】プラスチック材層の層を通して形成され
    た孔が0.1〜5mmの範囲の種々の寸法を有し、異なる寸法
    の孔の数が寸法が減少するほど増加している請求項12に
    記載の複合材料。
  14. 【請求項14】発泡の又はセル状の材料が(0.05〜0.3
    5)×103kg/m3をむ範囲の密度を持ち、0.01〜2mmを含む
    範囲の平均的な泡又はバブルを有する請求項1から13の
    いずれか一項に記載の複合材料。
  15. 【請求項15】該耐衝撃材料の孔又はセルが、軽量で且
    つ発泡の又はセル状材料で部分的にか又は全体的に充填
    されている請求項1から14のいずれか一項に記載の複合
    材料。
  16. 【請求項16】航空機の手荷物コンテナの壁を形成する
    ため又は強化するための、請求項1から15のいずれか一
    項に記載の複合材料の使用。
  17. 【請求項17】航空機の手荷物室又は貨物室の天井又は
    床を形成するため又は強化するための、請求項1から15
    のいずれか一項に記載の複合材料の使用。
JP2515404A 1989-11-08 1990-11-08 航空機構造の保護に有効な複合材料 Expired - Lifetime JP2888634B2 (ja)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB898925192A GB8925192D0 (en) 1989-11-08 1989-11-08 Composite materials
GB898925194A GB8925194D0 (en) 1989-11-08 1989-11-08 The protection of aircraft structures
GB8925192 1989-11-08
GB8925194 1989-11-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04502738A JPH04502738A (ja) 1992-05-21
JP2888634B2 true JP2888634B2 (ja) 1999-05-10

Family

ID=26296175

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2515404A Expired - Lifetime JP2888634B2 (ja) 1989-11-08 1990-11-08 航空機構造の保護に有効な複合材料

Country Status (8)

Country Link
EP (1) EP0452463B1 (ja)
JP (1) JP2888634B2 (ja)
AU (1) AU634310B2 (ja)
BR (1) BR9007004A (ja)
CA (1) CA2042063C (ja)
DE (1) DE69031492T2 (ja)
FI (1) FI101870B (ja)
WO (1) WO1991007275A1 (ja)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8925193D0 (en) * 1989-11-08 1991-01-02 Royal Ordnance Plc The protection of aircraft structures
US5267665A (en) * 1991-09-20 1993-12-07 Sri International Hardened luggage container
GB2262798A (en) * 1991-12-24 1993-06-30 British Aerospace An aircraft cargo container
GB9209242D0 (en) * 1992-04-29 1992-06-17 Royal Ordnance Plc Improvements in or relating to blast attenuating containers
DE4234369C1 (de) * 1992-10-12 1994-03-17 Clouth Gummiwerke Ag Sprengschutzmatte
FR2713327B1 (fr) * 1993-11-16 1996-01-26 Giat Ind Sa Panneau structural de protection balistique, thermique et électromagnétique.
GB9421929D0 (en) * 1994-11-01 1994-12-21 Mission Yachts Plc Laminated structure
US5866272A (en) * 1996-01-11 1999-02-02 The Boeing Company Titanium-polymer hybrid laminates
US5938878A (en) * 1996-08-16 1999-08-17 Sentinel Products Corp. Polymer structures with enhanced properties
GB2408016A (en) * 2003-11-14 2005-05-18 Intelligent Engineering Structural sandwich member
FR2881984B1 (fr) * 2005-02-16 2007-04-20 Nidaplast Honeycombs Soc Par A Ame en nid d'abeille, en particulier destinee a la fabrication par injection basse pression d'un panneau composite
GB2445037B (en) * 2006-12-18 2010-09-29 Secr Defence A barrier
GB0525727D0 (en) * 2005-12-17 2006-01-25 Secr Defence A barrier
US7748307B2 (en) 2006-08-04 2010-07-06 Gerald Hallissy Shielding for structural support elements
US7926407B1 (en) 2007-11-16 2011-04-19 Gerald Hallissy Armor shielding
GB0919196D0 (en) * 2009-11-02 2009-12-16 Bae Systems Plc Improvements relating to armour
US8966669B2 (en) 2010-02-12 2015-03-03 James Michael Hines Shock wave generation, reflection and dissipation device
JP2012180992A (ja) * 2011-03-02 2012-09-20 Shimizu Corp 爆風圧低減板
JP6671974B2 (ja) * 2016-01-19 2020-03-25 一善 宮原 高強度パネルの連結構造、及びパネル連結体
CN113639604B (zh) * 2021-06-29 2022-04-08 中国人民解放军国防科技大学 一种复合芯体夹心圆筒防爆结构

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1490923A (en) * 1975-06-23 1977-11-02 Short Brothers & Harland Ltd Sound-absorbing structures
US4198454A (en) * 1978-10-27 1980-04-15 American Air Filter Company, Inc. Lightweight composite panel
US4384020A (en) * 1980-12-22 1983-05-17 Rohr Industries, Inc. Honeycomb noise attenuating structures

Also Published As

Publication number Publication date
CA2042063C (en) 2001-09-04
WO1991007275A1 (en) 1991-05-30
FI913226A0 (fi) 1991-07-03
FI101870B1 (fi) 1998-09-15
AU6639990A (en) 1991-06-13
AU634310B2 (en) 1993-02-18
EP0452463A1 (en) 1991-10-23
DE69031492D1 (de) 1997-10-30
DE69031492T2 (de) 1998-02-05
FI101870B (fi) 1998-09-15
JPH04502738A (ja) 1992-05-21
EP0452463B1 (en) 1997-09-24
BR9007004A (pt) 1992-01-28
CA2042063A1 (en) 1991-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2888634B2 (ja) 航空機構造の保護に有効な複合材料
JP2934311B2 (ja) 航空機で使用される貨物又は手荷物コンテナ、及び該コンテナを使用して航空機構造を保護する方法
US6825137B2 (en) Lightweight ballistic resistant rigid structural panel
US6568310B2 (en) Lightweight armored panels and doors
US4868040A (en) Antiballistic composite armor
US8863634B1 (en) Lightweight impact absorbing armor panel
US20110283873A1 (en) Hybrid Periodic Cellular Material Structures, Systems, and Methods For Blast and Ballistic Protection
US6500507B1 (en) Flexible, impact-resistant materials
JP4814102B2 (ja) 改良構造用サンドイッチ板
Kolopp et al. Experimental study of sandwich structures as armour against medium-velocity impacts
US3575786A (en) Shield interlayer for spall suppression
US20060046598A1 (en) Light weight fire-blocking insulation blanket with improved durability and handleability
RU2413651C2 (ru) Фюзеляж летательного аппарата
US20110107904A1 (en) Synergistically-Layered Armor Systems and Methods for Producing Layers Thereof
EP1499847A2 (en) Armor system
US10184759B2 (en) Lightweight ballistic resistant anti-intrusion systems and related methods thereof
US20130284339A1 (en) Ballistic Protection Systems and Methods
GB2238283A (en) Protecting aircraft structures from the effects of explosions
WO1994025180A1 (en) Composite sandwich element
US6177368B1 (en) Blast resistant laminate composite container wall construction