JP5133446B2 - ベントストリンガ、航空機の主翼 - Google Patents

Description

本発明は、航空機の主翼に設けられるベントストリンガ、航空機の主翼に関する。

航空機の主翼の内部には燃料タンクが設けられている。また、主翼には、燃料タンク内の燃料が減少したときに、タンク内の圧力が負圧になるのを防ぐため、燃料タンク内に空気を外部から導入するベント部材が設けられている。また、ベント部材は、地上での再給油時にタンク内が過加圧となるのを防ぐ機能も果たしている。ベント部材は、主翼の外部に空気導入ダクトを有し、この空気導入ダクトから取り入れた空気を燃料タンク内に供給する。

ベント部材は、主翼の外表面を形成する翼パネルの内周面側に、主翼の翼長方向に沿って連続するよう設けられている（例えば、非特許文献１参照。）。このようなベント部材には、チューブ状の配管を主翼パネルの内周面に取り付けたベントチューブと、主翼パネルの内周面を流路壁の一部として利用したベントストリンガとがある。

図７に示すように、ベントストリンガ１は、翼パネル２の内周面２ａに、溝状のストリンガ部材３を取り付けることで構成される。ストリンガ部材３は、略Ｕ字状断面の本体部３ａを有し、本体部３ａの開口端側に、側方に広がるフランジ部３ｂを有している。そして、フランジ部３ｂを翼パネル２の内周面２ａに突き当て、フランジ部３ｂと翼パネル２の内周面２ａをリベット４等の締結部材で締結している。このようにして、ストリンガ部材３が翼パネル２の内周面２ａに固定されることで、ストリンガ部材３の本体部３ａの内周面３ｃと、翼パネル２の内周面２ａとにより、主翼の外部から燃料タンク５内に導入される空気の流路が形成されている。

Michael C. Y. Niu 「Airframe Structural Design」 Conmilit Press Ltd. 1988年 p.259, Fig.8.3.7(c)

しかし、上述したような構成においては、耐雷性の面で課題を有する。すなわち、ストリンガ部材３を翼パネル２の内周面２ａに固定するために、フランジ部３ｂと翼パネル２の双方を貫通するリベット４等の締結部材が用いられている。そして、このリベット４は、一端が翼パネル２の外周面２ｂに露出し、他端が燃料タンク５内に露出する。
したがって、落雷した場合、リベット４等の締結部材を通して、主翼内の燃料タンク５内でアーク放電（スパーク）が発生する可能性がある。このため、被雷時における燃料タンク５内におけるアーク放電の発生を確実に抑える必要がある。

また、リベット４による締結作業は、例えば翼パネル２の外周面２ｂ側からリベット材を挿入し、内周面２ａ側でかしめ作業を行う等、翼パネル２の内周面２ａ側と外周面２ｂ側とで行わなければならず、手間がかかるという問題もある。

さらに、翼パネル２やストリンガ部材３は、主翼の形状に合わせて湾曲成形する必要がある。これらを湾曲成形するには、ピーニング法（Peen forming）をはじめとして、様々な手法が用いられているが、いずれの場合も、翼パネル２とストリンガ部材３とを、それぞれ精度良く所定形状に成形する必要がある。しかし、特にストリンガ部材３は、略Ｕ字状の断面形状を有しているため、剛性が高く、残留応力による変形の戻り等もあるため、翼パネル２とストリンガ部材３とがその全体で平均して突き当たるように成形するのが非常に困難となっている。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、耐雷性を高めるとともに、翼の製作を効率よくかつ高精度に行うことのできるベントストリンガ、航空機の主翼を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明のベントストリンガは、翼の外表面を形成する翼パネルにおいて、翼の内側に面する内表面に翼パネルと一体に形成され、翼の翼長方向に連続する一対のリブと、一対のリブの先端部間を塞ぐよう設けられたカバーと、を備えることを特徴とする。
リブとカバーは、どのように締結しても良いが、例えば、リブの先端部に形成されたフランジ部にカバーを突き当て、カバーとフランジ部とを締結部材により一体に締結することができる。
このようにして、リブとカバーは、翼パネルよりも翼の内側で締結することができる。
ここで、リブは、翼パネルを構成する金属母材から削り出して形成するのが好ましい。

ところで、カバーは、リブへの取り付け作業時の作業性、取扱い性から、翼の翼長方向にカバーを区分した複数枚のカバー部材によって構成することがある。
この場合、カバーが、翼の翼長方向に複数枚のカバー部材を並べて接合することにより形成され、翼長方向において互いに前後するカバー部材どうしの端部に、それぞれベントストリンガの外方に向けて立ち上がるフランジが設けられるとともに、互いに前後するカバー部材のフランジどうしが、翼長方向に軸線を有する接合ピンにより接合された構成とすることもできる。

また、本発明のベントストリンガは、翼の内部に設けられた燃料タンクに隣接して設けることができる。
さらに、本発明は、翼の外表面を形成する翼パネルと、上記したようなベントストリンガと、を備えることを特徴とする航空機の主翼とすることもできる。

