JP5208115B2 - 胴体と主翼との間の自由な撓みを可能にする台形パネルのピン継手 - Google Patents

Description

発明の背景
発明の分野
この発明は航空機胴体におけるピン継手に関する。より特定的には、この発明は、航空機の胴体と主翼との間の自由な撓みを可能にする台形パネルのピン継手に関する。

関連技術の説明
航空機では、主翼の曲げによる主翼と胴体との間の大きな撓みは、胴体および主翼−胴体取付け構造において、設計および耐久性の問題を生じる。公知の航空機は、主翼ボックスの頂部と胴体とを水平な可撓性Ｔ型部材によって分離することにより、この差分撓みを解決した主翼−胴体取付け構造を有する。公知の航空機は、主翼／胴体継手において主翼リブの拡張部である台形パネルを有することがある。公知の台形パネルの設計は、台形パネルと固定圧力デッキとの間を垂直に分離することにより主翼と胴体／固定圧力デッキとの差分撓みを解決していることがあり、胴体外皮パネルおよびフレームが比較的長い垂直距離にわたって撓むことができる。このように、主翼の撓みは、台形パネルの上の胴体フレームおよび外皮パネルの曲げに吸収され得る。公知の金属製胴体の設計は、補強胴体パネルおよび物理的分離を用いて、主翼後部の主桁で生じる撓みを可能にする。

しかしながら、このような公知の設計は垂直距離がさほど長くなく、主翼の大きな撓みを受けることがあり、これは主翼および胴体に対して応力を引起しかねない。これは、耐久性部品においてより多数の構造を必要とし、航空機の重量を増加させかねない。さらに、公知の設計は１回転自由度しか解放しない。

したがって、航空機胴体において向上したピン継手設計の需要がある。

発明の概要
公知のピン継手設計のいずれも、この発明の多数の利点すべてをもたらすことはない。公知の設計と異なり、この発明の設計は以下の利点を与える。台形パネルのピン継手設計は、相当な重量および使用中の耐久性問題についての相当な危険性を減じる。台形パネルのピン継手設計は、付加的な自由度を可能にする垂直に配向されたピンと垂直および水平の可撓性Ｔ型部材との使用により主翼後桁の上面での自由回転を可能にすることによって、引起される応力を緩和し、したがって、この発明の設計は２回転自由度を解放することとなる。台形パネルのピン継手設計は局部的な領域において大きな撓みを可能にし、次にフレキシブルジョイントから短距離だけ離れて可撓性取付部を用いる。台形パネルのピン継手および可撓性Ｔ型部材は、主翼の曲げからの引起された負荷を減じ、主翼の上の継手が主翼の撓みおよび胴体加圧とともに屈曲することを可能にする。台形パネルのピン継手設計は、台形パネルが継手に高負荷を引起すことなく主翼の撓みを扱うことを可能にする。台形パネルのピン継手設計は、航空機胴体に大きな撓みまたは点荷重を引起すことなく複合航空機または金属航空機の主翼上面のすぐ近くに固定圧力デッキおよび床梁が位置することを可能にし、したがって、固定圧力デッキおよび主翼上面を互いのすぐ近くに配置することにより、効率的なスペース利用を可能にする。また、台形パネルのピン継手設計は、航空機の複合構造アーキテクチャ内の重量およびスペースの節約を可能にする。

この発明は、胴体セクションと主翼セクションとの間の航空機の撓みを可能にするための台形パネルのピン継手を与え、このピン継手は、垂直のピン部、ラグ部およびクレビス部を含み、少なくとも１つの垂直な可撓性Ｔ型部材がピン継手の下に位置決めされ、ピン継手は、組合せられたピン継手と垂直および水平の可撓性Ｔ型部材が２回転自由度を解放するよう、少なくとも２つの水平の可撓性Ｔ型部材に結合される。好ましくは、垂直の可撓性Ｔ型部材は部材内に垂直の可撓性リベートを有し、水平の可撓性Ｔ型部材は部材内に水平の可撓性リベートを有する。ピン継手は、胴体セクションの台形パネルが継手に高負荷を引起すことなく主翼セクションの撓みを扱うことを可能にする。この発明の別の局面では、この発明は、組合せると２自由度を解放するパネルピン継手および可撓性Ｔ型部材を含む、大きな歪みのない航空機の撓みを可能にするための可撓性胴体点を与える。

