JP5297088B2 - 予めパターン化されたレイアップキットおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般的に、航空機製造に関するものであり、更に詳しくは、機体形成において使用される複合材料レイアップキットに関するものである。

最新の商用航空機は、金属構成品製造で使用されるものと異なる製造装置および技法を必要とするかなりの量の複合材料を使用して形成することができる。複合材料は、機械で配置するか、または、手で適用することができる。自動化繊維配置（ＡＦＰ）機械は、大型航空機形成に向けて開発されたものであり、一般的なＡＦＰ機械は、マンドレルを使用して、通常、玉状複合繊維糸または繊維束として、複合材料を機体上に配置する。一般的なＡＦＰシステムは、適用ヘッドを使用して複数の独立した複合テープを連続的に縁部接触させて、単一の帯体を形成するものであり、この単一の帯体は、その後、制御されながら工具またはマンドレル表面上に配置される。ＡＦＰ機械は、大型である可能性があり、２０トン〜１００トンを上回る重量であることが多い。ＡＦＰ機械は、胴体筒体（fuselage barrel）周りに連続回転で使用されたときが最も効率的である。しかしながら、一般的な機体は、連続適用技法では非効率的であると考えられる数多くの特長部を有する。また、ポート、ハッチ、ドアなど用の切抜き部および開口部などの特長部には、１つまたはそれ以上の更なる複合材料強化層が必要である場合がある。更に、これらの層は、主要連続的繊維配置方位と異なる方位または方向角で配置される場合が多い。現在、強化材は、未完成複合パネル、例えば、未完成単層または多層プレプレッグ繊維パネルとして、または、機体の領域をほぼ覆うように形成された多層キットとして供給される場合がある。適用中、各パネルは、下にあるポート、ハッチ、またはドア用切抜き部および開口部に対応するように切断、トリミング、接合および仕上げを行う必要がある場合がある。

各強化層の機械配置中、一般的なＡＦＰマンドレルは、停止、位置決めし直し、および再起動する必要がある。一部の適用については、手による適用、トリミング、接合、および仕上げの諸ステップは、何回も繰り返される場合がある。手で適用されたパネルは、位置決めまたは適用における誤差を含め、人間のオペレータによる断片的な配置固有の誤差が発生する恐れがある。いずれの場合についても、各層が適用された後、問題のない許容値内に従った、適正な構造的な位置決め、積層処理、および接合における完全性、および、望ましくない特性が無きことを確保するために、検査が行なわれると考えられる。位置決めミスまたは適用ミスが発生していたパネルは、胴体から除去して適用し直す場合があるか、または、新たにパネルを適用する場合がある。しかしながら、適用し直す前に、下地表面は、パネル適用に向けて処理し直す必要があると考えられ、この表面の乱れまたは損傷の危険性が発生する。更に、パネル自体が、除去または適用し直し中に損傷する恐れがある。

明らかなことには、当該の形態で複合材料を適用するために使用される現行の各種方法は、退屈で、時間が掛かり、また、労働集約的である上に、材料が無駄となって、製造費及生産時間の増大になる可能性がある。このような各種の非効率は、大型輸送航空機の商業生産において問題となる可能性がある。その結果、レイアップキット、および、ＡＦＰの不連続稼動および手作業によるレイアップ適用を最小限に抑えると同時に、機体に効率的に適用することができるこのようなキットを製造する方法に対する必要性がある。

発明の概要

一実施形態においては、機体用レイアップキットを製造する方法を提供する。本方法は、機体位相特長部に対応するように成形された予め選択されたパターンを有する予めパターン化されたレイアップを形成することを含む。

別の実施形態においては、レイアップキットを提供する。本レイアップキットは、機体位相特長部に対応するように成形された予め選択されたパターンを有する予めパターン化されたレイアップを含む。

更に別の実施形態においては、レイアップは、多重プレプレッグ薄層を含む予めパターン化されたレイアップであって、多重プレプレッグ薄層の少なくとも１つは、機体位相特長部に対応するように成形された予め選択されたパターンを有するように形成され、機体レイアップ構造体の予め選択された目標領域に合うように予めトリミングされ、この予め選択された目標領域に対応する機体輪郭に適合されるレイアップと、表向き面と割り出し要素とを有する可撓性の担持体であって、予めパターン化されたレイアップは、可撓性の担持体の表向き面上に解放可能に載置され、多重薄層の選択された薄層は、割り出し要素に対してそれぞれの薄層方位で可撓性の担持体上に載置される可撓性の担持体と、予めパターン化されたレイアップと可撓性の担持体の表向き面との間に挿置されたレイアップ解放層とを含み、レイアップキットは、予めパターン化されたレイアップキットである。

本方法は、
可撓性の担持体上で多重の予めパターン化された薄層を圧縮することを更に備える。

圧縮することは、少なくとも約５分間の真空圧縮を含む方法。

本方法は、層特性、層縁部重なり合い、接合特性、層間特性、又はこれらの組み合わせについて予めパターン化された薄層の選択された薄層を検査すること
を更に備える。

レイアップが、請求項１に従って形成された予めパターン化されたレイアップを備える方法。

本方法は、複数の予めパターン化されたレイアップをレイアップ構造体上に配置する航空機組立て方法を更に備える。

航空機組立て方法は、
形成前工程と、
形成工程と、
形成後工程と、
を備える方法。

形成前工程は、
第三者により形成された構成品を選択することを更に備え、構成品は、航空機組立て品及び航空機半組立て品において使用される方法。

形成前工程は、
レイアップ配置用レイアップ構造体を設計することを更に備える方法。

形成後工程は、
レイアップ構造体用レイアップを使用する航空機の再加工を更に備える方法。

複数の予めパターン化されたレイアップが、航空機組立て方法中にレイアップ構造体上に配置されるレイアップキット。

航空機組立て方法は、
形成前工程と、
形成工程と、
形成後工程と、
を備えるレイアップキット。

形成前工程は、
第三者により形成された構成品を選択することを更に備え、構成品は、航空機組立て品及び航空機半組立て品において使用されるレイアップキット。

形成前工程は、
レイアップ配置用レイアップ構造体を設計することを更に備えるレイアップキット。

形成後工程は、
レイアップ構造体用レイアップを使用する航空機の再加工を更に備えるレイアップキット。

機体用レイアップキットを製造する方法であって、
予めパターン化されたレイアップを成形することと、
予めパターン化されたレイアップを可撓性の担持体上に解放可能に載置することと、
を備える方法。

予めパターン化されたレイアップは、少なくとも１つの層を含む方法。

予めパターン化されたレイアップを成形することは、
予め選択されたパターンを少なくとも１つのプレプレッグ薄層に切断して予めパターン化された薄層を形成することを更に備える方法。

本方法は、
予め選択された目標領域に合うように少なくとも１つの予めパターン化された薄層を予めトリミングすることと、
予め選択された目標領域に対応する機体輪郭に１つの予めパターン化された薄層を適合させることを更に備える。

本方法は、レイアップ構造体上に複数の予めパターン化されたレイアップを配置する航空機組立て方法を更に備える。

航空機組立て方法は、
形成前工程と、
形成工程と、
形成後工程と、
を備える方法。

形成前工程は、
第三者により形成された構成品を選択することを更に備え、構成品は、航空機組立て品及び航空機半組立て品において使用される方法。

形成前工程は、
レイアップ配置用レイアップ構造体を設計することを更に備える方法。

形成後工程は、レイアップ構造体用レイアップを使用する航空機の再加工を更に備えるレイアップキット。

この短い要約は、様々な実施形態の性質を素早く理解することができるように提示したものである。添付図面と関連して各種好適な実施形態の以下の詳細な説明を参照すれば、各種実施形態のより完全な理解を得ることができる。

本発明の各種実施形態およびこれらの利点は、以下の詳細な説明を参照することにより最も良く理解される。同様の参照番号は、各種図の１つまたはそれ以上において例示する同様の要素を特定するために使用されていることを認識されたい。

詳細な説明

本明細書では、自動化レイアップ方法により適用すると共に、広範囲にわたるレイアップ構造体輪郭、外形、サイズ、および構成に対応することができる、予めパターン化されたレイアップキットおよび対応する製造方法の各種実施形態を説明する。

