JP5784747B2 - 積層ストリンガー組立部品の層間剥離のリスクを軽減するためのスキュー角半径充填材 - Google Patents

Description

本開示の分野は概して半径充填材に関する。具体的には、本開示の分野は積層ストリンガー組立部品の層間剥離のリスクを軽減するためのスキュー角半径充填材に関する。

航空機の主翼ボックスは航空機の翼のための構造コアを提供する。主翼ボックスは、縦方向に間隔を空けて主翼ボックスの長さ分だけ延在する一又は複数の翼スパーとストリンガーを結合する一連のリブセグメントを含む。ストリンガーは、翼の外板すなわち翼の外層を主翼ボックスのリブセグメントに結合するために使用される。ストリンガーは翼の外板を構造的に支え、外板の荷重を翼の内部構造に受け渡す。炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）ストリンガーの製造では、各ストリンガーは複数の構造コンポーネント、又は部材から作られることがあり、共に硬化及び／又は接着されてストリンガーを形成する。

例えば、ＣＦＲＰ製Ｉ形ストリンガー１００は、図１に示すように、ストリンガー１２０のウェブと上方フランジ１１２、１２２及び下方フランジ１１４、１２４の部分を形成するため、２つの予備成形されたＣ形チャージ部材１１０、１２０を共に硬化することによって形成される。上面部材１３０及び底面部材１４０はまた、上面キャップ及び底面キャップをそれぞれ作成するため、結合されたＣ形チャージ部材１１０、１１２の上方フランジ１１２、１２２及び下方フランジ１１４、１２４に対して硬化される。当該の空間を埋めるため、ヌードル１５０と呼ばれる細長い材料が上面部材１３０とＣ形チャージ部材１１０、１２０との間に使用され、底面部材１４０とＣ形チャージ部材１１０、１２０との間には底面ヌードル１６０が使用される。すべてのコンポーネントが硬化されて一体になると、ＣＦＲＰ製Ｉ形ストリンガーが形成され使用可能となる。

ＣＦＲＰ製ストリンガーが直面する１つの問題点は、ストリンガーに過剰な剪断力とモーメントの力が加えられると層間剥離しやすいことである。ストリンガー上で剪断力とモーメントの力が増大する一般的な位置には、ストリンガーに対してリブがボルト固定される位置が含まれている。層間剥離はＩ形ストリンガーのヌードル１５０、１６０の周辺領域で起こりやすい。層間剥離の可能性を低くするため、リブがストリンガーにボルト固定される位置に半径充填材が使用される。半径充填材は従来、リブとストリンガーの間に挟み込まれる直角の材料片として構成されている。半径充填材は、Ｃ形チャージ部材１１０の垂直部材１１６と下方フランジ１１４の接合部に当接し、Ｃ形チャージ部材１１０の垂直部材１１６と下方フランジ１１４との間に形成される半径１１８を埋めるように成形されるエッジを有する。このようにすることで、半径充填材はこの接合部にさらなる構造強化をもたらし、剪断力とモーメントを分散して、Ｉ型ストリンガー１００のヌードル領域での層間剥離のリスクを軽減する。

ＣＦＲＰ製ストリンガーが直面する１つの問題点は、ストリンガーに過剰な剪断力とモーメントの力が加えられると層間剥離しやすいことである。ストリンガー上で剪断力とモーメントの力が増大する一般的な位置には、ストリンガーに対してリブがボルト固定される位置が含まれている。層間剥離はＩ形ストリンガーのヌードル領域で起こりやすい。層間剥離の可能性を低くするため、リブがストリンガーにボルト固定される位置に半径充填材が使用される。半径充填材は従来、リブとストリンガーの間に挟み込まれる直角の材料片として構成されている。半径充填材は、Ｃ形チャージ部材１１０の垂直部材１１６と下方フランジ１１４の接合部１１８に当接し、Ｃ形チャージ部材１１０の垂直部材１１６と下方フランジ１１４との間に形成される半径を埋めるように成形されるエッジを有する。このようにすることで、半径充填材はこの接合部にさらなる構造強化をもたらし、剪断力とモーメントの力を分散して、Ｉ型ストリンガーのヌードル領域での層間剥離のリスクを軽減する。

しかしながら、従来の半径充填材の使用にもかかわらず、ウェブ接合部に加えられる局所的な高剪断荷重とモーメントによって層間剥離が起こることがある。この層間剥離は接合能力の低下を引き起こし、他の好ましくない影響の可能性を伴う。１つの解決策は、Ｉ形ストリンガーのウェブ接合部にさらなる強化を施すことであろう。しかしながら、航空機に余分な重量が加わることは望ましくない。