この発明の前述の、また他の利点および機構、ならびにこの発明が達成される態様は、添付図面に関連して得られるこの発明の以下の詳細な説明を考慮するとより容易に明らかになる。図面は好ましく例示的な実施例を示すが、必ずしも縮尺どおりには描かれない。
大きな歪みなく航空機の撓みを可能にする可撓性胴体点は、組合せると２自由度を解放するパネルピン継手および可撓性Ｔ型部材を含む。パネルピン継手は、垂直のピン部、ラグ部およびクレビス部を含む。可撓性Ｔ型部材は少なくとも１つの垂直の可撓性Ｔ型部材および少なくとも２つの水平の可撓性Ｔ型部材を含む。垂直の可撓性Ｔ型部材は垂直の可撓性Ｔ型部材内に垂直の可撓性リベートを有し、各水平の可撓性Ｔ型部材は各水平の可撓性Ｔ型部材内に水平の可撓性リベートを有する。ピン継手は、航空機の胴体セクションの台形パネルが、継手に高負荷を引起すことなく、主翼セクションにおける撓みを扱うことを可能にする。主翼セクションおよび胴体セクション間で航空機の撓みを可能にするための台形パネルのピン継手であって、ピン継手は、垂直のピン部、ラグ部およびクレビス部を含み、ピン継手は航空機の主翼上面の主翼後桁に位置決めされ、内部の垂直の可撓性リベートを有する少なくとも１つの垂直の可撓性Ｔ型部材はピン継手の下に位置決めされ、ピン継手とともに、胴体セクションの台形パネルを主翼後桁に接続し、ピン継手は、ピン継手および可撓性Ｔ型部材が組合せられて２自由度を解放するよう、内部の水平の可撓性リベートをそれぞれ有する少なくとも２つの水平の可撓性Ｔ型部材に結合される。ピン継手は、継手に高負荷を引起すことなく胴体セクションの台形パネルが主翼セクションの撓みを扱うことを可能にする。垂直のピン部は、ラグ部およびクレビス部に垂直に配向される。垂直のピンの中心線は、主翼後桁に対する台形パネルの回転線を規定するよう、垂直の可撓性Ｔ型部材の垂直の可撓性リベートと並んで配向される。

航空機の主翼および胴体に係合された、この発明の台形パネルのピン継手を示す斜視図である。 台形パネルのピン継手の曲げ領域および台形パネルの圧力デッキを示す斜視図である。 台形パネルのピン継手と、ラグ（突出部）およびクレビス継手（Ｕリンク）（lug and clevis joint）との回転を示す斜視図である； この発明の台形パネルのピン継手の拡大図である。 曲げ点を示す胴体の断面の概略図である。

発明の詳細な説明
この発明は、添付図面を参照して、より完全に下記に記載される。図面はこの発明のいくらかを示すが、すべての実施例が示されるわけではない。実際、この発明はいくつかの異なる形で具体化されてもよく、本願明細書に述べられた実施例に限定されるように解釈されるべきではない。そうではなく、これらの実施例は、この開示が完全かつ完成たものであって当業者にこの発明の範囲を十分に伝えるように与えられる。同じ番号は一貫して同じ要素を示す。