本明細書で使用される、「レイアップ」は、１つの層（薄層）または複数の層を有する、複合材料を含む成形組立体を指す。多層レイアップは、積み重ね構成、サンドイッチ構成、またはこれらの組み合わせで形成することができる。複合材料は、支持マトリクス材により配設されると共に囲まれた繊維を有する繊維マトリクス材とすることができる。一般に、繊維とは、炭素繊維材、黒鉛繊維材、ポリマー繊維材、金属繊維材、またはその組み合わせを含むがこれらに限定されない、天然、人工を問わず、任意の適切な繊維材を指すことができる。更に、金属繊維材としては、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、または、これらの合金類または有機金属的組み合わせを挙げることができるがこれらに限定されない。繊維は、ウイスカー、平行フィラメント（collimated filament）、繊維糸、織布、リボン、マット、またはこれらの組み合わせとして繊維システムに配設することができる。複合材料の一例は、物理的特性、化学特性、またはこの両方が異なり、一般的に組成においてそれぞれの特性を保持し、特殊な特性を結果的に得られる複合材料に与えるように共同利用で機能することができる２つまたはそれ以上の構成材料の組み合わせである強化複合材料とすることができる。「複合」および「強化複合」という用語は、同意語であるとすることができる。最新の機体製造においては、構成材料としては、一般的に、マトリクスシステム内で取り囲まれると共に維持される繊維システムの形の強化材料がある。

繊維システム強化材としては、織布、不織布、マット、クロス、荒目地クロス、テープ、撚り線、繊維束、またはこれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない数多くの形で実現することができる、ガラス繊維、炭素繊維、黒鉛繊維、金属繊維、またはこれらの組み合わせを挙げることができるがこれらに限定されない。一般に、繊維束は、単独で、または、布、クロス、テープ、またはこれらの組み合わせの構成要素として使用することができる。各種の1本もの炭素繊維フィラメントを含む、略平行な１本ものフィラメントの不撚り束または糸である。一般的に、このような糸から作られたこの糸および他の材料形態は、各繊維束内に設けられているフィラメント数で識別することができる。例えば、「６Ｋ」という炭素繊維束（トウ）は、一般的に、６０００本の連続した炭素フィラメントを構成する。同様に、炭素織物は、経糸および緯糸の一方または両方で６Ｋ炭素繊維束から作製することができる。レイアップは、炭素材または黒鉛材に関して説明することができるが、本発明の各種実施形態は、１つまたはそれ以上の薄層が金属または金属複合材料で構成することができるレイアップも包含する。

また、支持マトリクスシステ系は、有機マトリクス材、金属マトリクス材、金属間マトリクス材、または有機金属マトリクス材を含む、選択繊維システムを埋設するために適切に構成された材料とすることができる。支持マトリクスの１つの非制限的な例においては、炭素繊維システムは、硬質エポキシ樹脂有機マトリクス材など、熱硬化性または熱可塑性材料内に埋設することができる。金属マトリクス材は、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、これらの合金または金属間化合物を含むがこれらに限定されない１つまたはそれ以上の金属で構成することができる。マトリクスシステムの非制限的な例は、樹脂マトリクスシステムとすることができる。樹脂マトリクスシステムは、熱硬化性または熱可塑性特性を有することができ、かつ、取り扱いおよび処理上の挙動および物理的特性に影響を与える様々な成分または添加剤を含むことができる有機ポリマーまたはプレポリマーとすることができる。樹脂マトリクスシステムは、例えば、隣接複合材料層間で、または、複合材料層と機体表面との間で表面装着を生成することができる接着剤としての使用に向けて構成することができる。一般的に使用されている樹脂マトリクスシステムの例は、エポキシポリマー樹脂など、重合可能な熱硬化性樹脂とすることができる。一般的に、樹脂マトリクスシステムは、公称樹脂硬化温度、樹脂タイプ、特有の材料特性に関して識別することができる。

しかしながら、本明細書の各種実施形態は、樹脂マトリクスシステムで形成されたレイアップに限定されないものであり、他の適切なマトリクスシステムを採用することができる。更に、１つまたはそれ以上のレイアップ薄層は、アルミニウムまたはアルミニウム合金、ステンレス鋼またはステンレス鋼合金、チタンまたはタチン合金、マグネシウムまたはマグネシウム合金、または炭化珪素または炭化珪素合金を含むがこれらに限定されない、金属または金属合金の層とすることができる。また、１つまたはそれ以上の薄層は、金属間マトリクス複合材料、金属マトリクス複合材料、またはセラミック複合材料から形成することができる。このようなマトリクスシステム、および機能的な類似物は、当分野で周知である。

予めパターン化されたレイアップキットは、レイアップ構造体に対応する空間的基準系内の公知の基準場所、つまり、「ホーム」に対して、レイアップ構造体との定義可能な空間的関係で配置することができる。基準場所は、一般的に、共通の空間的基準系内での境界条件を特定するために、かつ、均一に高い精度で空間的基準系内の選定場所を特定するために、人間のオペレータにより、または機械により利用することができる公知の基準場所を表すものである。作業空間は、基準場所を含む定義可能な空間的基準系である。定義として、公知の場所「に対応する」ことは、この場所と定義された空間的関係にあることである。また、整合とは、公知の基準場所と作業空間内の特定の平面または特定の組の平面との一致を確立する方法である。当該の平面は、局所的な基準系を定義することができる。整合位置とは、当該の局所的な基準系が既に確立されている特定された場所である。割り出しとは、局所的な基準系内に作業地点または作業領域を確立する方法であり、割り出し位置とは、そのようにして特定された作業地点または作業領域である。整合位置は、対応する局所的な基準系内の１つまたはそれ以上の割り出し位置に対応する場合がある。本明細書で使用されるとき、割り出し位置および割り出し位置での事物の場所は、整合位置を公知の基準場所と対応させることにより、公知の基準場所に対応させることができる。割り出し位置は、作業空間内の公知の基準場所を空間的に基準とした構造体の表面上の独自の場所に対応することができる。

本明細書で使用されるとき、レイアップ構造体は、レイアップを適用することができる構造体である。レイアップ構造体の例は、胴体、翼、先尾翼、円錐体（cone）、垂直安定板、ドア、レードーム、機首、尾翼、ナセル、ストレイク、桁フランジ、または整形板を含むがこれらに限定されない機体またはこの一部することができる。レイアップ構造体の別の例は、モールドまたはマンドレルを含むがこれらに限定されない形成工具とすることができる。モールド成形工具は、翼、先尾翼、ドア、レードーム、ストレイク、桁フランジ、整形板、またはこれらの一部（を含むがこれらに限定されない）などの機体角部分（angular portion）の形成において採用することができる。同様に、マンドレル成形工具は、機首、円錐体、ドア、レードーム、胴体、尾翼、ナセル、またはこれらの一部を含むがこれらに限定されない円筒形機体部分の形成において採用することができる。言うまでもなく、他の成形工具を採用することができ、他のレイアップ構造体を選択することができる。便宜上、本明細書の特定の実施形態は、機体胴体について説明する場合があるが、これは、限定されたものと解釈しないようにされたい。

レイアップ構造体は、基準軸に沿って各予め選択された整合位置にて定義可能な横断面形状を有することができる。適用幅では、基準軸に沿って予め選択された整合地点にてレイアップ構造体表面の定義可能な領域の線形範囲を表すことができる。適用幅の線形範囲は、適用方向に略垂直方向にかつ、大略的に基準軸に沿って方向づけられるものである。レイアップ構造体のテーパー状ではない部分は、予め選択された整合地点に対応する適応幅にわたって実質的に不変のままである所定の輪郭プロファイルを示すことができる。しかしながら、レイアップ構造体は、基準軸に沿ってテーパー状、即ち、例えば、レイアップ構造体基準軸に沿って変動横断面形状を有することができる。したがって、レイアップ構造体のテーパー部分は、適応幅の範囲にわたって３次元で変動する所定の輪郭プロファイルを示すことができる。したがって、予め選択されたレイアップ材料は、予め選択された整合地点に対応する適応幅に沿って３次元で変動することができる所定の輪郭プロファイルに適合するように構成することができる。

更に、「適用」という用語は、作業空間内で空間的に基準とした構造体の表面上に予め選択されたレイアップ材料を配置することを参照して作られている。予め選択された材料は、配置後にレイアップ構造体表面に接着するように処理することができる。構造体は、構造体長さにわたって３次元において変動すると考えられる所定の輪郭プロファイル、即ち、定義可能な横断面形状を有する可能性がある。適用経路は、レイアップ材料を適用することができる構造体表面の定義可能な領域を表すことができ、適用方向は、始点から終点まで、作業空間内の適用経路の方位を表すことができ、適用速度は、適用経路に沿った時間を基準とした動きを表すことができる。同様に、適用力は、適用経路に沿って配置されているレイアップ材料に押し付けられる選択可能な力とすることができる。適用力は、適用方向に適用経路に沿って押し付けることができる。しかしながら、適用力は、大略的に適用方向と異なる方向および方位を有する。例えば、適用力の方向は、適用経路の少なくとも一部にわたって適用方向に垂直であるとすることができる。一般に、適用経路は、選択可能な整合位置を基準とすることができ、かつ、直線または曲線とすることができる。

