JP5694931B2 - リブを補強する方法 - Google Patents

Description

本発明は、翼組立体の形成においてリブが航空機の１以上の翼部品に整列されるとき、リブを補強する方法と、斯かる方法の使用に適切なスティフナーとに関する。

典型的には、航空機の翼ボックスは、前スパーと後スパーとの間に延在する上カバー及び下カバーと、カバー及びスパーに取り付けられた一連のリブとによって形成される。組立中、リブをカバー及びスパーに整列させて取り付けるとき、リブを平らに保つことが必要である。しかしながら、リブは、組立中、所望の平面度を維持すべくリブ自体を支持するのに十分な剛性を有しない場合がある。

本発明の第１態様では、航空機の翼の組立中、リブを補強する方法が提供される。この方法は、不完全な真空の作用によってリブの表面に１以上のスティフナーパネルを取り付けることと、スティフナーパネルが取り付けられた状態で、（カバー及び／またはスパーのような）翼部品にリブを整列させることと、リブが整列され且つスティフナーパネルが取り付けられた状態で組立作業を行うことと、不完全な真空を解放することによって組立作業後にリブからスティフナーパネルを取り外すこととを含む。

組立作業は、例としてボルトのような固定具をリブ及び翼部品に通すことによって翼部品にリブを固定することを含んでもよい。代替的に、組立作業は、整列されたリブ及び翼部品にドリルを通すことによって、リブ及び／または翼部品に１以上の固定孔をドリルで開けることを含んでもよい。この場合、スティフナーパネルが所定位置にあろうがなかろうが、固定具を孔に挿入することができる。

典型的には、リブは、リブウェブであって、リブウェブの縁に定置され且つリブウェブに対して所定の角度で延在する一連のリブ脚を備えたリブウェブを具備する。その後、リブ脚は、部品にリブを取り付けるのに使用される。比較的広くて薄いスティフナーパネルを使用することによって、ドリルでの穴開け作業または固定作業のために、リブ脚にアクセスすることができるようになる。典型的には、リブ脚は、リブウェブから離れた末端を有し、末端は、リブウェブと垂直な方向に測定される距離Ｄだけリブウェブから離間され、且つスティフナーパネルは、リブウェブと垂直な方向に測定される最大厚みを有し、最大厚みはＤよりも小さい。

好ましくは、各スティフナーパネルは、パネルの表面上に設置され且つ真空空洞部の外周を形成する弾性の外側シールリングと、外側シールリングによって画成される外周内においてパネル上に設置され且つ真空空洞部の内周を形成する少なくとも一つの弾性の内側シールリングとを具備する。リブは、外側シールリングによって画成される外周内に配置される１以上の孔を有する。この場合、リブをスティフナーパネルの外側シールリングと係合させることによって真空チャンバーを形成することと、リブの各孔をそれぞれの内側シールリングでシールすることと、スティフナーパネルをリブに取り付けるべく真空チャンバー内に不完全な真空を生成することとによって、スティフナーパネルがリブに取り付けられる。

典型的には、スティフナーパネルは、リブの表面領域の５０％よりも多い領域を覆い、好ましくは８０％よりも多い領域を覆う。

本発明の更なる態様では、翼のリブと、翼のリブの表面に取り付けられた１以上のスティフナーパネルとを具備する航空機の翼のリブ組立体であって、各スティフナーパネルが弾性の外側シールリングを有し、外側シールリングがパネルの表面上に設置され且つ真空空洞部の外周を形成し、各スティフナーパネルが、リブをスティフナーパネルの外側シールリングと係合させることによって形成される真空チャンバーに不完全な真空を生成することによってリブに取り付けられるようになっている、航空機の翼のリブ組立体が提供される。

本発明のこの態様では、真空クランプ力によってリブに取り付けられるスティフナーが提供され、真空は外側シールリングによってシールされる。

好ましくは、スティフナーは、外側シールリングによって画成される外周内においてパネル上に設置され且つ真空空洞部の内周を形成する少なくとも一つの弾性の内側シールリングを有する。その後、内側シールリングは、リブに存在するいくつかの孔をシールすることができる。

