JP5361009B2 - パネル材、航空機の主翼、パネル材の形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、パネル材、航空機の主翼、パネル材の形成方法に関する。

航空機の主翼は、その外表面がパネル状の部材（以下、これを翼パネルと称する）によって形成されている。この翼パネルは、翼の部位に応じて、その板厚が設定されている。すなわち、主翼の機体側の基端部や、エンジン取り付け位置の周辺においては、高い強度が要求されるため、翼パネルの厚さも大きく設定されている。これに対し、翼の先端部等においては、翼のパネルの厚さが小さく設定されている。このようにして、その部位によって必要な強度を確保しつつ、必要以上に翼パネルを厚くするのを避けて翼パネルの重量を抑制している。

ところで、翼パネルは、金属母材から機械加工により削り出されて形成されるものがある。（例えば、非特許文献１参照。）。
このような翼パネルにおいて、その板厚を部位によって異ならせるには、板厚が変化する部分において、金属母材に対する加工機械の切削工具の位置を段階的に変化させるのが一般的である。

山田 毅他 「コンチネンタルビジネスジェット主翼インテグラルスキンのショットピーン成形技術開発」 三菱重工技報 Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．１（２００２） ｐ．３６

しかしながら、機械加工により翼パネルを削り出す場合、加工機械の能力等に応じ、加工公差が存在する。そして、板厚を変化させる部分においては、その板厚の変化量は、加工公差以上の寸法に設定する必要がある。加工公差が例えば±０．１ｍｍである場合、板厚は、加工公差以上の寸法、例えば０．２ｍｍ以上ごとに段階的に増減するのが好ましい（この増減量をステップ量と適宜称する。）すなわち、図４、５に示すように、翼パネル１のある部分Ｐ１の板厚の設計値が６．０ｍｍである場合、その部分Ｐ１の加工後の実寸法は、６．０±０．１ｍｍ＝５．９〜６．１ｍｍとなる。これに隣接する部分Ｐ２における板厚のステップ量を加工公差と同じ０．１ｍｍとした場合、その部分Ｐ２における板厚の設計値は６．１ｍｍとなり、加工後の実寸法は、６．１±０．１ｍｍ＝６．０〜６．２ｍｍとなる。
このような場合、図５に示すように、設計上は板厚が部分Ｐ１から部分Ｐ２へと増えているにも関わらず、実際には板厚が変化しなかったり、逆に部分Ｐ１から部分Ｐ２へと板厚が減少してしまうこともある。そのような場合であっても、それぞれの部分Ｐ１、Ｐ２の板厚が加工公差内にある限り、強度的には問題は生じない。しかし、製造工程において、支障が生じることがある。

すなわち、製造工程の現場においては、加工機械で金属母材から削り出された翼パネルを、少なくとも目視で検査しており、加工時についたキズ等が翼パネルに存在する場合、キズの周囲を削り、キズを予め定めた基準以下となるよう修正する必要がある。
板厚のステップ量が小さいと、板厚が変化する部分に存在する段差が微小寸法の段差となり、検査時において、この段差が、正常な段差なのか、それともキズなのか、見分けがつかないことがある。このため、正常な段差をキズと誤認して修正加工を施すことがあり、製造コスト上昇に繋がっている。

そこで、従来は、前述したように、板厚のステップ量を加工公差よりも大きな寸法に設定することで、板厚が変化する部分に形成される段差を容易に目視で確認できるようにしている。これにより、正常な段差をキズと誤認して修正加工を施すのを避け、製造コスト上昇を抑えている。

ところが、板厚のステップ量を加工公差よりも大きくすると、必要以上の板厚となる部位が生じ、翼パネルの重量増につながる。例えば、前述の例で言えば、部分Ｐ１に隣接する隣接する部分Ｐ２において板厚のステップ量を加工公差よりも大きなと０．４ｍｍとした場合、その部分Ｐ２における板厚の設計値は６．４ｍｍとなり、加工後の実寸法は、６．４±０．１ｍｍ＝６．３〜６．５ｍｍとなる。したがって、部分Ｐ１と部分Ｐ２との境界部分には、最低でも０．１ｍｍの段差が生じることになる。しかし、この部分Ｐ２は、前述の６．１ｍｍの板厚があれば必要な強度が得られるとすれば、６．４ｍｍという板厚の設計値では、０．３ｍｍ分、余計な板厚を有することになる。
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、製造工程で無駄な作業が生じるのを抑えつつ、翼パネルの重量増を抑えることのできるパネル材、航空機の主翼、パネル材の形成方法を提供することを目的とする。

かかる目的のもとになされた本発明は、航空機の外表面を形成するパネル材であって、パネル材は、その板厚が漸次変化する部分が、それぞれ一定の板厚を有した複数のエリアに分割され、互いに隣接するエリアどうしは、その板厚が互いに異なり、かつ、互いに隣接するエリアどうしの境界部分に、パネル材の加工公差よりも大きな高さを有した突条が形成されていることを特徴とする。この突条により、板厚が互いに異なる、互いに隣接するエリアどうしの境界部分を容易に視認することができる。
パネル材は、境界部分の両側のエリアの板厚の寸法差を加工公差以下とする。
また、パネル材は、金属母材から削り出して形成される。
このようなパネル材は、主翼の外表面以外を形成する場合にも用いることができる。