「不一致」は、本明細書を通じて妥当な前後関係で使用されるとき、外部要因（異物デブリ（ＦＯＤ）、熱負荷、構造負荷、雷、またはアーク発生を含む）に晒されても影響を受けなかった複合構造体の１つまたはそれ以上の実測特性と、外部要因に晒されて影響を受けた複合構造体の同じ１つまたはそれ以上の実測特性との差異を指す。「不一致」には、設計許容値内で製造された複合構造体の１つまたはそれ以上の実測特性と、設計許容値を超えて製造された複合構造体同じ１つまたはそれ以上の実測特性との差異も含まれる。

図１（ｉ，ｉｉ）は、レイアップ担持体を準備する（Ｓ１０２）ことと、予めパターン化されたレイアップを準備する（Ｓ１０４）ことと、予めパターン化されたレイアップキットを準備する（Ｓ１０６）ことと、更に、予めパターン化されたレイアップキットを保管する（Ｓ１０８）こととを含む、レイアップキット製造方法１００の各種実施形態を示す。一般に、レイアップキットは、予めパターン化されたレイアップと、予めパターン化されたレイアップが解放可能に載置され得る可撓性の担持体とを含む。

キット化のために可撓性の担持体を準備する（Ｓ１０２）ことは、割り出し（インデックス）要素を適用する（Ｓ１１２）ことと、可撓性の担持体を基準方位に位置合わせ（アラインメント）する（Ｓ１１６）こととにより始められ得る。この割り出し要素は、可撓性の担持体を基準方位に方向づけるために使用することができる。また、この割り出し要素は、可撓性の担持体２５０（図２を参照されたい）に対応する空間的基準系を確立するために使用することもでき、空間的基準系内では、可撓性の担持体２５０上の地点（ポイント）は、明瞭に確立することができる。前記可撓性の担持体２５０を準備する（Ｓ１０２）ことは、レイアップ解放層を可撓性の担持体２５０の表向き面に適用する（Ｓ１２０）ことを含むことができるように、機体に適用した後に、レイアップを可撓性の担持体２５０から解放することが望ましい。レイアップ解放層の皺またはひだは、望ましくない可能性があるので、例えば、レイアップ解放層を手で円滑にし（Ｓ１２８）および／または可撓性の担持体上での真空圧縮により、レイアップ解放層を圧縮する（Ｓ１２４）。レイアップ解放層は、少なくとも約５分間キットを真空圧縮することを含め、圧縮する（Ｓ１３２）技術を用いることにより可撓性の担持体表面上で実質的に滑らかかつ平坦にすることができる。真空圧縮を行うために使用される方法および装置としては、強化複合材料製造の技術分野で周知であるものがある。圧縮後、可撓性の担持体２５０上でのレイアップ解放層の状態を検査する（Ｓ１３４）ことが有益であろう。検査が満足なものでなかった場合、解放層は、この再加工または交換する（Ｓ１３６）ことができる。

予めパターン化されたレイアップを準備する（Ｓ１０４）際に、予めパターン化されたレイアップキットを準備する（Ｓ１０６）ことに先立って、または、これと同時に、１もしくは複数の構成薄層を準備することができる。例えば、大規模生産環境においては、前もった準備が望ましいであろう。前記予めパターン化される薄層は、金属層、金属スクリーン、金属箔、テープまたは繊維シートなどの補強材など、適切な材料で形成することができる。レイアップ２１０（図２を参照されたい）用の適切な複合材料の例としては、約３５０°Ｆ（約１７６℃）の公称硬化温度を有する強化樹脂が予め含浸されている６ｋ炭素繊維束から形成された平織物または一方向テープなど、炭素繊維材料を挙げることができるがこれに限定されない。

少なくとも１つの予めパターン化された薄層は、一般的に形態が平面であるそれぞれの複合繊維片に予め選択されたパターンをトリミングする（Ｓ１４０）ことにより形成されることができる。有利なことに、予め選択されたパターンは、ドア、アクセスハッチ、またはポートを含むがこれらに限定されない機体位相特長部に対応するように成形することができる。また、複合材料は、レイアップ構造体の目標領域に合うように予めトリミングする（Ｓ１４２）ことができる。多層レイアップにおいては、１つまたはそれ以上の更なる薄層が、予め選択されたパターンを形成するか、予め選択された目標領域に合わせて予めトリミングするか、またはこれらの両方により予めパターン化することができる。更に、予めパターン化された薄層は、胴体など、レイアップ構造体の輪郭に合わせた部分に適合するように平面の予めパターン化された薄層を適用することができるように、機体位相特長部（トポロジカルフュチャー）に対応する機体輪郭に適合させる（Ｓ１４４）ことができる。予めパターン化された薄層は、少なくともある程度、例えば、ＣＮＣ制御式多軸レーザーまたは高圧ウォータジェットを用いた高精度切断、成形、またはサイズ決定を含むがこれらに限定されない、最新の自動または半自動製造法を用いて、形成に合わせて修正可能とすることができる。各種の手作業による切断方法を用いることもできる。形成後、ただし、キット内に載置前に、予めパターン化された薄層を検査して（Ｓ１４６）欠陥薄層を再加工または交換する（Ｓ１４８）ことが望ましいであろう。

予めパターン化されたレイアップキットを準備する（Ｓ１０６）ことは、予めパターン化されたレイアップを載置することを含むことができる。予めパターン化されたレイアップ、したがって、予めパターン化されたレイアップキットは、単一の予めパターン化された薄層または予めパターン化された薄層を含む多重薄層を含むように形成することができる。予めパターン化されたレイアップは、第１の薄層方位で可撓性の担持体上に第１の予めパターン化された薄層を載置する（Ｓ１５０）ことにより形成することができる。第１の予めパターン化された薄層は、可撓性の担持体の空間的基準系に対して載置することにより可撓性の担持体に割り出すことができる。拡張により、第１の薄層方位は、担持体空間的基準系に対応させることができる。したがって、第１の予めパターン化された薄層、および、拡張により、第１の薄層方位は、可撓性の担持体に割り出すことができる。

第１の予めパターン化された薄層を可撓性の担持体上で圧縮する（Ｓ１５２）ことは、少なくとも約５分間の真空圧縮を含め、有益であろう。更に、載置および圧縮後に、予め選択された検査規格に従って、第１の予めパターン化された薄層の配置を検査する（Ｓ１５４）ことが望ましいであろう。検査する（Ｓ１５４）こととしては、層特性を検査する、接合特性を検査する、層間特性を検査する、の少なくとも１つを挙げることができるがこれらに限定されない。層特性としては、層方位、層境界、層重なり合い、層隙間を挙げることができる。接合特性および層間特性としては、許容差内の特性および許容差外の特性を挙げることができる。検査がうまくいかなかった場合、第１の予めパターン化された薄層を再加工または交換する（Ｓ１５６）ことは望ましいであろう。

多層の予めパターン化されたレイアップキットを形成する場合、方法１００は、それぞれのその後の薄層方位で可撓性の担持体上にその後の薄層を載置する（Ｓ１５８）ことを含むことができる。多重のその後の薄層は、例えば、積み重ね構成で配設することができる。その後の薄層は、機体位相特長部に対応するように第１の予めパターン化された薄層と協働してパターン化する（例えば、Ｓ１４０）か、予め選択された目標領域に合うように予めトリミングする（例えば、Ｓ１４２）か、またはこれらの両方とすることができるが、その必要があるわけではない。更に、その後の薄層は、機体位相特長部に対応する機体輪郭に適合させる（例えば、Ｓ１４４）ことができる。その後の予めパターン化された薄層は、可撓性の担持体の空間的基準系に対して載置することにより可撓性の担持体に割り出すことができる。拡張により、その後の薄層方位は、担持体空間的基準系に対応させることができる。したがって、その後の予めパターン化された薄層、および、拡張により、それぞれのその後の薄層方位は、可撓性の担持体に割り出すことができる。複合レイアップ内に存在する交差層（crossply）数を限定するか、交差層薄層との中間に載置される薄層数を限定するか、その両方を行うことが望ましいであろう。