本明細書には、このような考慮及び本開示が行ったその他の考慮について提示されている。

本明細書では、スキュー角半径充填材を使用して、接合能力の強化及びストリンガーの層間剥離のリスク軽減のための技術が記載されている。本明細書に提示した技術と概念の活用により、長方形半径充填材を使用する旧来の外板‐ストリンガーパネルと比較した場合、本外板‐ストリンガーパネルはスキュー角半径充填材を使用することにより、層間剥離を引き起こすことなく、より大きな運航荷重に耐えることができる。

本明細書に記載されている本開示の様々な態様によれば、接合能力を強化するためのスキュー角半径充填材は厚みによって区別される上面と底面を含む。半径充填材はまた、ストリンガーのウェブ接合部の半径に適合するようサイズ加工されたエッジ半径を有する半径接触側面を含む。半径充填材はまた、鋭角な半径接触側面から延在する一対の対向する非平行側面、及び半径接触側面よりも短い背側面を含む。

他の態様によれば、ストリンガー組立部品のヌードル領域に加えられる運航荷重を再分散するための構造システムは、底面を有するリブセグメントを含む。ストリンガー組立部品は、垂直部材、上面を有する水平部材、及び垂直部材と水平部材との間の界面のウェブ接合部を含む。構造システムはまた、ストリンガー組立部品のウェブ接合部の接合能力を強化するように構成された半径充填材を含む。半径充填材は、リブセグメントの底面に接する上面及びストリンガー組立部品の水平部材の上面に接する底面を有する。半径充填材はまた、ストリンガー組立部品のウェブ接合部の半径に適合するエッジ半径を有する半径接触側面、鋭角な半径接触側面から延在する一対の対向する非平行側面、及び半径接触側面よりも短い背側面を含む。

さらなる態様により、ストリンガーのヌードル領域の接合能力を強化する方法が記載されている。スキュー角半径充填材の底面は、スキュー角半径充填材の半径接触側面がメインコンポーネントのウェブ接合部に当接し、且つスキュー角半径充填材のより短い背側面がウェブ接合部に対向するように、メインコンポーネントの上面に配置されている。サブコンポーネントの底面はスキュー角半径充填材の上面、及びメインコンポーネントに対して配置されており、スキュー角半径充填材、及びサブコンポーネントは結合手段を利用して共に固定される。

さらなる態様により、ストリンガー組立部品のヌードルに加えられる運航荷重を再分散するための構造システムが記載されている。本システムは、
底面を有するリブセグメントと；垂直部材、水平部材及び垂直部材と水平部材との間の界面のウェブ接合部、上面を有する水平部材を有するストリンガー組立部品と；ストリンガー組立部品のヌードルでの接合能力を強化するように構成された半径充填材であって、リブセグメントの底面に接する上面、ストリンガー組立部品の水平部材の上面に接する底面、ストリンガー組立部品のウェブ接合部に対応する半径に適合するように構成されたエッジ半径を有する半径接触側面、さらに少なくとも１つの非平行側面が鋭角な半径接触側面から延在する、一対の対向する非平行側面、及び半径接触側面の長さよりも短い長さを有する背側面をさらに備える半径充填材とを含み、
一対の対向する非平行側面の第１スキュー角側面は、実質的に屈曲されている第１スキュー角の半径接触側面から延在し、
第１スキュー角は約７０度〜８５度の範囲内にあり、
一対の対向する非平行側面の第２スキュー角側面は、実質的に屈曲されている第２スキュー角の半径接触側面から延在し、
第２スキュー角は約７０度〜８５度の範囲内にあり、
第１スキュー角と第２スキュー角は等しく、
第１スキュー角と第２スキュー角は異なり、且つ
ストリンガー組立部品はＩ形ストリンガー、Ｊ形ストリンガー、ブレードストリンガー又はハット形ストリンガーである。

上述の主題はまた、本開示の趣旨から逸脱することなく、様々な他の実施形態で実装されうることを理解されたい。これらの特徴及び様々な他の特徴は、以下の「発明を実施するための形態」を読み、関連の図面を検討することによって明らかになるであろう。