本発明によれば、リブとカバーは、翼パネルよりも翼の内側で締結することができる。これにより、リベット等の締結部材が翼の外表面に露出しないため、落雷時に締結部材を通して翼内部の燃料タンクでスパークが生じるのを防ぐことができる。リブとカバーの合わせ面も、翼外表面から翼の内側に離間しているため、リブとカバーを互いに異なる材料で形成した場合にもスパークが生じにくい。このようにして、耐雷性を大幅に高めることができる。
また、締結部材にリブとカバーの締結作業は、翼パネルの内表面側で行うことができるので、作業性に優れる。
さらに、リブは翼パネルと一体に削り出して形成することで、翼パネルの湾曲形状に合せてリブを高精度に形成できる。一方、カバーは帯状の部材を翼パネルおよびリブの形状に合わせて湾曲させるのみでよいので、リブの先端部に確実に突き合わせることができる。特に、カバーが薄板の場合、締結部材で締結していくことにより、カバーはリブの先端形状に倣って容易に変形するので、作業性に優れる。

本実施の形態における航空機の主翼を構成する翼パネルを示す斜視図である。 ベントストリンガを示す断面図である。 ベントストリンガの他の例を示す断面図である。 カバー部材の一般的な連結構造を示す断面図である。 本実施の形態におけるカバー部材の連結構造を示す断面図および斜視図である。 本実施の形態におけるカバー部材の連結構造の他の例を示す断面図および斜視図である。 従来のベントストリンガを示す断面図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における航空機の主翼１０を構成する翼パネル１１を示す斜視図である。
この図１に示すように、主翼１０は、その上面側の翼表面を形成する翼パネル１１と、主翼１０内に設けられたベントストリンガ２０とを備えている。
なお、本実施形態において、主翼１０は、その上面側が１枚の翼パネル１１によって形成されているが、これに限る物ではなく、２枚以上の翼パネル１１を組み合わせても良い。

ベントストリンガ２０は、主翼１０の翼長方向に沿って連続して設けられており、複数本が互いに平行に複数本設けられている。

図２に示すように、ベントストリンガ２０は、翼パネル１１の内表面１１ａに直交する方向に立ち上がる一対のリブ２１、２１と、これらリブ２１、２１の先端部上に設けられたカバー２２とから形成されている。

各リブ２１は、主翼１０の翼長方向に沿って連続するよう形成されている。各リブ２１の先端部には、対向するリブ２１とは反対側に向けて延びるフランジ部２１ａが一体に形成されている。このようなリブ２１は、翼パネル１１と一体に形成されている。すなわち、翼パネル１１およびリブ２１は、金属母材から削り出し加工を行うことで形成される。このリブ２１は、翼パネル１１の面外方向への変形に対する補強要素として機能することができる。

また、カバー２２は、主翼１０の翼長方向に長手方向を有する帯状である。カバー２２は、その両側端部２２ａ、２２ａをリブ２１のフランジ部２１ａ、２１ａに突き当てることで、リブ２１、２１間の空間を塞ぐよう設けられている。
そして、カバー２２の両側端部２２ａ、２２ａとリブ２１のフランジ部２１ａ、２１ａは、所定間隔に配置されたリベット（締結部材）２３により一体に締結されている。

なおここで、カバー２２は、図２に示すように、例えば２ｍｍ以下の薄板状としても良いし、図３に示すように、厚板から形成して、リブ２１、２１に一体に連結されることで、翼パネル１１の補強要素の一部として機能する構成とすることもできる。この場合、カバー２２の一方の表面に、補強用のスティフナ２２ｂを形成するのも有効である。

ところで、カバー２２は、翼長方向に１０ｍ程度の長さとなることがある。そこで、リブ２１、２１への取り付け作業時の作業性、取扱い性等の観点から、主翼１０の翼長方向にカバー２２を区分してなる複数枚のカバー部材によって構成することができる。
このような場合、翼の翼長方向において互いに前後するカバー部材どうしは、翼からの荷重が作用するため、この荷重を受けるために、互いに接合する必要がある。
そこで、図４に示すように、互いに前後するカバー２２Ｂ、２２Ｂの端部どうしを重ね合わせ、ボルト・ナット等の接合ピン２４によりこれらを接合することが考えられる。
しかし、リブ２１、２１の内側に位置する接合ピン２４は、その一方の端部がベントストリンガ２０の内部空間側に位置することになる。ベントストリンガ２０の内部空間は燃料タンクに通じるため、落雷時にスパークが生じるのを防ぐために、接合ピン２４についても、その両端部をシーラント２５で覆う必要が生じる。
そして、このシーラント２５が脱落していないか、適宜タイミングで点検する必要があるが、航空機の組み立て時はともかく、航空機の使用開始後は、ベントストリンガ２０の内部空間に作業者が入って点検等を行うのは困難である。