圧縮（Ｓ１６０）は、所定の数のその後の薄層が載置された後が望ましいであろう。例えば、各々のその後の薄層の後、３つのその後の薄層が載置された後、または、別の数のその後の薄層が載置された後に圧縮を行うことが望ましいであろう。圧縮（Ｓ１６０）では、当分野で公知である所定の圧縮法を採用することができる。圧縮（Ｓ１６０）の非制限的な例は、少なくとも約５分間キットを真空圧縮することとすることができる。圧縮の後、不一致、層特性、接合特性、層間特性、またはこれらの組み合わせについてその後の薄層を検査する（Ｓ１６２）ことが望ましいであろう。検査がうまくいかなかった場合、その後の薄層を再加工または交換する（Ｓ１６４）ことが望ましいであろう。

少なくとも１つの予めパターン化された薄層を含め、予めパターン化されたレイアップキットが形成された後、例えば、存在する恐れがある層間間隙および介在物を除去するために、形成された予めパターン化されたレイアップの後形成キット圧縮を行う（Ｓ１７２）ことが望ましい。後形成圧縮（Ｓ１７２）は、先の圧縮（Ｓ１４０、Ｓ１６０）の場合と同様に、少なくとも約５分間の真空圧縮とすることができるが、他の圧縮措置を取ってもよい。方法１００は、不一致、層特性、接合特性、層間特性、縁部テーパー、縁部テーパーの逓減、またはこれらの組み合わせを含むレイアップ特性についての後形成キット検査、最終検査（Ｓ１７６）を含むことができる。また、後形成検査、最終検査（１７６）は、所定の許容差内キット特性、所定の許容差外キット特性、またはこれらの両方について予めパターン化されたレイアップキットを評価するために、他の検査判定基準について行うことができる。検査がうまくいかなかった場合、欠陥キット要素を再加工または交換する（Ｓ１８０）ことが望ましいであろう。

有利なことに、予めパターン化されたレイアップキットは、機体に適用することに先立って、本発明に従って製造することができる。したがって、方法１００は、予めパターン化されたレイアップキットを保管する（Ｓ１０８）こともできる。キット形成と適用との間で予めパターン化された機体レイアップキットを保存することができる保管環境において予めパターン化されたレイアップキットを保管することは有益である可能性がある。したがって、保管環境を実現することは、予めパターン化されたレイアップキットを脱気および封止する（Ｓ１８４）こと、所定の周囲キット温度を確立かつ維持する（Ｓ１８６）こと、および、キットを所定の保管方位に位置決めする（Ｓ１９０）ことを含むことができる。脱気および封止（Ｓ１８４）ことは、例えば、強化複合材料技術分野で公知である封止法に従って適切な真空封止法を用いて達成することができる。更に、所定の周囲キット温度を確立および維持することに関しては、予めパターン化されたレイアップキットは、所定の保管期間にわたって所定の保管温度範囲内で保管することができる。保管温度範囲および保管期間は、一般的に、例えば、樹脂システムメーカーにより指定されるような、レイアップキットを形成するために使用される樹脂システムのタイプに対応する。また、キットを所定の保管方位に位置決めする（Ｓ１９０）ことは、立てた状態に、即ち、可撓性の担持体の表向き面に略直角の方位に予めパターン化されたレイアップキットを吊るすことを含むことができる。所定の保管方位は、所定の保管方位に長手方向にまたは横方向に位置合わせすることができる。可撓性の担持体は、保管位置決めハンガと結合するように形成することができる、保管位置決め受け部、例えば、カップラまたはスロットを付して配置することができる。

図２を参照すると、予めパターン化されたレイアップキット２００は、本発明によれば、予めパターン化されたレイアップ２１０と、可撓性の担持体２５０とを含むことができる。予めパターン化されたレイアップ２１０は、テープ、スクリーン、箔、金属層または織物など、適切な強化複合材料から形成することができ、プレプレッグ複合材料増強（build up）の１つまたはそれ以上の薄層から増強することができる。言うまでもなく、他の材料を使用して予めパターン化されたレイアップ２１０を形成することができる。選択された用途においては、強化エポキシ樹脂システムにおいて支持された炭素繊維システムを採用することが有利であろう。レイアップ２１０用の適切な複合材料の例としては、約３５０°Ｆ（約１７６℃）の公称硬化温度を有する強化樹脂が予め含浸されている６ｋ炭素繊維束から形成された平織物または一方向テープなど、炭素繊維材料を挙げることができる。このようなエポキシ樹脂システムは、例えば、公称硬化温度まで加熱さされ、かつ、約８５ｐｓｉｇまで加圧されたオートクレープにおいて硬化させることができる。

予めパターン化されたレイアップ２１０は、可撓性の担持体２５０上に解放可能に載置することができ、かつ、所定のレイアップ方位で可撓性の担持体２５０上に位置決めすることができる。予めパターン化されたレイアップ２１０を可撓性の担持体２５０上で形成することは有利であろうが、予めパターン化されたレイアップ２１０は、可撓性の担持体２５０上に載置する前に形成することができる。好都合なことに、予めパターン化されたレイアップキット２００は、予め選択された目標領域２７５など、レイアップ構造体２９０の特定の領域に対応する予め選択された予めパターン化されたレイアップキットとして実現することができる。

レイアップ２１０は、第１の予めパターン化された薄層２１１だけから、ならびに、その後の薄層２１２を含め、第１の予めパターン化された薄層２１１と協働して位置決めされた２つまたはそれ以上のその後の薄層から形成することができる。多重のプレプレッグ材薄層は、特定の機体位相特長部に近接して、または、特定の機体位相特長部を取り囲んで有益な構造的な強化を行うことができる。その後の薄層２１２も、予めパターン化された薄層であると例示されているが、機体位相特長部と一致しないレイアップ２１０の部分の上に載置された場合には予めパターン化することはできない。予めパターン化された薄層２１１、２１２は、予め選択されたパターンを複合織物片に切断することにより形成することができる。予め選択されたパターンは、制限なしに、レイアップ構造体２９０上の機体位相特長部に対応するように構成された予成形切抜き部とすることができる。予め選択された位相特長部２２２、２２４および２２６は、それぞれ、機体位相特長部２９２（例えば、レイアップ構造体ドア）、機体位相特長部２９４（例えば、レイアップ構造体アクセスハッチ）、機体位相特長部２９６（例えば、レイアップ構造体ポート）に対応する。予め選択された位相特長部は、予め選択された目標領域２７５内に含めることができる。また、薄層２１１、２１２は、予め選択された目標領域２７５に合うように予めトリミングすることができる。更に、薄層２１１、２１２は、予め選択された位相特長部２２２、２２４、または２２６の１つまたはそれ以上に対応する機体輪郭に、ならびに、予め選択された目標領域２７５に適合させることができる。

予めパターン化されたレイアップ２１０は、適用時に、レイアップ構造体２９０など、輪郭に合わせた機体表面に適合するようにサイズ決定および成形されているプレプレッグ複合材料の平面的な、略平坦なパネルとして、適用前に構成することができる。予めパターン化されたレイアップ２１０のいずれかまたは各々の薄層２１１、２１２が複合材料の単一のパネルから形成することは必要ではない。有利なことに、薄層２１１または２１２の一方または両方は、選択された位相特長部を予めパターン化されたレイアップ２１０の一部に与えるか、または、このような特長部を含め、薄層２１１、２１２を強化するうえで望ましいと考えられるような、例えば、１つまたはそれ以上の織物、テーパー状または繊維束からの複合構造体増強部とすることができる。

対応する予め選択された位相特長部２２２、２２４、２２６を形成することができる１つの手法として、所定の特長部テンプレート２６０、例えば、かつ、制限なしに、３次元の図に従って、薄層２１１、２１２を予め切断および予め成形することを挙げることができる。テンプレート２６０は、それぞれ、平面テンプレート形２６２、２６４、２６６として、目標領域２７５、ドア開口部２９２、ポート２９４、およびハッチ２９６など、レイアップ構造体位相特長部を表すことができる。所定の特長部テンプレート２６０により、各種複合材料片は、例えば、かつ、制限なしに、材料タイプ、薄層方位、薄層位置、３次元図に従って、予め切断かつ予め成形すると共に、これらの所期の配置および方位をレイアップキット２００の形成が始まる前に確認することができる。所定の特長部テンプレート２６０は、例えば、コンピュータ支援製造システム２６８に関連して、または、１つまたはそれ以上の機械式ステンシルとして実現することができる。また、所定の特長部テンプレート２６０は、レイアップ構造体２９０上への予めパターン化されたレイアップ２１０の正確な配置に役立つように使用することもできる。