ここで図面、特に図１を参照して、航空機の主翼部１２および胴体または本体部１４と係合された、この発明の台形パネルのピン継手１０を示す斜視図が示される。好ましくは、この発明は大型の商用航空機に用いられる。しかしながら、この発明はまた非商用航空機に用いられてもよい。ピン継手１０は、好ましくは垂直のピン部１６、ラグ部１８およびクレビス部２０を含む。垂直のピン部１６の長さは飛行機の負荷に依存する。垂直のピン部１６は、ラグ１８およびクレビス２０に垂直に配向される。ピン継手１０は、主翼上面２４の主翼後桁２２に配置され、または位置決めされる（図２を参照）。好ましくは、ピン継手は耐腐食性の高強度鋼でできている。しかしながら、ピン継手は他の適切な耐腐食性の高強度合金でできていてもよい。ピン継手１０より下に配向されるのは、少なくとも１つの垂直の可撓性Ｔ型部材２６である。好ましくは、２つの垂直の可撓性Ｔ型部材２６が用いられる。しかしながら、より多数の垂直の可撓性Ｔ型部材がこの発明に用いられてもよい。好ましくは、垂直の可撓性Ｔ型部材はチタンでできている。しかしながら、可撓性Ｔ型部材は鋼または他の適切なハードメタルでできていてもよい。各々の垂直の可撓性Ｔ型部材内には垂直の可撓性リベート２８がある。ピン継手１０および垂直の可撓性Ｔ型部材２６が台形パネル３０を主翼後桁２２に接続することにより、主翼／本体の可撓性接続が可能となる。胴体１４の各側にある本体リブ３２の主翼側の台形パネル３０は、ラ
グ部１８およびクレビス部２０によって主翼後桁２２に取付けられる。ラグ部１８は継手の主翼側において主翼−胴体の水平の可撓性Ｔ型部を兼ね、クレビス部２０もまた、継手の台形パネル側においての主翼−胴体の水平の可撓性Ｔ型部を兼ねる。ラグ部１８およびクレビス部２０は、ラグ部およびクレビス部に垂直に配向される垂直のピン部で取付けられる。垂直の可撓性Ｔ型部材２６は、台形パネルの頂部端部３４および台形パネル３０の下部端部３６において台形パネル３０および主翼後桁２２に取付けられる。垂直の可撓性Ｔ型部材２６は、台形パネル３０の頂部３４および下部３６において撓みを吸収するよう設計されている。台形パネル３０の下部３６における撓みはおよそ半インチ（１／２）機外寄りである。台形パネルの頂部３４の撓みはおよそ半（１／２）インチ機内寄りである。頂部３４および下部３６における撓みの組合せと、３６インチ機尾側の固定圧力デッキ４６および胴体フレームへの取付けによって、垂直の可撓性Ｔ型部材２６が必要となる。垂直のピン１６の中心線は、垂直の可撓性Ｔ型部材２６の垂直の可撓性リベート２８と並んで配向され、主翼後桁２２に対する台形パネル３０の回転線を規定する。台形パネル３０は上弦部３８を含む。ピン継手１０は少なくとも２つの水平の可撓性Ｔ型部材４０にさらに結合される。しかしながら、より多数の水平の可撓性Ｔ型部材がこの発明に用いられてもよい。水平の可撓性Ｔ型部材は、ピン継手の互いに反対の各側に好ましくは位置決めされる。好ましくは、水平の可撓性Ｔ型部材はチタンでできている。しかしながら、水平の可撓性Ｔ型部材は鋼または他の適切なハードメタルでできていてもよい。水平の可撓性リベート４２は各々の水平の可撓性Ｔ型部材内にある。水平の可撓性Ｔ型部材は、胴体と主翼との間の継手でヒンジの役割をする。主翼−胴体構造が主翼上面２４の撓みを吸収して回転できることにより、撓みに引起される応力がかなり減じられる一方で、大きな主翼／本体負荷のための前方／後方の負荷経路を与える。ラグ部およびクレビス部では、主翼構造は主翼の曲げによりおよそ半（１／２）インチ機内寄りに動くが、３６インチ機尾側の胴体フレームおよび圧力デッキ４６は動かない。台形パネルのピン継手により、台形パネルの設計が継手に高負荷を引起すことなく主翼の撓みを扱うことが可能になる。図２はピン継手の曲げ領域およびトラップパネルの圧力デッキを示す斜視図である。図３は、ピン継手ならにびラグおよびクレビス継手の回転を示す斜視図である。図４はピン継手の拡大図である。この発明の別の局面では、この発明は、大きな歪みなく航空機の撓みを可能にするための可撓性の胴体点を与え、胴体点は、組合せると２回転自由度を解放するパネルピン継手１０および可撓性Ｔ型部材２６、４０を含む。

図５は、屈曲点を示す胴体の断面の概略図である。図５は、加圧された胴体の形状４８、初期の（負荷のない）位置５０、主翼の曲げ下の（加圧されない）撓んだ形状５２、張力タイとしての横方向の床梁のない膨らんだ胴体形状５４、結果としてラグ部およびクレビス部の回転を生じる、主翼ボックスのコーナ部における内向きの動き５６、主翼の曲げおよびキャビン加圧により曲げられている可撓性Ｔ型部材５８、胴体圧力および主翼の曲げに起因する主翼／胴体継手の付加的な回転６０、および客室床のすぐ上の屈曲部を組み込んだフレーム６２を示す。

