JP4956547B2 - 構造的要素とその製造方法 - Google Patents
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Description
以上のことに加えて、摩擦攪拌接合の場合には、溶接領域の厚さが特に制限されてしまう。このように、電子ビーム溶接によって組み立てられる最大厚さは、100mmのオーダーであるのに対して、摩擦攪拌接合の場合には、10mmのオーダーである。
1)少なくとも、第1の金属ブロックと、第2の金属ブロックとを準備する第1工程と、
2)第1の金属ブロックを加工して、長さL1とH1より小さい高さH4を有する第1のウェブ部分と、第1のウェブ部分(51)に実質的に垂直でこれに隣接する少なくとも1本のストリンガー要素(3)とを具えるモノリシックな第1の部品(S)を形成する第2工程と、
3)第2の金属ブロックを成形して、少なくとも、長さがL1で、高さH方向に延び高さがH5の第2のウェブ部分(52)を少なくとも有する第2の部品(T)を形成する第3工程と、
4)第1のウェブ部分(51)と第2のウェブ部分(52)とをこれらに共通な全長に亘って突き合わせ状態に配置することにより、モノリシックな第1の部品(S)と第2の部品(T)とを組立てて、ストリンガー部分を、第2のウェブ部分に隣接させる第4工程と、
を具え、
第1の金属ブロックの圧縮下での弾性限界は、第2の金属ブロックのそれより大きく、前記ストリンガー要素の高さH'1はH1と実質的に同じで、その高さ部分(H'1−H4)が第1のウェブ部分を越えて延在しており、前記高さH5は、合計高さH4+H5が実質的にH1に等しくなるよう設定されていることを特徴とする構造的要素の製造方法に関する。
a)モノリシックな第1の部品(S)と、第2の部品(T)とよりなること、
b)部品(S)を形成するのに用いられる金属ブロックの圧縮下での弾性限界は、部品(T)を形成するのに用いられる金属ブロックのそれより大きいこと、
c)第1の部品(S)は、長さL1とH1より小さい高さH4を有する実質的に平坦な第1のウェブ部分と、第1のウェブ部分に実質的に垂直でこれに隣接するストリンガー要素とを具え、ストリンガー要素の高さH'1はH1と実質的に同じであり、高さが(H'1−H4)の部分が第1のウェブ部分を越えて延在していること、
d)第2の部品(T)は、少なくとも、長さがL1で、高さがH5の、実質的に平坦な第2のウェブ部分を具え、前記高さH5は、合計高さH4+H5が実質的にH1に等しくなるよう設定されていること、
e)モノリシックな第1の部品(S)と、第2の部品(T)とは、ウェブ(51)と(52)とが、それらに共通な全長に亘って突き合わせ状態となり、第1のウェブ部分を越えて延在するストリンガー部分が、第2のウェブ部分に隣接している状態となって並べられていること、
とを特徴とする一体化構造的要素に関する。
アルミニウム合金の命名法は、当業者にはよく知られているアルミニウム協会(The Aluminium Association)の規則に従う。冶金状態は、欧州標準規格EN515に定義されている。例えば、標準化されたアルミニウム合金の化学組成は、その規格のEN573-3に定義されている。何も記載がない場合には、「静的機械特性」、すなわち、破壊強度Rm、弾性限界Rp0.2、および、破壊時伸びAは、規格EN10002-1に則った引張試験に基づいて決められる。テストサンプルの採取位置や採取方法については規格EN485-1(圧延製品)又は規格EN755-1(押出製品)に定義されている。圧縮下での弾性限界は規格ASTM E9に従うテストによって測定される。Kapp応力拡大係数は規格ASTM E561に従って決定される。靱性KICは規格ASTM E399に従って測定される。疲労亀裂伝搬速度(いわゆるda/dN テスト)は規格ASTM E647に従って測定される。「破壊耐性」は、特に、靱性と亀裂伝搬抵抗とを意味する。
この発明によれば、Lを長さ方向とし、Hを幅方向として、長さがL1で幅がH1の、実質的に平面(L,H)に延在するウェブと、このウェブに実質的に直交する面上で幅方向に延在する1又は隣り合う複数のストリンガー要素とを具え、前記平面(L,H)に垂直なモーメントによる曲げ応力を受ける翼スパーを含む航空機用の構造的要素を製造する方法において、
1)少なくとも、第1の金属ブロックと、第2の金属ブロックとを準備する第1工程と、
2)第1の金属ブロックを加工して、長さL1と、H1より小さい高さH4とを有する第1のウェブ部分51と、第1のウェブ部分に実質的に垂直でこれに隣接する少なくとも1本のストリンガー要素3とを具えるモノリシックな第1の部品(S)を形成する第2工程と、