薄層２１１、２１２は、所定の順番で、所定の薄層方位または縁部重なり合いで、またはその全てで載置することができる。それぞれの薄層方位としては、一方向薄層方位、交差層薄層方位、または、角度層薄層方位を挙げることができるがこれらに限定されない。一方向薄層方位は、選択可能な基準方位と位置合わせすることができ、交差層薄層方位は、選択可能な基準方位に略垂直とすることができ、角度層薄層方位は、選択可能な基準方位に対して鋭角であるとすることができる。第１の予めパターン化された薄層２１１は、第１の薄層方位で載置することができ、その後の薄層２１２は、その後の薄層方位で載置することができる。所定のレイアップ方位、第１の薄層方位、その後の薄層方位のうちの１つまたはそれ以上は、選択可能な基準方位に対するとすることができる。

担持体２５０は、予めパターン化されたレイアップ２１０と類似のサイズおよび形状を有する滑らかな表面を有する薄板金とすることができる。予めパターン化されたレイアップ２１０は、レイアップ構造体２９０上でのレイアップ２１０の正確な配置を容易にするために、担持体２５０の表向き側上に所定の薄層方位で位置決めすることができる。例えば、領域２７５へのレイアップ２１０の効率的な適用を容易にするために、予め選択された目標領域２７５の形状に対して、担持体２５０を予め形成することが望ましいであろう。担持体２５０用の適切な薄板金の例は、屈撓可能なアルミニウム板とすることができる。担持体２５０は、カウル板の代わりに、カウル板に加えて使用することができる。また、担持体２５０は、鋼、不変鋼、複合材料、または他の適切な材料で作製された屈撓可能な薄板とすることができる。

基準要素２５７、割り出しロット２５８、または割り出しバーコード２５９など、割り出し要素は、担持体２５０上の公知の地点を明瞭に確立することができる、可撓性の担持体に対応する空間的基準系を確立するために担持体２５０上に設置することができる。したがって、基準要素２５７、割り出しロット２５８、または割り出しバーコード２５９など、割り出し要素は、選択可能な基準方位に位置合わせされた薄層を有する予めパターン化されたレイアップ２１０の形成を容易にすることができ、かつ、担持体２５０上での所定のレイアップ方位にての予めパターン化されたレイアップ２１０の位置決めを容易にすることができる。このような位置決めでは、周知である光学的、電気的、または磁気的位置決め法を用いることができる。

また、割り出し要素２５７〜２５９は、担持体２５０と別の空間的基準系との公知の一致を定義することができる。例えば、レイアップ構造体２９０は、対応する、かつ、公知の基準位置２０５を有する、定義された空間的基準系２７０内に位置決めすることができる。予め選択された割り出し位置２８０により、基準場所２０５に対して、予め選択された目標領域２７５上のる明瞭な場所を特定することができる。したがって、割り出し要素２５７〜２５９は、担持体２５０をレイアップ構造体２９０の基準軸２９５と位置合わせし、したがって、予めパターン化されたレイアップキット２００を機体空間的基準系２７０と位置決めするために使用することができる。したがって、予めパターン化されたレイアップ２１０は、予め選択された目標領域２７５など、レイアップ構造体２９０の明瞭に定義された領域に近接させることができ、かつ、レイアップ構造体２９０の明瞭に定義された領域に適用することができる。

予めパターン化されたレイアップ２１０がレイアップ構造体２９０に適用された後、レイアップ２１０は、担持体２５０から解放されることが望ましく、解放を容易にするために解放層２４０をレイアップ２１０と担持体２５０との間に挿置することができる。解放層２４０は、所定の解放層厚みを有する予め選択された解放材料で形成することができる。解放層２４０としての使用に適切な予め選択された解放材料の例としては、制限なしに、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）被覆、または、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）被覆など、機能的に不活性な耐接着被覆で被覆されたガラス繊維材料を挙げることができる。適切な所定の解放層厚みは、少なくとも約７ｍｉｌ厚とすることができる。

更に、形成された後、レイアップキット２００は、保管することができる。予めパターン化されたレイアップキット２００を所定の保管方位に維持することが望ましいであろう。例示的な所定の保管方位は、レイアップ２１０が載置される可撓性の担持体の表向き面に略直角に、即ち、立った状態の方位とすることができる。可撓性の担持体２５０は、横縁部から垂れ下がるようにレイアップキット２００を吊るすことにより所定の保管方位を維持するように位置する保管位置決め受け部２５６を含むことができる。言うまでもなく、保管位置決め受け部２５６は、長手方向縁部上に配置することができると共に、立った状態以外に各種方位を支持するように構成することができる。保管位置決め受け部２５６は、例えば、かつ、制限なしに、保管位置決めハンガ（図示せず）と結合するように形成されたカップラまたはスロットとすることができる。

レイアップキット２００の例は、制限なしに、機体レイアップ構造体内のドア開口部用外皮重ね板（skin doubler）とすることができる。当該の選択実施形態は、例えば、同時係属出願であり、本出願と共通の譲受人に譲渡された、同時出願の「レイアップ配置方法および装置」という名称の米国特許出願、米国特許出願第Ｓ／Ｎ号（代理人事件簿第９５２−９５−ＰＡ−Ｔ号）（以下、関連特許出願）で説明されている方法および装置に関連して使用することができる。１つの当該の装置は、同出願で全体的に説明されているような自動化機体レイアップ配置装置用サドルモジュール２２５とすることができる。しかしながら、予めパターン化されたレイアップ２１０は、各種の自動化繊維配置（ＡＦＰ）手法を含むがこれらに限定されない、強化複合材料を使用して機体構成品を形成する技術分野で周知であるものを含め、他の方法および装置に関連して適用することができる。

容易に理解されると思われるように、予めパターン化されたレイアップ２１０および、同様に、予めパターン化されたレイアップキット２００は、レイアップ構造体２９０など、機体への適用に先んじた在庫品として形成、検査、および保管することができる。レイアップキット製造方法１００では、予めパターン化されたレイアップキット２００を形成および保管することができる１つの方法を例示している。また、レイアップ構造体２９０は、それぞれの位相特長部を有する、領域２７５を含む数多くの目標領域を含むことができ、レイアップキット２００など、予めパターン化されたレイアップキットは、目標領域毎に形成することができる。有利なことに、予めパターン化されたレイアップ２１０など、予めパターン化された複合レイアップで製造された機体は、その他の場合では他の複合レイアップ構造体および複合レイアップ形成手法で経験すると考えられる複合材料および適用時間の無駄を低減することができる。

レイアップキット２００、予めパターン化されたレイアップ２１０、または担持体２５０の各種実施形態は、少なくともある程度、例えば、ＣＮＣ制御式多軸レーザーまたは高圧ウォータジェットを用いた高精度切断、成形、またはサイズ決定を含むがこれらに限定されない、最新の自動または半自動製造法を用いて、形成に合わせて修正可能とすることができる。また、予めパターン化されたレイアップ２１０の１つまたはそれ以上の薄層の１つまたはそれ以上の部分はロボットを利用して配置および載置することができるが、予めパターン化されたレイアップ２１０は、部分的に、全体的にを問わず、周知の手作業によるレイアップ手法を用いて形成することができることが企図されている。このようにして、単一のレイアップユニットのごとく、複雑な多層複合材料パネルをレイアップ構造体２９０に適用することが可能であろう。更に、現在の各種レイアップおよびレイアップ形成方法に対して、場合によっては２桁台でかなりの適用速度の増大を実現すると同時に、複合材料の無駄を低減することが可能であろう。したがって、対応する機体形成にかなり先んじて、かつ、実際には、機体形成施設とは別個のレイアップ形成施設にてレイアップ２１０を形成することが可能であろう。好都合なことに、このような先取りした形成は、機体メーカーが、商品または量産部品と類似の方法で在庫品として多重の予めパターン化されたレイアップキットを形成し、その後に、最新のかんばん方式の製造方法との調和を保つ際に、その在庫品から選択した予めパターン化されたレイアップキットを引き出して、適時に形成場に搬送することを可能することができる。

図３は、本発明のレイアップキット製造方法１００の実施形態による、統合機体生産方法３００を例示する。本明細書で使用されるとき、統合機体生産方法３００は、製造、サポート、またはこれらの両方を含むこともできる。一般的に、方法３００は、生産前工程（Ｓ３０２）、生産工程（Ｓ３０４）、生産後工程（Ｓ３０６）を含む。生産前工程（Ｓ３０２）は、航空機設計、半組立て、構成品設計（Ｓ３１０）、および材料仕様および調達（Ｓ３２０）を含むことができる。材料仕様および調達（Ｓ３２０）は、第三者、制限なく、ベンダー、下請業者、または納入業者による形成構成品または製造半組立て品の選定および調達を含むことができる。生産工程Ｓ３０４は、構成品形成または半組立て品製造（Ｓ３３０）および航空機組立て（Ｓ３４０）を含むことができる。生産前工程（Ｓ３０２）および生産工程（Ｓ３０４）は、航空機および構成品設計、開発およびシミュレーションの各種工程、材料、構成品、半組立て品仕様、および調達の各種工程、自動製造立案工程、形成および組立て工程、および品質管理工程の１つまたはそれ以上を含め、統合製造プロセス（Ｓ３００）の要素とすることができる。