典型的には、スティフナーは実質的に複合材料から形成される。好ましくは、複合材料は繊維強化複合材である。このことによって、所望の方向にパネルを補強すべく繊維の方向を適合させることができる。

図１は、航空機の翼の翼ボックスの概略的な斜視図である。 図２は、図１に示されるリブの一つの面の斜視図である。 図３は、図１に示されるリブの一つの図２と反対側の面の斜視図である。 図４は、一組のスティフナーの内（吸引）面を示す。 図５は、スティフナーの正面図である。 図６は、スティフナーの側面図である。 図７は、スティフナーの外面を示す。 図８は、スティフナーの外面を示す。 図９は、スティフナーが取り付けられた状態の一つのリブの斜視図である。 図１０は、図４で示される線Ｄ−Ｄに沿った、位置決めフックの断面図である。 図１１は、図４で示される線Ａ−Ａに沿った、スタンドオフディスク（stand-off disc）の断面図である。 図１２は、真空接続具及び真空発生装置の斜視図である。 図１３は、図４で示される線Ｂ−Ｂに沿った、真空接続具の断面図である。 図１４は、スティフナーが取り付けられた状態の、図９で示される線Ｅ−Ｅに沿った、リブの下方部分の断面図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図１は、航空機の翼ボックス１の部分を示す概略図であり、この翼ボックス１では上カバー２及び下カバー３が前スパー４と後スパー５との間に延在している。一連のリブ６〜８が、上カバー２及び下カバー３、並びにスバー４、５に取り付けられる。リブ６の一つの例が図２及び図３に示される。

リブ６は平面状のリブウェブ１０を具備し、一連の上リブ脚１１がリブウェブの上縁から延在し、且つ一連の下リブ脚１２がリブウェブの下縁から延在する。

マウスホール（mouse hole）１３が、上リブ脚１１の近接する各対の間と、下リブ脚１２の近接する各対の間とに形成される。上カバー２及び下カバー３は、それらの内面上にストリンガー（図示せず）を保持し、ストリンガーは翼長方向に翼に沿って延び、且つ各ストリンガーはそれぞれのマウスホール１３を通る。

各リブ脚は、リブウェブの鉛直面から所定の角度で、翼長方向に（おおよそ水平に）延在しているフランジ１４〜１７を具備し、各フランジはそれぞれのボルト孔１８を有する。フランジ１４〜１７の角度は、上カバー２と下カバー３との間の翼のテーパー量に依存するが、一般的には８９°と９１°との間である。

翼ボックス１の組立中、フランジ１４〜１７は、ボルト孔１８を貫通するおおよそ鉛直なボルト（図示せず）によって上カバー２及び下カバー３にボルト固定される。スパー４、５はリブポスト（図示せず）を保持し、且つリブの前端部１９及び後端部２０が、翼長方向にボルト孔２１を貫通するボルト（図示せず）によってリブポストにボルト固定される。

ウェブ１０は、図２に示される平らな面と、図３に示される外形面（profiled face）とを有する。平らな面はほぼ平らであり、一方、外形面はスティフナー３０のフレームワーク（framework）を保持する。

燃料は、翼ボックス１の近接するリブ間に蓄えられる。リブウェブ１０は孔を有し、燃料及びシステムケーブルがリブを通り抜けることができる。また、孔はリブの重量を減少させる役割も果たす。これら孔の一つの例が図２及び図３に２３で示される。また、燃料はマウスホール１３を通しても流れることができる。

典型的には、リブ６は、アルミニウム、またはアルミニウム／複合材のハイブリッド材料から製造される。任意の支持構造体がない場合、リブ６はリブ自体の重量によって特にリブの長軸線に沿って屈曲するであろう。それ故に、リブを補強して斯かる屈曲を最小化すべく、翼ボックスの組立中に、図４〜図８に示される一組のスティフナー４０、４１が提供される。代替的に、リブが小さければ、単一のスティフナーのみが必要とされる。