そこで、図５に示すように、カバー２２を、主翼１０の翼長方向にカバー２２を区分してなる複数枚のカバー部材２２Ｃ、２２Ｃ、…によって構成する。
互いに前後するカバー部材２２Ｃ、２２Ｃには、その端部に、カバー部材２２Ｃの表面２２ｆに直交してベントストリンガ２０の外方に延びるフランジ２６を形成する。
そして、互いに前後するカバー部材２２Ｃ、２２Ｃのフランジ２６、２６どうしを、翼長方向に軸線を有するボルト・ナット等の接合ピン２７によりこれらを接合する。さらに、接合ピン２７の両端部は、絶縁性材料からなるシーラント２８を塗布してその全体を覆う。

このようなベントストリンガ２０は、リブ２１、２１と、カバー２２と、翼パネル１１の内表面１１ａとによって囲まれた空間を、外部から導入した空気の流路とする。このベントストリンガ２０を通して燃料タンク３０内に空気を外部から導入する。

上記したような構成においては、リベット２３が翼パネル１１の外表面１１ｂに露出していないため、落雷時にリベット２３を通して主翼１０の内部に設けられた燃料タンク３０にスパークが生じるのを防ぐことができる。
また、リブ２１とカバー２２の合わせ面も、翼パネル１１の外表面１１ｂから内側に離間しているため、リブ２１とカバー２２を互いに異なる材料で形成した場合にも、スパークが生じにくい。
このようにして、耐雷性を大幅に高めることができる。

また、リベット２３によるリブ２１とカバー２２の締結作業は、翼パネル１１の内表面１１ａ側で行うことができるので、作業性に優れる。

さらに、リブ２１は、翼パネル１１と一体に削り出して形成されるため、翼パネル１１の湾曲形状に合せて高精度に形成される。一方、カバー２２は、帯状の部材を翼パネル１１およびリブ２１の形状に合わせて湾曲させるのみでよいので、リブ２１の先端部に確実に突き合わせることができる。特に、カバー２２が薄板の場合、リベット２３で締結していくことにより、カバー２２はリブ２１の先端形状に倣って容易に変形するので、作業性が特に高い。

加えて、カバー２２を、複数枚のカバー部材２２Ｃ、２２Ｃ、…によって構成し、互いに前後するカバー部材２２Ｃ、２２Ｃの端部にそれぞれフランジ２６を形成し、互いに前後するカバー部材２２Ｃ、２２Ｃのフランジ２６、２６どうしが、ボルト・ナット等の接合ピン２７によって接合されている。したがって、万が一落雷時に接合ピン２７でアーク放電が生じた場合，接合ピンの両端部の全体を覆った絶縁性材料からなるシーラント２８でアーク放電が燃料タンク内に曝露されるのを防ぐ。そのため，シーラント２８が脱落していないか適宜タイミングで点検する必要があるが，これを外部から容易に行なうことができる。また，接合ピン２７によるカバー部材２２Ｃ、２２Ｃどうしの接合作業についても外部から容易に行なうことができる。

なお、上記実施の形態では、リブ２１のフランジ部２１ａにカバー２２を突き当てる構成としたが、これ以外の形状・構成とすることもできる。例えば、リブ２１にフランジ部２１ａを形成せず、カバー２２を、その両端に、リブ２１の側面に沿う立ち上がり部を形成した断面略Ｕ字状とし、立ち上がり部をリブ２１の側面に締結する構成とすることもできる。
また、図６に示すように、カバー部材２２Ｃに形成したフランジ２６に、補強リブ２９を設けるような構成とすることもできる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１０…主翼、１１…翼パネル、１１ａ…内表面、２０…ベントストリンガ、２１…リブ、２１ａ…フランジ部、２２…カバー、２２ａ…両側端部、２２ｂ…スティフナ、２２Ｃ…カバー部材、２３…リベット（締結部材）、２６…フランジ、２７…接合ピン、２８…シーラント、２９…補強リブ、３０…燃料タンク

Claims (6)

1. 翼の外表面を形成する翼パネルにおいて、前記翼の内側に面する内表面に前記翼パネルと一体に形成され、前記翼の翼長方向に連続する一対のリブと、
   一対の前記リブの先端部間を塞ぐよう設けられたカバーと、を備えることを特徴とするベントストリンガ。
2. 前記リブの先端部にフランジ部が形成され、
   前記カバーは、前記フランジ部に突き当てられ、前記カバーと前記フランジ部とが締結部材により一体に締結されていることを特徴とする請求項１に記載のベントストリンガ。
3. 前記リブは、前記翼パネルを構成する金属母材から削り出して形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のベントストリンガ。
4. 前記カバーが、前記翼の翼長方向に複数枚のカバー部材を並べて接合することにより形成され、
   前記翼長方向において互いに前後する前記カバー部材どうしの端部に、前記ベントストリンガの外方に向けて立ち上がるフランジが設けられるとともに、
   互いに前後する前記カバー部材の前記フランジどうしが、前記翼長方向に軸線を有する接合ピンにより接合されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のベントストリンガ。
5. 前記ベントストリンガは、前記翼の内部に設けられた燃料タンクに隣接して設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のベントストリンガ。
6. 翼の外表面を形成する翼パネルと、
   請求項１から５のいずれか一項に記載のベントストリンガと、
   を備えることを特徴とする航空機の主翼。

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