この「発明の概要」は、以下の「発明を実施するための形態」で詳細に記載される概念の一部を選択し、単純な形態で紹介するために提供されている。この「発明の概要」は特許請求される発明の主題の主要な機能又は重要な機能を特定することを意図しておらず、この「発明の概要」は特許請求される発明の主題の範囲を限定するために使用されることも意図していない。さらには、特許請求される発明の主題は、本開示の任意の部分に記載されている任意の又はすべての欠点を解決する実装に限定されていない。

典型的なＩ形ストリンガーの透視図を示す従来技術の図解である。 本明細書に記載の幾つかの実施形態による、航空機翼の主翼ボックスの透視図を示す。 本明細書に記載の幾つかの実施形態による、図２に示す主翼ボックスの結合領域の透視図を示す。 本明細書に記載の幾つかの実施形態による、図２に示す主翼ボックスの結合領域の正面図を示す。 本明細書に記載の幾つかの実施形態による、半径充填材の上面図を示す。 本明細書に記載の幾つかの実施形態による、スキュー角半径充填材及び従来の長方形半径充填材の上面図を示す。 本明細書に記載の幾つかの実施形態による、半径充填材を使用して外板‐ストリンガー組立部品にリブセグメントを組み立てる工程を図解するフロー図である。

本明細書では、スキュー角半径充填材を使用して、接合能力の強化及びストリンガーの層間剥離のリスク軽減のための技術が記載されている。本明細書に提示した技術と概念の活用により、従来の長方形半径充填材を使用するこれまでのストリンガーと比較した場合、ストリンガーヌードルはスキュー角半径充填材を使用することにより、層間剥離を引き起こすことなく、より大きな面外（引張）荷重に耐えることができる。

以下の詳細な記載では、その記載の一部をなし、図解、具体的な実施形態又は実施例として示す添付図面への参照が行われる。ここで図面を参照するに、図面内で同種の数字は複数の図面にわたって同種のエレメントを表しており、様々な実施形態に従ってスキュー角半径充填材を使用して、接合能力の強化及び外板‐ストリンガー組立部品の層間剥離のリスクを軽減するための技術が記載される。

図２は、様々な実施形態による、航空機翼の主翼ボックスの透視図を示す。主翼ボックス２００は航空機翼の構造コアであり、翼に結合される様々な機体コンポーネントに対する結合点に加えて、構造支持体を提供する。主翼ボックス２００は、主翼ボックス２００を横断して延在するリブセグメント２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｎを含みうる。リブセグメント２１０Ａなどの任意の特定のリブセグメントは、本明細書では概してリブセグメント２１０として参照されることがある。リブセグメント２１０は、主翼ボックス２００を縦断して延在する複数のストリンガー２２０Ａ、２２０Ｎに結合されることがある。ストリンガー２２０Ａなどの任意の特定のストリンガーは、本明細書では概してストリンガー組立部品２２０として参照されることがある。ストリンガー組立部品２２０は、主翼の翼外板（図２には表示せず）の剛性を高めるために利用されうる。様々な実施形態に従い、翼外板はストリンガー組立部品に結合されて、外板‐ストリンガーパネルを形成することができる。

主翼ボックス２００は、明確にするため図面では大幅に単純化されていることを理解されたい。例えば、主翼に備わっている翼スパー並びに全ての航空機システムコンポーネントが表示されているわけではない。また、リブセグメント２１０の小さな代表的な部材のみとストリンガー組立部品２２０が表示されている。最後になるが、運航中に主翼ボックス２００のコンポーネントに加わる応力を示すため、大きく上向きに湾曲したように誇張して表示されている。

リブセグメント２１０は、スキュー角半径充填材（図２には表示せず）を使用して、一又は複数の結合点３００でストリンガー組立部品２２０に結合され、スキュー角半径充填材はストリンガー組立部品の接合能力を強化し、さらに運航荷重がストリンガー組立部品２２０に加わるときに、ストリンガー組立部品２２０の様々な部材の層間剥離のリスクを軽減するように構成されている。結合点３００は、リブセグメント２１０がストリンガー組立部品２２０に結合しうる位置の一例であり、図３を参照してより詳細に記載される。