スティフナーは、繊維強化されたエポキシ樹脂のような複合材料から実質的に形成される。この材料は硬質であるが十分軽いので、一人の作業者が手でパネルを持ち上げることができる。

以下で詳細に説明するように、スティフナー４０、４１は真空クランプ力によってリブウェブの平らな面に取り付けられる。スティフナー４０、４１はリブウェブ１０よりも実質的に硬質であり且つリブウェブの表面領域の大部分を共に覆う。具体的には、スティフナーはそれらの長軸線に沿った剛性を有するように設計され、その剛性は、リブ６の長軸線に沿ったリブ６の剛性よりも１０倍程度大きい。

スティフナー４０、４１は似ているので、スティフナー４０のみを詳細に説明することにする。スティフナー４０は、図４に示される内（吸引）面と、図７〜図９に示される外面とを備えたパネル４２を具備する。ゴム製の外側シールリング４３がパネルの内面上に設置され且つ真空空洞部の閉じた外周を画成する。ゴム製の１９個の内側シールリングが、外側シールリング４３によって画成される外周内においてパネル上に設置される。これら内側シールリングの一つの例が４４で示される。各内側シールリングが真空空洞部の内周を形成し且つリブ６のそれぞれの孔に整列される。その結果、スティフナー４０がリブ６に取り付けられるとき、各内側シールリングはそれぞれのリブ孔をシールする。例として、内側シールリング４４は孔２３をシールする。

真空ライン４５が、図１２及び図１３の断面図に示される接続具４７によってスティフナーのパネル内の真空ポートに連結される。真空発生装置４８が入力線４９から空気の流れを受容し且つベンチュリ（Venturi）効果によって真空ライン４５内に真空を発生させる。

一組の位置決めフック５０、５１が、リブ上にスティフナーを正確に定置し且つ支持するために、スティフナー４０の内面から延在する。図１０に示されるように、フック５１は固定具５２でスティフナーパネル４２に連結され且つナイロン製の保護スリーブ５７を有する。

図７及び図８を参照すると、スティフナー４０の外面は一組のハンドル５３及び５４を更に具備する。スティフナーは、リブが鉛直に向けられ且つリブの前縁１９がリブの底部に向けられた状態でリブに設置される。作業者は、ハンドル５３、５４を使用してスティフナー４０をリブ６の近傍に持ち上げ、リブ６の対応する孔５５、５６内に位置決めフック５０、５１を挿入し、且つ二つの位置決めフック５０、５１のシャフト上のナイロン製の保護スリーブ５７が孔５５、５６の下縁と係合するように、スティフナーを僅かに下方に動かすことができる。この時点で、作業者がハンドルから手を離すので、フックのシャフトはスティフナーの重量を引き受ける。フックの端部分は、スティフナーがリブから外れて落ちるのを防ぐ。

次に、真空発生装置は、スイッチが入れられて、スティフナーパネル、内側シールリング及び外側シールリング、並びにリブウェブによって画成される真空チャンバーから部分的に空気を抜く。このことによって、スティフナーがリブの方に吸引され、シールリングが押し付けられる。

スティフナーパネルとリブウェブとの間の最小隙間が９個のスタンドオフディスク６０によって維持され、スタンドオフディスク６０はパネル４２の内面から延在する。図１１は、図４の線Ａ−Ａに沿って見たときのスタンドオフディスク６０の一つの断面図を示し、このとき、シールリング６２は押し付けられていない。シールリング６２は、それが押し付けられていない状態ではスタンドオフディスク６０よりも厚い。しかしながら、スティフナー４０がリブ６に取り付けられるとき、シールリング６２は平らな面２１に押し付けられ、且つシールリング６２の厚さはリブウェブがスタンドオフディスク６０と係合するまで減少する。スタンドオフディスク６０の厚さは、押し付けられた状態のシールリング６２の厚さと一致するように選択される。スタンドオフディスクは、最小隙間を維持するだけでなく、真空の負荷による、リブまたはスティフナーの局所的な屈曲も防ぐ。