3)第2の金属ブロックを成形して、少なくとも、長さがL1で、高さH方向に延び高さがH5の第2のウェブ部分52を少なくとも有する第2の部品(T)を形成する第3工程と、
4)ウェブ部分51とウェブ部分52とをこれらに共通な全長に亘って突き合わせ状態に配置することにより、モノリシックな第1の部品(S)と第2の部品(T)とを組立てて、ストリンガー部分を、第2のウェブ部分に隣接させる第4工程と、
を具え、
第1の金属ブロックの圧縮下での弾性限界は、第2の金属ブロックのそれより大きく、前記ストリンガー要素の高さH'1はH1と実質的に同じで、その高さ部分(H'1−H4)が第1のウェブ部分51を越えて延在しており、前記高さH5は、合計高さH4+H5が実質的にH1に等しくなるよう設定されていることを特徴とする構造的要素の製造方法によって前記課題が解決される。
Claims (26)
- Lを長さ方向とし、Hを幅方向として、長さがL1で幅がH1の、実質的に平面(L,H)に延在するウェブと、このウェブに実質的に直交する面上で幅方向に延在する1又は隣り合う複数のストリンガー要素とを具え、前記平面(L,H)に垂直なモーメントによる曲げ応力を受ける翼スパーを含む航空機用の構造的要素を製造する方法において、
1)少なくとも、第1の金属ブロックと、第2の金属ブロックとを準備する第1工程と、
2)第1の金属ブロックを加工して、長さL1とH1より小さい高さH4を有する第1のウェブ部分と、第1のウェブ部分(51)に実質的に垂直でこれに隣接する少なくとも1本のストリンガー要素(3)とを具えるモノリシックな第1の部品(S)を形成する第2工程と、
3)第2の金属ブロックを成形して、少なくとも、長さがL1で、高さH方向に延び高さがH5の第2のウェブ部分(52)を少なくとも有する第2の部品(T)を形成する第3工程と、
4)第1のウェブ部分(51)と第2のウェブ部分(52)とをこれらに共通な全長に亘って突き合わせ状態に配置することにより、モノリシックな第1の部品(S)と第2の部品(T)とを組立てて、ストリンガー部分を、第2のウェブ部分に隣接させる第4工程と、
を具え、
第1の金属ブロックの圧縮下での弾性限界は、第2の金属ブロックのそれより大きく、前記ストリンガー要素の高さH'1はH1と実質的に同じで、その高さ部分(H'1−H4)が第1のウェブ部分を越えて延在しており、前記高さH5は、合計高さH4+H5が実質的にH1に等しくなるよう設定されていることを特徴とする構造的要素の製造方法。 - 前記第4工程に用いられる組立て方法が溶接であることを特徴とする請求項1に記載の構造的要素の製造方法。
- 前記溶接方法が、摩擦攪拌接合であることを特徴とする請求項2に記載の構造的要素の製造方法。
- 前記部品(S)と部品(T)とを形成するのに用いられる合金が互いに異なっていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の構造的要素の製造方法。
- 前記金属ブロックがアルミニウム合金よりなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の構造的要素の製造方法。
- 前記第1金属ブロックは7000番台のアルミニウム合金から得られるものであることを特徴とすする請求項1〜5のいずれかに記載の構造的要素の製造方法。
- 前記第1金属ブロックは、7040、7140、7055、7085、7149、7249、7349、7449番よりなる群を含むアルミニウム合金から得られるものであることを特徴とする請求項6に記載の構造的要素の製造方法。
- 前記第1金属ブロックは、2050、2094、2098、2195、2196および2199番よりなる群を含むアルミニウム合金から得られるものであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の構造的要素の製造方法。
- 部品(T)の少なくとも1つのモノリシック部分は、2000番台のアルミニウム合金から得られるものであることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の構造的要素の製造方法。
- 部品(T)の少なくとも1つのモノリシック部分は、2022、2024、2024A、2027、2056、2139番よりなる群を含むアルミニウム合金から得られるものであることを特徴とする請求項9に記載の構造的要素の製造方法。
- 部品(T)の少なくとも1つのモノリシック部分は、2050、2094、2098、2195、2196および2199番よりなる群を含むアルミニウム合金から得られるものであることを特徴とする請求項9に記載の構造的要素の製造方法。