この発明は、局部的な領域における大きな撓みを可能にし、フレキシブルジョイントから短距離だけ離れて、垂直の可撓性Ｔ型部材２６および水平の可撓性Ｔ型部材４０を用いる。好ましくは、この距離は少なくとも２インチ以上である。これは、航空機の固定圧力デッキ４６および床梁４４と後桁の主翼上面との間を分離する必要をなくし、主翼の撓みに胴体を一致させるよう強制するための大きな取付具および厚いパネルの使用をなくす。台形パネルおよび固定圧力デッキは同じ水平面で並んでいる。この発明は、航空機胴体に大きな撓みまたは点負荷を引起すことなく、複合航空機または金属航空機の固定圧力デッキおよび床梁のすぐ近くに主翼後桁が位置することを可能にする。この発明の設計では、台形パネルの頂部および圧力デッキは実際に一致しており、台形パネル自体が撓みを吸収して大きな撓みに引起される応力を受けることが必要となる。この発明のピン継手設計は、付加的に自由度または回転を可能にする、垂直に配向されるピンおよび垂直の可撓性Ｔ
型部材の使用によって、主翼後桁の上面で自由回転を可能にすることにより、引起される応力を緩和する。このように、この発明は２回転自由度を許容する。ピン継手および垂直の可撓性Ｔ型部材は第１の自由度を解放し、水平の可撓性Ｔ型部材は第２の自由度を解放する。増大した自由度とは垂直の回転である。解放された垂直の自由度とは、ピン継手が継手にモーメントを引起すことなく胴体および主翼が回転する能力を増加させることを意味する。この発明は、主翼の上の継手が垂直の回転度と連動して主翼の撓みおよび胴体加圧とともに屈曲することを可能にする。この発明は、航空機複合物または金属構造アーキテクチャ内の重量およびスペース節約を可能にする。この発明のピン継手の設計は、相当な重量を減らし、使用中の耐久性問題の相当な危険性を減じるという利点を有する。

この発明に関連する分野の当業者はこの発明の多数の修正例および他の実施例が想定でき、前述の説明および関連付けられた図面に示された教示の利益を受ける。したがって、この発明が開示された特定の実施例に限定されないこと、修正例および他の実施例が添付された請求項の範囲内に含まれるように意図されることが理解される。特定の用語が本願明細書に使用されるが、それらは限定目的ではなく、一般的、記述的な意味でのみ用いられる。

Claims (10)

1. 主翼セクションと台形パネルを含む胴体セクションとの間で航空機の撓みを可能にするための台形パネルのピン継手であって、ピン継手は、垂直のピン部、ラグ部およびクレビス部を含み、
   少なくとも１つの垂直の可撓性Ｔ型部材と該ピン継手とは該台形パネルを主翼後桁に接続し、該少なくとも１つの垂直の可撓性Ｔ型部材はピン継手の下に位置決めされ、ピン継手と垂直及び水平の可撓性Ｔ型部材とが組合せられて２回転自由度を開放するように、該ピン継手が少なくとも２つの水平の可撓性Ｔ型部材に結合され、該ピン継手と該少なくとも１つの垂直の可撓性Ｔ型部材とが垂直回転である第１の自由度を開放し、該水平の可撓性Ｔ型部材が水平回転である第２の自由度を開放する、ピン継手。
2. ピン継手は、航空機の主翼上面の主翼後桁に位置決めされる、請求項１に記載のピン継手。
3. ピン継手および垂直の可撓性Ｔ型部材は台形パネルを台形パネルの頂部端部及び下部端部において主翼後桁に接続する、請求項２に記載のピン継手。
   
4. 垂直の可撓性Ｔ型部材は台形パネルの該頂部端部および該下部端部において撓みを吸収する、請求項３に記載のピン継手。
5. 垂直の可撓性Ｔ型部は部材内に垂直の可撓性リベートを有する、請求項１に記載のピン継手。
6. 水平の可撓性Ｔ型部材の各々は各部材内に水平の可撓性リベートを有する、請求項１に記載のピン継手。
7. 水平の可撓性Ｔ型部材は胴体と主翼セクションの上面とを分離し、該水平の可撓性Ｔ型部材は機体と主翼セクションとの間の継手でヒンジの役割をする、請求項１に記載のピン継手。
8. 垂直の可撓性Ｔ型部材の数は２である、請求項１に記載のピン継手。
9. 水平の可撓性Ｔ型部材は互いに反対のピン継手の各側に位置決めされる、請求項１に記載のピン継手。
10. ピン継手は、胴体セクションの台形パネルと同一水平面において並んでいる固定圧力デッキとが、継手に大きな負荷を引起すことなく主翼セクションの撓みを扱うことを可能にするために主翼後桁が該固定圧力デッキのすぐ近くに位置することを可能とする、請求項１に記載のピン継手。

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