図１４は、スティフナーが取り付けられた状態のリブ６の前方部分を通した断面図であって、図９で示される線Ｅ−Ｅに沿った断面図を示す。リブ６は次の手順の組立作業によって各カバーに取り付けられる。
１．スティフナーパネルが取り付けられた状態で、リブ６をカバーに整列させる。この組立作業中、リブ及び／またはカバーを動かすことができる。
２．リブ脚のフランジ内のボルト孔１８にドリルを通すことによって、カバーにボルト穴をドリルで開ける。スティフナーが、この組立作業中、取り付けられたままであるので、リブは形を崩して屈曲することなくカバーに整列される。
３．リブ脚のフランジ内のボルト孔１８とカバーにドリルで開けたボルト穴とにボルトを通すことによってリブをカバーに取り付ける。随意に、この組立作業中、スティフナーを所定位置に残したままにし、その後、真空を解放すべく真空発生装置のスイッチを切ってスティフナーを手で持ち上げて外すことによってスティフナーを取り外すことができる。代替的に、穴をドリルで開けた後だがボルトを挿入する前にスティフナーを取り外すことができる。後者の場合、ボルトが挿入される前にリブが屈曲するならば、その後、リブを手で動かし、リブをボルト穴に再整列させることができる。一旦いくつかのボルトが挿入されると、その後、リブは整列され且つ著しく屈曲することはないであろう。

図１４はリブ脚の一組のフランジ１６、１７を示し、且つ点線６４、６５がボルトの線を表し、ボルトはリブウェブとほぼ平行に延在する。

スティフナー４０は、ドリルでの穴開け作業の間、二つの理由からボルト孔１８へのアクセスを妨げない。
１．スティフナーは比較的薄い。特別に、リブ脚のフランジ１６は、リブウェブ１０から離れた末端を有し、末端は、リブウェブに対して垂直な方向に測定される距離Ｄ１だけリブウェブから離間される。リブ脚のフランジ１６のボルト孔１８は、リブウェブに対して垂直な方向に測定される距離Ｄ２だけリブウェブから離間される。スティフナーパネル４０は、リブウェブに対して垂直な方向に測定される最大厚みを有し、最大厚みはＤ１及びＤ２よりも小さい。
２．小さい空間６３がスティフナー４０の底縁とリブ脚のフランジ１６との間に設けられる。

その結果、カバー２、３にドリルで穴を開けるためにドリルをボルト孔１８に通すとき、リブ６にスティフナー４０を取り付けたままにすることができる。

本発明が、一つ以上の好ましい実施形態に関して上述されたが、添付の特許請求の範囲において定義された発明の範囲を逸脱することなく種々の変更または修正がなされうることが理解されるであろう。

Claims (14)