統合方法３００など、最新航空機製造方法の各種の態様は、最終組立て品で終わるのではなく、メーカー、政府当局、顧客および航空機オペレータ間の反復的かつ双方向性の共同作業を伴う、航空機の耐用年数にわたって拡張すると考えられる。したがって、統合航空機製造方法３００は、生産後工程（Ｓ３０６）を含むことができる。生産後工程（Ｓ３０６）は、航空機納入および適格性証明（Ｓ３５０）および航空機整備（Ｓ３６０）を含むことができる。航空機納入および適格性証明（Ｓ３５０）は、顧客仕様通りの航空機を供給することを含むことができるが、顧客仕様は、航空機が組み立てられた後に既に変更されている場合がある。したがって、納入および適格性証明は、顧客またはオペレータへの納入後の航空機の１つまたはそれ以上の要素の補修、改変、または手直しを含むことができる。また、航空機の納入と退役間の整備期間における航空機の改変、再加工、または機能向上処理を行うことが望ましいであろう。したがって、航空機整備Ｓ３６０は、従来の形成以前の既存の材料、構成品、または半組立て品を使用して製造および組み立てた機体を含め、機体の一部の再加工、改変、または機能向上処理を含むことができる。

本発明で実施する装置および方法は、工程Ｓ３０２、Ｓ３０４、またはＳ３０６の１つまたはそれ以上において統合製造方法３００中に採用することができる。例えば、生産工程Ｓ３０４に対応する構成品または半組立て品は、生産前工程Ｓ３０２中に調達された構成品または半組立て品と同様の方法で形成または製造することができ、また、その逆を行うことができる。また、装置の実施形態、方法の実施形態、またはこれらの組み合わせの１つまたはそれ以上は、例えば、実質的に航空機の組立てをかなり促進させることにより、生産工程Ｓ３０４中に特に有益であろう。装置の実施形態、方法の実施形態、またはこれらの組み合わせの１つまたはそれ以上は、例えば、航空機納入および適格性証明（Ｓ３５０）および／または保守および機整備（Ｓ３６０）中の再加工に限定されることなく、生産後工程Ｓ３０６中に有益であろう。

図４は、本発明の図１のレイアップキット製造方法１００の各種実施形態に関連して使用することができる統合レイアップ適用システム（ＩＬＡＳ）４００の実施形態を例示する。図５は、図２の予めパターン化されたレイアップキット２００と機能的に同様とすることができる予めパターン化されたレイアップ５０１〜５０５を例示する。予めパターン化されたレイアップ５０１〜５０５は、例えば、機体をレイアップ構造体５００を使用して製造することができる、機体形成および組立て施設とは別個のレイアップ形成施設にてレイアップ構造体５００への適用に先んじて予め形成することができる。図４の状況においては、図５の各レイアップ５０１〜５０５は、それぞれの予め選択されたレイアップキット４２１〜４２３により表されるように、レイアップキットを形成するためにそれぞれの担持体上に配置することができる。レイアップ５０１〜５０５および予め選択されたレイアップキット４２１〜４２３は、図２の予めパターン化されたレイアップ２１０および予めパターン化されたレイアップキット２００と機能的に類似のものとすることができる。キット２００の場合と同様に、予め選択されたレイアップキット４２１〜４２３は、制限なしに、レイアップキット製造方法１００および統合機体生産方法３００を含むかんばん方式の製造方法に適切な方法で在庫品として形成、検査、保管、維持、または納入することができる。その後、予め選択されたレイアップキット４２１〜４２３を選択することができ、レイアップ５０１〜５０５は、レイアップ構造体２９０上のレイアップキット２００と類似の方法でＩＬＡＳ ４００によりレイアップ構造体５００上に反復的に配置することができる。

ＩＬＡＳ ４００は、図３の生産方法３００の工程Ｓ３０２、Ｓ３０４、またはＳ３０６の１つまたはそれ以上において使用することができると共に、レイアップ適用（以下、サドル）システム４１０と、レイアップ構造体組立て品４３０と、確認検査システム４４０とを採用することができる。サドルシステム４１０の非制限的な例として、関連特許出願で説明することができるようなレイアップ配置装置を挙げることができるが、これに限定されない。レイアップ４０１〜４０５の１つまたはそれ以上は、例えば、予め選択された整合位置にて、特定のレイアップ構造体５００の所定の部分に適合する特長部を有する予めパターン化されたレイアップとすることができる。特長部としては、制限なしに、アパーチャ、切抜き部、縁部、開先、またはテーパーを挙げることができる。予めパターン化されたレイアップ５０１〜５０５は、レイアップ構造体５００の所定の輪郭プロファイルに適合するように構成された予め定義されたレイアップとすることもできる。レイアップ５０１〜５０５の１つまたはそれ以上を適用することができるレイアップ構造体５００のテーパー状部分は、所定の予めパターン化されたレイアップ５０１〜５０５の幅にわたって変動する所定の輪郭プロファイルを有することができる。

１つまたは複数のレイアップキット４２１〜４２３は、対応するレイアップ構造体への適用に向けて、ならびに、レイアップ構造体の特定の部分に向けて、特定のレイアップ構造体に向けて、特定の製造工程に向けて、または、特定の製品ラインまたは製品ライン変形に向けて形成することができ、したがって、サイズ、形状、総数、組成、またはこれらの組み合わせにおいて変動すると考えられる。ＩＬＡＳ ４００は、キット保管組立体４２０を含むこともできる。予め形成されたレイアップキットは、現行の生産ニーズに合うように選択し、かつ、キット保管組立体４２０内に保管することができる。キット保管組立体４２０は、例えば、周囲温度、湿度、気体組成、またはレイアップキット保管方位を制御することにより、予め選択されたレイアップキット４２１〜４２３を保存するように構成することができる。１つの非制限的な例として、キット保管組立体４２０は、人間のオペレータまたはＣＮＣ製造システム４５０の制御下で、予め選択されたレイアップキット４２１〜４２３を１つのサドルシステム４１０に分配するように構成されたカセットタイプのロボット組立体として実行することができる。予め選択されたレイアップキット４２１〜４２３を受け取った後、サドルシステム４１０は、レイアップ構造体５００に対して位置決めすることができ、かつ、レイアップ構造体組立て品４３０と協働して、予めパターン化され予め定義されたレイアップをレイアップ構造体の対応する所定の部分に適用することができる。レイアップ構造体組立て品４３０は、レイアップ構造体上でのサドルシステム４１０による所定のレイアップの正確な位置決めおよび配置を容易にするために所定の基準場所にレイアップ構造体５００を保持することができる。サドルシステム４１０またはレイアップ構造体組立て品４３０の一方または両方は、少なくともある程度、ＣＮＣ製造システム４５０により制御することができる。レイアップキット４２１〜４２３を使用して、レイアップ５０１〜５０５をレイアップ構造体５００上に反復的に配置することができる。

図６Ａ〜図６Ｆは、レイアップ構造体２９０または５００など、レイアップ構造体への適用に適切な、多層レイアップを含む予め選択されたレイアップキットの例示的な実施形態を示す。レイアップキット６００、６２０、６４０、６５０、６６０、および６８０の各々は、それぞれのレイアップを上に形成することができる解放層６９１並びに担持体６９０を含む。キット６００、６２０、６４０、６５０、６６０、および６８０は、前記キット２００と類似のものとすることができ、対応するレイアップ（即ち、薄層６０１〜６０６、６２１〜６２６、６４１〜６４６、６５１〜６５６、６６１〜６６６、６８１〜６８６）は、前記レイアップ２１０と類似のものとすることができる。代表的には、それぞれのレイアップは、担持体６９０の表向き面上に、解放層６９１が、担持体６９０とそれぞれのレイアップとの間に介在された状態で形成される。レイアップキット６００、６２０、６４０、６５０、６６０、６８０のうちの１つまたはそれ以上のレイアップ薄層の１つまたはそれ以上は、強化樹脂繊維マトリクス材、層間マトリクス複合材料、金属マトリクス複合材料、セラミック複合材料、または金属または金属合金材料から形成することができるが、他の適切なマトリクスシステムまたは金属層を採用することもできる。また、図６Ａ〜図６Ｆのレイアップは、６つの薄層を含むと例示されているが、本発明は、６つを上回るかまたは下回る薄層も企図している。