- 全部のストリンガー要素(3)は、圧縮下での弾性限界の最も高い方の金属ブロックに一体的に形成されることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の構造的要素の製造方法。
- 前記構造的要素は、2つのモノリシックな部品(S)と部品(T)とを溶接することにより得られるものであることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の構造的要素の製造方法。
- 前記構造的要素が、翼スパーであることを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の構造的要素の製造方法。
- 前記構造的要素が、胴体要素であることを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の構造的要素の製造方法。
- 前記第1の部品(S)及び前記第2の部品(T)の少なくとも一方に熱処理を行うことを特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載の構造的要素の製造方法。
- 前記第4工程で得られた一体化構造的要素を機械加工して最終一体化構造的要素を得る最終工程を具える請求項1〜16のいずれかに記載の構造的要素の製造方法。
- 請求項1〜17のいずれかの製造方法によって得られる一体化構造的要素。
- Lを翼の根本からその先端に向かって延びる長さ方向とし、Hを翼の下部から上部に向かって延びる幅方向として、長さがL1で幅がH1の、実質的に平面(L,H)に延在するウェブと、このウェブに実質的に直交して幅方向に延在する1又は隣り合う複数のストリンガー要素とを具えた航空機用の一体化構造的要素において、
a)モノリシックな第1の部品(S)と、第2の部品(T)とよりなること、
b)部品(S)を形成するのに用いられる金属ブロックの圧縮下での弾性限界は、部品(T)を形成するのに用いられる金属ブロックのそれより大きいこと、
c)第1の部品(S)は、長さL1とH1より小さい高さH4を有する実質的に平坦な第1のウェブ部分と、第1のウェブ部分に実質的に垂直でこれに隣接するストリンガー要素(3)とを具え、ストリンガー要素の高さH'1はH1と実質的に同じであり、高さが(H'1−H4)の部分が第1のウェブ部分を越えて延在していること、
d)第2の部品(T)は、少なくとも、長さがL1で、高さがH5の、実質的に平坦な第2のウェブ部分(52)を具え、前記高さH5は、合計高さH4+H5が実質的にH1に等しくなるよう設定されていること、
e)モノリシックな第1の部品(S)と、第2の部品(T)とは、ウェブ部分(51)と(52)とが、それらに共通な全長に亘って突き合わせ状態となり、第1のウェブ部分を越えて延在するストリンガー部分が、第2のウェブ部分に隣接している状態となって並べられていること、
とを特徴とする一体化構造的要素。 - モノリシックな第1の部品(S)と第2の部品(T)とが、摩擦攪拌接合を含む溶接により組み立てられていることを特徴とする請求項19に記載の一体化構造的要素。
- 平面(E,L)にほぼ平行な平面内で、方向Eには厚さE1まで、方向Lには長さL1まで延在する、概ね平坦な下側フランジ(1)と上側フランジ(2)とを具えてなる請求項19又は20に記載のる一体化構造的要素。
- 少なくとも1つのストリンガー(3)がその端部に、方向Eに沿って実質的にE1に等しい厚さまで延在する長さ方向端部分(31)を具えることを特徴とする請求項21に記載のる一体化構造的要素。
- モノリシックな第1の部品(S)と第2の部品(T)とが、すくなとも3種類の溶接によって組み立てられており、それらの溶接は、第1ウェブ部分(51)と第2ウェブ部分(52)との組立を可能にする、方向Lに沿った少なくとも1つの突き合わせ溶接(21)と、ストリンガー要素(3)と第2ウェブ部分(52)との組立を可能にする方向Hに平行な少なくとも1つのT型溶接(22)と、前記下側フランジ(1)と前記長さ方向端部分(31)との組立を可能にする少なくとも1つのT型溶接(23)とを含むことを特徴とする請求項22に記載の一体化構造的要素。
- 部分(Ta)は、第2ウェブ部分(52)を構成するとともに、部分(Tb)と協働して下部フランジ(1)を形成する請求項21〜23のいずれかに記載の一体化構造的要素。
- モノリシックな第1の部品(S)は、平面(E,L)にクラックストッパを有していることを特徴とする請求項19〜24のいずれかに記載の一体化構造的要素。
- 航空機製造のための、請求項19〜25に記載された一体化構造的要素の使用方法。
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