1. 航空機の翼の組立中、リブを補強する方法であって、
   ａ．不完全な真空の作用によって該リブの表面に１以上のスティフナーパネルを取り付けることと、
   ｂ．該スティフナーパネルが取り付けられた状態で、前記リブを翼部品に整列させることと、
   ｃ．前記リブが整列され且つ前記スティフナーパネルが取り付けられた状態で組立作業を行うことと、
   ｄ．前記不完全な真空を解放することによって前記組立作業後に前記リブから前記スティフナーパネルを取り外すことと
   を含み、各スティフナーパネルが、該パネルの表面上に設置され且つ真空空洞部の外周を形成する弾性の外側シールリングと、該外側シールリングによって画成される前記外周内において前記パネル上に設置され且つ前記真空空洞部の内周を形成する少なくとも一つの弾性の内側シールリングとを具備し、
   前記リブが、前記外側シールリングによって画成される前記外周内に配置される１以上の孔を有し、
   前記リブを前記スティフナーパネルの外側シールリングと係合させることによって真空チャンバーを形成することと、前記リブの各孔をそれぞれの内側シールリングでシールすることと、前記スティフナーパネルを前記リブに取り付けるべく前記真空チャンバー内に不完全な真空を生成することとによって、前記スティフナーパネルが前記リブに取り付けられる、方法。
2. 前記組立作業が、前記整列されたリブ及び翼部品にドリルを通すことによって、前記リブ及び／または前記翼部品に１以上の固定孔をドリルで開けることを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記リブが、リブウェブであって、該リブウェブの縁に定置され且つ該リブウェブに対して所定の角度で延在する一連のリブ脚を備えたリブウェブを具備し、前記ドリルが前記リブ脚を貫通する、請求項２に記載の方法。
4. 前記組立作業が前記翼部品に前記リブを固定することを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記リブが、リブウェブであって、該リブウェブの縁に定置され且つ該リブウェブに対して所定の角度で延在する一連のリブ脚を備えたリブウェブを具備し、前記組立作業が前記翼部品に前記リブ脚を固定することを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記スティフナーパネルが前記リブの表面領域の５０％よりも多い領域を覆う、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 翼のリブと、該翼のリブの表面に取り付けられた１以上のスティフナーパネルとを具備する、航空機の翼のリブ組立体であって、
   各スティフナーパネルが、前記パネルの表面上に設置され且つ真空空洞部の外周を形成する、弾性の外側シールリングと、該外側シールリングによって画成される前記外周内において前記パネル上に設置され且つ前記真空空洞部の内周を形成する、少なくとも１つの弾性の内側シールリングとを有し、各スティフナーパネルが、前記リブを前記スティフナーパネルの外側シールリングと係合させることによって形成される真空チャンバーに不完全な真空を生成することによって前記リブに取り付けられるようになっており、前記リブが、前記外側シールリングによって画成される前記外周内に配置される１以上の孔を有し、前記リブの各孔がそれぞれの内側シールリングによってシールされる、航空機の翼のリブ組立体。
8. 前記翼のリブが、リブウェブであって、該リブウェブの縁に定置され且つ該リブウェブに対して所定の角度で延在する一連のリブ脚を備えたリブウェブを具備する、請求項７に記載の組立体。
9. 前記スティフナーパネルが前記リブウェブの表面領域の５０％よりも多い領域を覆う、請求項８に記載の組立体。
10. 前記リブ脚が前記リブウェブから離れた末端を有し、該末端が、前記リブウェブと垂直な方向に測定される距離Ｄだけ該リブウェブから離間され、各スティフナーパネルが、前記リブウェブと垂直な方向に測定される最大厚みを有し、該最大厚みがＤよりも小さい、請求項８または９に記載の組立体。
11. 前記パネルが実質的に複合材料から形成される、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の組立体。
12. 前記パネルの表面と前記リブとの間に隙間を維持するために、前記真空空洞部内において前記パネルの表面上に設置された１以上のスペーサーを更に具備する、請求項７〜１１のいずれか１項に記載の組立体。
13. 前記リブ上に前記スティフナーパネルを位置決めするために、該パネルの表面から延在する一連の位置決め部材を更に具備する、請求項７〜１２のいずれか１項に記載の組立体。
14. 航空機の翼の組立中、リブを補強するためのスティフナー工具であって、
    パネルと、
    前記パネルの表面上に設置され且つ真空空洞部の外周を形成する弾性の外側シールリングと、
    複数の弾性の内側シールリングであって、各内側シールリングが、前記外側シールリングによって画成される前記外周内において前記パネル上に設置され且つ前記真空空洞部の内周を形成する、複数の弾性の内側シールリングと、
    当該スティフナー工具の前記パネル内の真空ポートに連結された真空ラインと
    を具備する、スティフナー工具。

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