図６Ａにおいては、レイアップキット６００は、薄層６０１〜６０６が担持体６９０の表向き面上に形成された多層レイアップを有するように示されている。これらレイアップ（薄層６０１〜６０６の）は、積み重ねられた構成で配設されており、薄層６０１は、最上部薄層であり、薄層６０６は、最下部薄層である。担持体６９０上に形成されると、薄層６０６は、載置された第１のレイアップ層とすることができ、連続して薄層６０１まで進む。レイアップ構造体２９０または５００のようなレイアップ構造体上に配置されると、薄層６０１は、レイアップ構造体に最も近接して配置することができ、薄層６０６は、レイアップ構造体の表面に対して最外部の薄層とすることができる。

図６Ｂは、担持体６９０の表向き面上に形成された６つの薄層６２１〜６２６からなる積み重ねられた多層レイアップをレイアップキット６２０が含む代替実施形態を示す。レイアップキット６２０においては、薄層６２１は、最上部薄層とすることができ、薄層６２６は、最下部薄層とすることができる。担持体６９０上に形成されると、薄層６２６は、載置された第１のレイアップ層とすることができ、連続して薄層６２１まで進む。レイアップ構造体上に配置されると、薄層６２１は、レイアップ構造体２９０またはレイアップ構造体５００など、レイアップ構造体に最も近接して配置することができ、薄層６２６は、レイアップ構造体表面に対して、最外部薄層とすることができる。

内部的に適用される重ね板など、一部の用途においては、急な遷移部は、問題ないと考えられる。しかしながら、機体外部に対応するレイアップ構造体表面に適用されたレイアップなど、他の用途においては、急な薄層遷移部を覆う表面の円滑化、または、層間接着特性、および他の特性を実現することが望ましいであろう。表面の円滑化により、外皮重ね板など、外部レイアップの空力特性を向上させることができる。急な薄層遷移部の例としては、多層積み重ねレイアップ、または、多層挟持レイアップを挙げることができる。レイアップキット６００および６２０は、積み重ね構成によるレイアップの例とすることができる。

図６Ｃは、担持体６９０の表向き面上にサンドイッチ構成で形成された６つの薄層６４１〜６４６を有するレイアップキット６４０を例示する。このレイアップキット６４０においては、薄層６４１は、最上部薄層することができ、薄層６４６は、最下部薄層することができる。担持体６９０上に形成されると、薄層６４６は、載置された第１のレイアップ層とすることができ、連続して薄層６４１まで進む。レイアップ構造体上に配置されると、薄層６４１は、レイアップ構造体２９０、５００に最も近接して配置することができ、薄層６４６は、レイアップ構造体表面に対して最外部の薄層とすることができる。薄層６４３および６４４は、一段の遷移部を形成している。このレイアップキット６４０では、例えば、薄層６４３、６４４からの遷移部を薄層６４１および６４２など、１つまたはそれ以上の層で覆うことにより表面の円滑化がなされている。

図６Ｄは、担持体６９０の表向き面上にサンドイッチ構成で形成された６つの薄層６５１〜６５６を有するレイアップキット６５０を例示する。このレイアップキット６５０においては、薄層６５１は、最上部薄層とすることができ、薄層６５６は、最下部薄層とすることができる。担持体６９０上に形成されると、薄層６５６は、載置された第１のレイアップ層とすることができ、連続して薄層６５１まで進む。レイアップ構造体上に配置されると、薄層６５１は、レイアップ構造体２９０、５００に最も近接して配置することができ、薄層６５６は、レイアップ構造体表面に対して、最外部薄層とすることができる。薄層６５３および６５４で多段の遷移部を成す。レイアップキット６５０では、例えば、薄層６５３、６５４からの急な遷移部を覆うように、薄層６５１および６５２など、１つまたはそれ以上の層を重ね合わせることにより、表面の円滑化が行われている。

図６Ｅは、担持体６９０の表向き面上にサンドイッチ構成で形成された６つの薄層６６１〜６６６を有するレイアップキット６６０を例示する。このレイアップキット６６０においては、薄層６６１は、最上部薄層とすることができ、薄層６６６は、最下部薄層とすることができる。担持体６９０上に形成されると、薄層６６６は、載置された第１のレイアップ層とすることができ、連続して薄層６６１まで進む。レイアップ構造体上に配置されると、薄層６６１は、レイアップ構造体２９０、５００に最も近接して配置することができ、薄層６６６は、レイアップ構造体表面に対して最外部の薄層とすることができる。薄層６６３および６６４ａ〜６６４ｂで一段の遷移部を成し、薄層６６４ａおよび６６４ｂで、レイアップキット６６０内の層不連続部となることができる。薄層６６３は、図示する層不連続部に関係する不一致を改善することができる重ね合わせによる積層化を行うことができる。更に、レイアップキット６６０では、例えば、薄層６６３および６６４ａ〜６６４ｂにより形成された遷移部を覆うような薄層６６１および６６２など、１つまたはそれ以上の層を重ね合わせることにより表面の円滑化が行われる。

図６Ｆは、担持体６９０の表向き面上にサンドイッチ構成で形成された６つの薄層６８１〜６８６を有するレイアップキット６８０を例示する。レイアップキット６８０においては、薄層６８６は、最上部薄層とすることができ、薄層６８１は、最下部薄層とすることができる。担持体６９０上に形成されると、薄層６８１は、載置された第１のレイアップ層とすることができ、連続して薄層６８６まで進む。

レイアップ構造体２９０、５００上に配置されると、薄層６８６は、レイアップ構造体２９０、５００に最も近接して配置することができ、薄層６８１は、レイアップ構造体表面に対して最外部の薄層とすることができる。薄層６８４〜６８６で多段の遷移部を成す。レイアップキット６８０では、例えば、薄層６８４〜６８６を覆うような薄層６８３など、１つまたはそれ以上の層を重ね合わせることにより表面の円滑化が行われる。薄層６８２は、薄層６８３〜６８６を覆うように適用して別の不連続部を形成することができる。

薄層６８１は、薄層６８１〜６８２を薄層６８３〜６８６を結合する実際的な効果を与えることもできる薄層６８２を覆うような円滑化層として設置することができる。薄層６８３〜６８６は、例えば、胴体レイアップを表すことができ、薄層６８１〜６８２は、例えば、レイアップ構造体２９０を覆うように適用される外皮重ね板レイアップを表すことができる。薄層６８１〜６８２および薄層６８３〜６８６は、単一の担持体上で形成されると示されている。しかしながら、本発明の装置および方法では、薄層６８１〜６８２をその後に薄層６８３〜６８６に適用することができるように、少なくともある程度、第２のレイアップ上に適用される第１のレイアップが企図されている。このような適用においては、第１のレイアップキットを使用して、薄層６８３〜６８６を初めにレイアップ構造体に適用することができ、薄層６８１〜６８２は、第１のレイアップ６８３〜６８６の少なくとも一部に適用される第２のレイアップを表す。

選択実施形態においては、膨らんで突出する、つまり膨出面を示す恐れがある、キット６００、６２０、６４０、６５０、６６０、または６８０のそれぞれのレイアップなど、多層レイアップの最内部薄層を受け止めおよび／または収容するように修正された表面を形成する工具を実現することが望ましいであろう。更に、外部レイアップ構造体表面を滑らかにしかつ流線形に整えることにより、とりわけ空気抵抗を低減するように、航空機の外部空力面に近接すると考えられるレイアップの最外部薄層を加工することができる。

図７Ａにおいては、輪郭に合わせたマンドレル７１０は、多層レイアップ７２０を受け入れるように変更された表面を形成する工具を表す。マンドレル７１０は、例えば、それぞれ、図２および図５のレイアップ構造体２９０およびレイアップ構造体５００の実行例とすることができる。レイアップ７２０は、例えば、図２のレイアップキット２００のレイアップ２１０、図５のレイアップ５０１〜５０５、または、図６Ａ〜図６Ｆのレイアップキット６００、６２０、６４０、６５０、６６０、６８０のレイアップの１つと類似のものとすることができ、かつ、図６Ｂに例示するレイアップと同様に、多段の不連続面を有することができる。このような輪郭に合わせた面を形成する工具の構成は、マンドレル７１０に対応する機体部分上のドア、ポート、またはハッチアパーチャ上に、外皮重ね板など、多層レイアップ７２０を配置することができる場合、および、機体構造体の残りに対して結果的に得られる機体表面の流線形を維持することも望ましい場合に望ましいであろう。レイアップキット製造方法１００、統合生産方法３００、またはＩＬＡＳ ４００の１つまたはそれ以上は、マンドレル７１０など、輪郭に合わせた面を形成する工具と共に使用することができる。