航空機及び航空機コンポーネントの製造業者が、航空機部品の設計及び製造時に考慮しなければならない多くの検討材料の１つが重量である。構造上の利点と製造を目的として考慮される重量との間には、相殺される均衡点が存在する。その結果、ストリンガー組立部品２２０は、主翼の翼外板に剛性を付与するために利用されうるが、重量比に対して高い剛性をもたらす材料から作られることがある。このような材料の一例が炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）である。ＣＦＲＰは、エポキシ又は他の種類の可塑性材料を共に使用して積層された多層の炭素繊維である。さらに、ストリンガー組立部品２２０は共に積層又は結合された様々な部材又は層から作られることがある。上述のように、これらの部材はストリンガー組立部品２２０に大きな面外（引張）荷重が与えられたときに層間剥離する傾向がありうる。ストリンガー組立部品２２０に与えられた剪断力及びモーメントの力は、ストリンガー組立部品２２０の部材を互いに分離させることがある。ストリンガー組立部品に与えられた面外荷重は、運航中の主翼のたわみと主翼周辺の翼外板の湾曲との組合せによって起こりうることを理解されたい。ストリンガー組立部品２２０の様々な部材は、図３を参照してさらに詳しく記載される。

図３は、幾つかの実施形態による、図２に示す主翼ボックス内の結合点の透視分解図を示す。結合点３００は、リブセグメント２１０の一部、ストリンガー組立部品２２０を形成する様々な部材、左スキュー角半径充填材３０２Ａ及び右スキュー角半径充填材（図３には表示せず）、及びストリンガー組立部品２２０に結合される翼外板３９０の一部を示す。左スキュー角半径充填材３０２Ａ及び右スキュー角半径充填材は、概してスキュー角半径充填材３０２として参照される。

実施形態によれば、ストリンガー組立部品２２０はＩ形の構成を有することがある。このような構成では、ストリンガー組立部品２２０は上面部材３２２、底面部材３３２、左チャージ部材３４２、右チャージ部材３６２、下方ヌードル部材３８０、及び上方ヌードル部材３８２を含みうる。左チャージ部材３４２は、左垂直部材３４８によって一体に結合された左上方フランジ３４４及び左下方フランジ３４６を含みうる。実施形態によれば、左下方フランジ３４６は水平方向を有するため水平部材と呼ばれることもある。左垂直部材３４８が左下方フランジ３４６と交わる領域は屈曲されることがあり、左下方ウェブ接合部３５０と呼ばれる。

同様に、右チャージ部材３６２はまた、右垂直部材３６８によって一体に結合された右上方フランジ３６４及び右下方フランジ３６６を含みうる。右チャージ部材３６２はまた、右下方フランジ３６６が右チャージ部材３６２の右垂直部材３６８に交わる右下方ウェブ接合部３７０も含みうる。右下方ウェブ接合部３７０は湾曲していてもよい。幾つかの実施形態によれば、左チャージ部材３４２及び右チャージ部材３６２に対応する下方ウェブ接合部３５０、３７０の半径は同じ値になることがある。

下方ヌードル部材３８０は、ストリンガー組立部品２２０が組み立てられるとき、下方ヌードル部材３８０は左チャージ部材３４２、右チャージ部材３６２、及び底面部材３３２に接するように、左チャージ部材３４２と右チャージ部材３６２の間に配置される。同様に、上方ヌードル部材３８２は、ストリンガー組立部品２２０が組み立てられるとき、上方ヌードル部材３８２は左チャージ部材３４２、右チャージ部材３６２、及び上面部材３２２に接するように、左チャージ部材３４２と右チャージ部材３６２の間に配置される。上述のように、翼外板３９０は外板ストリンガーパネルを形成するため、ストリンガー組立部品２２０の底面部材３３２に結合されることがある。図３に示すストリンガー組立部品２２０は、ストリンガー組立部品１２０と同様又は同一であってもよい。さらに、本明細書に記載のストリンガー組立部品２２０はＩ形ストリンガーであるが、ヌードル領域を有する他の任意の種類のストリンガーが使用可能である。このようなストリンガーの例には、Ｊ形ストリンガー、ハット形ストリンガー、又はブレードストリンガーなどが含まれる。

様々な実施形態によれば、左スキュー角半径充填材３０２Ａは、左スキュー角半径充填材３０２Ａの１つの面が左下方ウェブ接合部３５０に接するように、左チャージ部材３４２の左下方フランジ３４６の上面の上に配置されてもよい。図３には結合点３００の分解図が示されているため、左スキュー角半径充填材３０２Ａは下方ウェブ接合部３５０に接するようには見えていない。同様に、右スキュー角半径充填材（図３には図示せず）は、右スキュー角半径充填材３０２Ｂの１つの面が右下方ウェブ接合部に接するように、右チャージ部材３６２の右下方フランジ３６６の上面の上に配置されてもよい。