また、本発明は、翼の外表面が、上記のようなパネル材により形成されていることを特徴とする航空機の主翼とすることもできる。

また、本発明は、航空機の外表面を形成するパネル材を金属母材から削り出しにより形成する方法であって、板厚が漸次変化する部分を複数のエリアに分割し、それぞれのエリアを一定の板厚に形成するとともに、その板厚が互いに異なる互いに隣接するエリアどうしの境界部分に、パネル材の加工公差よりも大きな高さを有した突条を形成することを特徴とするパネル材の形成方法とすることもできる。ここで、当該パネル材は、境界部分の両側のエリアの板厚の寸法差を加工公差以下とする。
なお、本発明は、パネル材とストリンガ（補強リブ）を一体で厚板から機械加工する場合に限らず、パネル材を厚板から機械加工するのであれば、パネル材にストリンガをファスナで締結するような、いわゆるビルドアップパネルであっても適用が可能である。

本発明によれば、互いに隣接するエリアどうしの境界部分に、パネル材の加工公差よりも大きな高さを有した突条を形成した。この突条により、板厚が互いに異なる、互いに隣接するエリアどうしの境界部分を容易に視認することができる。これにより、各エリア内のキズが生じている部分のみを修正加工することができ、製造工程で無駄な作業が生じるのを抑えることができる。また、当該境界部分の両側のエリアの板厚の寸法差を加工公差以下としたので、これにより、翼パネルの重量増を抑えることが可能となる。

本実施の形態における翼パネルの一部を示す斜視図である。 翼パネルの断面図である。 翼パネルに形成した突条の断面形状が異なる他の例を示す断面図である。 従来の翼パネルの一部を示す斜視図である。 従来の翼パネルの断面図である。

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翼パネル１０を説明するための図である。
図１に示すように、翼パネル１０は、航空機の主翼の外表面を形成するものである。翼パネル１０は、主翼の部位に応じて、必要最低限以上の厚さを有するよう形成される。

翼パネル１０は、金属母材から機械加工により削り出されて形成される。
図１、図２に示すように、翼パネル１０は、その厚さが変化する部分においては、翼パネル１０を複数のエリアＡ１、Ａ２、…に分割し、エリアＡ１、Ａ２、…のそれぞれにおいて、板厚ｔ１、ｔ２、…を、徐々に増加または減少させていくことで、厚さを変化させる。

このとき、互いに隣接するエリア（例えばエリアＡ１とエリアＡ２、エリアＡ２とエリアＡ３）は、その板厚の変化量（板厚ｔ１と板厚ｔ２の差、板厚ｔ２と板厚ｔ３の差）が、規定値ｓ以上となるように設定されている。
ここで、規定値ｓは、設計時に設定されている加工公差に関わらず、任意に設定することができる。すなわち、規定値ｓは、加工公差以下の寸法とすることもできる。

そして、複数のエリアＡ１、Ａ２、…が互いに隣り合う境界部分には、突条２０が連続して形成されている。この突条２０は、加工公差以上の高さｈ、幅ｗを有している。例えば、高さｈ、幅ｗともに１ｍｍ程度に設定することができる。

このような翼パネル１０によれば、各エリアＡ１、Ａ２、…の境界部分に加工公差よりも大きな寸法を有した突条２０が形成されているので、翼パネル１０を取り扱う作業者は、各エリアＡ１、Ａ２、…の段差部分を容易に視認することができる。これにより、各エリアＡ１、Ａ２、…にキズ等があった場合には、各エリアＡ１、Ａ２、…の段差部分と誤認することなく、実際に存在するキズに対して修正加工等を適切に施すことができる。
また、このようにして、各エリアＡ１、Ａ２、…の板厚の変化量（板厚ｔ１と板厚ｔ２の差、板厚ｔ２と板厚ｔ３の差）を加工公差以下としても支障が生じない構成とすることができる。これにより、各エリアＡ１、Ａ２、…の板厚を、必要最小限の厚さとすることができ、無駄な板厚を有することなく翼パネル１０を形成することができる。また、突条２０を必要最小限の寸法で形成することにより、翼パネル１０の重量増を招くことなく、従来の構成に比較して軽量化を図ることができる。

さらには、突条２０を、翼パネル１０の補強要素として機能させることができる。これにより、各エリアＡ１、Ａ２、…の板厚をさらに減少させて、翼パネル１０の軽量化を図ることもできる。

なお、上記実施の形態では、突条を、断面矩形状としたが、これに限るものではなく、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、断面視三角形状や逆Ｕ字状等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…翼パネル、２０…突条

Claims (4)

1. 航空機の外表面を形成するパネル材であって、
   前記パネル材は、その板厚が漸次変化する部分が、それぞれ一定の板厚を有した複数のエリアに分割され、
   互いに隣接する前記エリアどうしは、その板厚が互いに異なり、
   かつ、互いに隣接する前記エリアどうしの境界部分に、前記パネル材の加工公差よりも大きな高さを有した突条が形成され、
   前記境界部分の両側の前記エリアの板厚の寸法差は、前記加工公差以下であることを特徴とするパネル材。
2. 前記パネル材は、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に記載のパネル材。
3. 翼の外表面が、請求項１または２に記載のパネル材により形成されていることを特徴とする航空機の主翼。
4. 航空機の外表面を形成するパネル材を金属母材から削り出しにより形成する方法であって、
   板厚が漸次変化する部分を複数のエリアに分割し、それぞれの前記エリアを一定の板厚に形成するとともに、その板厚が互いに異なる互いに隣接する前記エリアどうしの境界部分に、前記パネル材の加工公差よりも大きな高さを有した突条を形成し、前記境界部分の両側の前記エリアの板厚の寸法差を前記加工公差以下とすることを特徴とするパネル材の形成方法。

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