図７Ａにおいては、輪郭に合わせたマンドレル７１０は、多層レイアップ７２０を受け入れるように修正された表面を形成する工具を表す。レイアップ７２０は、図６Ｂのレイアップキット６２０を備えたものと類似のものであると共に、多段の不連続面を有することができる。このような輪郭に合わせた面を形成する工具の構成は、マンドレル７１０に対応する機体部分上のドア、ポート、またはハッチアパーチャ上に、外皮重ね板など、多層レイアップ７２０を配置することができる場合、および、機体構造体の残りに対して結果的に得られる機体表面の流線形を維持することも望ましい場合に望ましいであろう。ＩＬＡＳ ４００方法は、マンドレル７１０など、輪郭に合わせた面を形成する工具と共に使用することができる。

図７Ａに示すように、実施形態は、マンドレル７２０に直に設置されるレイアップ７２０を有する。その後、ＡＦＰは、レイアップ構造体５００を覆うように層７４０を適用することができる。図７Ｂに示す別の実施形態は、レイアップ７２０を定める前に少なくとも１つの層７５０がＡＦＰによりマンドレル７１０に適用され、その後、残りの層７４０がＡＦＰにより適用される。

図７Ｃに示す別の実施形態では、レイアップ７２０の設置前に複数の層７６０がＡＦＰによりマンドレル７１０に適用され、その後、残りの層７７０がＡＦＰにより適用されるとすることができる。

図７Ｄに示す別の実施形態は、ＡＦＰによりマンドレル７１０に適用された層７８０と、これら層７８０に適用されたレイアップ７２０と、その後にＡＦＰにより適用された少なくとも１つの層７９０との全てを実質的に有している。

図７Ａに示すように、マンドレル７１０は、レイアップ７２０を収容するためにこの外面にマンドレル収容部７３０を含む。このマンドレル収容部７３０は、対応する予め選択されたレイアップ７２０に結合するようにサイズ決定および成形される。マンドレル収容部７３０により、先述した実施形態によるレイアップ構造体５００上のレイアップ７２０の設置が可能であり、結果的に、完成レイアップ構造体５００の外面に膨れ、膨出部または突出部がなく滑らかな外面が得られる。膨れ、膨出部、または突出部は、完成レイアップ構造体５００の内面上に位置する。

マンドレル収容部７３０は、対応する予め選択されたレイアップ７２０と結合するように任意の適切な方法で設置および／または方向付けられることができる。図８に示すような実施形態は、マンドレル８１０上に位置する５つのマンドレル収容部８３０Ａ〜８３０Ｅを有する。

上述した各種実施形態は、本開示内容を例示するがこれに限定するものではない。また、本発明の諸原理に従って数多くの修正および変更が可能であることを理解されたい。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によりのみ定義される。

本発明による、予めパターン化されたレイアップキットの製造方法の工程を示す図である。 本発明による、予めパターン化されたレイアップキットの製造方法の工程を示す図である。 本発明による、レイアップ構造体、つまり、レイアップ構造体上に配置される予めパターン化されたレイアップキットの実施形態を示す図である。 図１の工程および図２のレイアップを実行することができる統合航空機生産法の全体的な流れ図である。 図３に示す方法において使用することができる統合レイアップ適用システムの実施形態を示すブロック図である。 図４による、レイアップ構造体に反復的に適用することができるレイアップの説明図である。 図２および図５の予めパターン化されたレイアップキットの実施形態の説明図である。 図２および図５の予めパターン化されたレイアップキットの実施形態の説明図である。 図２および図５の予めパターン化されたレイアップキットの実施形態の説明図である。 図２および図５の予めパターン化されたレイアップキットの実施形態の説明図である。 図２および図５の予めパターン化されたレイアップキットの実施形態の説明図である。 図２および図５の予めパターン化されたレイアップキットの実施形態の説明図である。 図１〜図５および図６Ａ〜図６Ｆに示された実施形態に関連して使用可能な輪郭にあわせた面を形成する工具を示す図である。 図１〜図５および図６Ａ〜図６Ｆに示された実施形態に関連して使用可能な輪郭にあわせた面を形成する工具を示す図である。 図１〜図５および図６Ａ〜図６Ｆに示された実施形態に関連して使用可能な輪郭にあわせた面を形成する工具を示す図である。 図１〜図５および図６Ａ〜図６Ｆに示された実施形態に関連して使用可能な輪郭にあわせた面を形成する工具を示す図である。 本明細書の教示内容による、レイアップ構造体に反復的に適用することができる多重レイアップを示す図である。

Claims (7)

1. 機体用レイアップキットを製造する方法（１００）であって、
   レイアップ解放層を可撓性の担持体の表向き面上に適用すること（Ｓ１２０）と、
   前記レイアップ解放層と前記可撓性の担持体を真空圧縮すること（Ｓ１３２）と、
   機体位相特長部に対応するように成形され、予め選択されたパターンを有する、予めパターン化されたレイアップを作ること（Ｓ１０４）と、
   前記可撓性の担持体上に、この可撓性の担持体に割り出された所定のレイアップ方位に、前記予めパターン化されたレイアップを解放可能に載置することであって、第１の予めパターン化された薄層を、前記可撓性の担持体上に第１の薄層方位で載置すること（S１５０）と、複数の予めパターン化された薄層の各々を、前記第１の予めパターン化された薄層上に、それぞれ続く方位で反復的に載置すること（Ｓ１５８）とを具備する、予めパターン化されたレイアップを解放可能に載置すること（Ｓ１０６）と、
   前記予めパターン化されたレイアップと、前記レイアップ解放層と、前記可撓性の担持体とに、第２の圧縮を施すこと（Ｓ１５２、Ｓ１６０）と、
   を具備する方法。
2. 前記予めパターン化されたレイアップを作ることは、
   前記予め選択されたパターンを少なくとも１つのプレプレッグ薄層に切断して予めパターン化された薄層を作ること
   を更に備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の圧縮の後に、前記予めパターン化されたレイアップ上に、追加の予めパターン化された薄層の各々を、前記可撓性の担持体に割り出されたそれぞれの薄層方位に反復的に載置すること（Ｓ１０６）と、
   予めパターン化されたレイアップと、前記レイアップ解放層と、前記可撓性の担持体との全てを少なくとも約５分間の真空圧縮をすること（Ｓ１７２）と、
   を更に備える、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記予めパターン化されたレイアップを作ることは、
   予め選択された目標領域に合うように少なくとも１つの予めパターン化された薄層を予めトリミングすること（Ｓ１４２）と、
   前記予め選択された目標領域に対応する機体輪郭に前記１つの予めパターン化された薄層を適合させること（Ｓ１４４）と、
   を更に備える、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記少なくとも１つの予めパターン化された薄層は、多重の予めパターン化された薄層を備え、
   前記可撓性の担持体上に、前記可撓性の担持体に割り出されたそれぞれの薄層方位に前記多重の予めパターン化された薄層の各々を反復的に載置することを更に備える、請求項４に記載の方法。
6. 機体位相特長部に対応するように成形され、予め選択されたパターンを有する、予めパターン化されたレイアップ（２１０）と、
   表向き面と割り出し要素とを有する可撓性の担持体であって、前記予めパターン化されたレイアップは前記表向き面上に解放可能に載置される、可撓性の担持体（２５０）と、
   前記予めパターン化されたレイアップと前記可撓性の担持体の前記表向き面との間に挿置されたレイアップ解放層と、
   を具備するレイアップキット（２００）であって、
   前記レイアップ解放層と前記可撓性の担持体は真空圧縮されており、
   前記予めパターン化されたレイアップは、多重プレプレッグ薄層を備え、
   前記多重プレプレッグ薄層の少なくとも１つは、前記予め選択されたパターンを含み、
   前記多重プレプレッグ薄層の選択された薄層は、前記割り出し要素に対してそれぞれの薄層方位で前記可撓性の担持体上に載置されており、
   前記予めパターン化されたレイアップと、前記レイアップ解放層と、前記可撓性の担持体とは圧縮されている、
   レイアップキット。
7. 前記予めパターン化されたレイアップは、機体レイアップ構造体の予め選択された目標領域（２７５）に合うように予めトリミングされ、かつ、前記予め選択された目標領域に対応する機体輪郭に適合する、請求項６に記載のレイアップキット。

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