幾つかの実施形態によれば、リブセグメント２１０は、リブセグメント２１０を左スキュー角半径充填材３０２Ａ及び右スキュー角半径充填材３０２Ｂの上面に配置することを可能にする、マウスホールリブ構成を有していてもよい。具体的には、リブセグメント２１０は、左スキュー角半径充填材３０２Ａの上面に配置されるように構成される左レッグ２１２及び、右スキュー角半径充填材３０２Ｂの上面に配置されるように構成される右レッグ２１４を含む。図面及びこれに対応する記載は、ストリンガー組立部品２２０へのリブセグメント２１０の結合に関するスキュー角半径充填材の使用を開示しているが、本明細書に開示されているスキュー角半径充填材３０２は、半径を経由して湾曲する２つの面の間の接合部近傍にコンポーネントが結合されており、接合されているコンポーネントに関連する運航応力によってコンポーネントが層間剥離の危険にさらされる任意の位置及び任意の用途で利用されうることを理解されたい。スキュー角半径充填材３０２の実装は、図面に示され且つ本明細書に記載されている特定の実施例に限定されない。

図４は、様々な実施形態により、リブセグメントがスキュー角半径充填材に結合される結合点の正面図を示している。図４で、リブセグメント２１０は、スキュー角半径充填材３０２Ａ、３０２Ｂを経て、ストリンガー組立部品２２０に結合されている。リブセグメント２１０の左レッグ２１２は、左スキュー角半径充填材３０２Ａの上面３０３Ａに接する底面２１６を有している。左スキュー角半径充填材３０２Ａはまた、ストリンガー組立部品２２０の左下方フランジ３４６の上面３４７に接することがある底面３０５Ａを有する。加えて、左スキュー角半径充填材３０２Ａの半径接触側面３０４Ａはまた、左チャージ部材３４２のウェブ接合部３５０の半径に適合するようにサイズ加工されうるエッジ半径３０７Ａを含む。さらに、底面部材３３２の底面３３４は、翼外板３９０の上面３９２に接していてもよい。加えて、ボルト４１０Ａなどの結合コンポーネントは、リブセグメント２１０、左スキュー角半径充填材３０２Ａ、ストリンガー組立部品２２０及び翼外板３９０を共にしっかりと結合することができる。左スキュー角半径充填材３０２Ａの１つの面は、様々なコンポーネントが共に結合される場合、左下方ウェブ接合部３５０に接しうることを理解されたい。これにより接合能力が強化され、左チャージ部材３４２と下方ヌードル部材３８０との間の層間剥離のリスクを低減する。さらに、エッジ半径３０７Ａはウェブ接合部３５０の半径に適合するようにサイズ加工可能であるが、エッジ半径３０７Ａとウェブ接合部３５０との間に間隙が存在することがある。この間隙は、製造及び／又は組立の工程における層間剥離によって存在することがある。

結合点３００の右部分は左部分と同様である。したがって、リブセグメント２１０の右レッグ２１４は、右スキュー角半径充填材３０２Ｂの上面３０３Ｂに接する底面２１８を有している。右スキュー角半径充填材３０２Ｂはまた、ストリンガー組立部品２２０の右下方フランジ３６６の上面３６７に接する底面３０５Ｂを有する。加えて、右スキュー角半径充填材３０２Ｂの半径接触側面３０４Ｂはまた、右チャージ部材３６２の右下方ウェブ接合部３７０の半径に適合するようにサイズ加工されうるエッジ半径３０７Ｂを含む。さらに、ボルト４１０Ａと同様のボルト４１０Ｂなどの結合コンポーネントは、リブセグメント２１０、右スキュー角半径充填材３０２Ｂ、ストリンガー組立部品２２０及び翼外板３９０を共にしっかりと結合することができる。右スキュー角半径充填材３０２Ｂの１つの面は、様々なコンポーネントが共に結合される場合、左下方ウェブ接合部３７０に接することを理解されたい。

図５は様々な実施形態による２つのスキュー角半径充填材の上面図を示す。左スキュー角半径充填材３０２Ａはリブセグメント２１０の左レッグ２１２を左チャージ部材３４２に結合するように構成されており、一方、右スキュー角半径充填材３０２Ｂはリブセグメント２１０の右レッグ２１４を右チャージ部材３６２に結合するように構成されている。

実施形態によれば、左スキュー角半径充填材３０２Ａは左半径接触側面３０４Ａ及び一対の非平行側面３０６Ａ、３０８Ａを含みうる。左半径接触側面３０４Ａは、ストリンガー組立部品２２０の左下方ウェブ接合部３５０の半径に適合する半径を有する湾曲したエッジを有しうる。実施形態によれば、左下方ウェブ接合部３５０の半径は、左下方ウェブ接合部３５０の半径に実質的に適合するように形状及びサイズが加工されうる。非平行側面の第１非平行側面３０６Ａは第１スキュー角３１２Ａの左半径接触側面３０４Ａから延在し、一方、非平行側面の第２非平行側面３０８Ａは第２スキュー角３１４Ａの左半径接触側面３０４Ａから延在しうる。非平行側面３０６Ａ、３０８Ａの少なくとも１つはスキュー角側面であって、スキュー角側面と半径接触側面との間のスキュー角が５度〜８５度の間となるように実質的に屈曲されているスキュー角で、半径接触側面から延在する側面として説明されることがある。

実施形態によれば、スキュー角は半径接触側面と隣接側面との間に形成される角である。長方形半径充填材では、半径接触側面と隣接側面との間に形成されるスキュー角は９０度であって、その結果、長方形半径充填材に形成されるスキュー角は実質的に屈曲していない。しかしながら、様々な実施形態によれば、スキュー角半径充填材３０２Ａなどのスキュー角半径充填材では、半径接触側面３０４Ａと隣接する非平行側面３０６Ａ、３０８Ａとの間に形成されるスキュー角は実質的に屈曲している。実質的に屈曲しているスキュー角は、約５度〜８５度の範囲内にある２本の直線間に延在する任意の角であってもよい。様々な実施形態によれば、第１スキュー角３１２Ａ及び第２スキュー角３１４Ａは約７０度〜約８５度の範囲内にあってもよい。さらに、第１スキュー角３１２Ａ及び第２スキュー角３１４Ａは互いに等しくてもよく、あるいは異なっていてもよい。幾つかの実施形態では、第１スキュー角３１２Ａ又は第２スキュー角３１４Ａのうちの一方のみが実質的に屈曲していて、第１スキュー角３１２Ａ又は第２スキュー角３１４Ａのうちの他方は半径接触側面３０４Ａに対して実質的に垂直であってもよい。第１スキュー角３１２Ａ及び第２スキュー角３１４Ａの双方が、半径接触側面３０４Ａの縦軸に対して垂直であることはない。

加えて、左スキュー角半径充填材３０２Ａはまた、一対の非平行側面３０６Ａ、３０８Ａの間に延在する第４の側面３１０Ａを含みうる。幾つかの実施形態では、一対の非平行側面３０６Ａ、３０８Ａは互いに接して三角形を形成することがある。幾つかの実施形態では、左スキュー角半径充填材３０２Ａは４つ以上の側面を有することがあり、また一又は複数の曲面を含むこともある。開口部３１６Ａはまた、左スキュー角半径充填材３０２Ａの上面３０３Ａと底面３０５Ａを貫通しうる。開口部３１６Ａは、ボルト４１０Ａなどの結合コンポーネントを受け入れるように構成されうる。

左スキュー角半径充填材３０２Ａと同様に、右スキュー角半径充填材３０２Ｂは、ストリンガー組立部品２２０の右下方フランジ３６６の上面に配置されうる。実施形態により、右スキュー角半径充填材３０２Ｂは右半径接触側面３０４Ｂ及び一対の非平行側面３０６Ｂ、３０８Ｂを含みうる。右半径接触側面３０４Ｂは、ストリンガー組立部品２２０の右下方ウェブ接合部３７０の半径に適合する半径を有する湾曲したエッジを有しうる。非平行側面の第１非平行側面３０６Ｂは第１スキュー角３１２Ｂの右半径接触側面３０４Ｂから延在し、一方、非平行側面の第２非平行側面３０８Ｂは第２スキュー角３１４Ｂの右半径接触側面３０４Ｂから延在しうる。加えて、右スキュー角半径充填材３０２Ｂはまた、一対の非平行側面３０６Ｂ、３１０Ｂの間に延在する第４の側面３１０Ｂを含みうる。開口部３１６Ｂはまた、右スキュー角半径充填材３０２Ｂの上面３０３Ｂと底面３０５Ｂを貫通しうる。開口部３１６Ｂは、ボルト４１０Ｂなどの結合コンポーネントを受け入れるように構成されうる。

実施形態によれば、スキュー角半径充填材３０２Ａ、３０２Ｂの各々は、ストリンガー組立部品の対応するウェブ接合部に接するように構成された半径接触側面、及び直線又は曲線となりうる２つ以上の側面を含む、三角形、台形、又は他の任意の多角形であってもよい。半径接触側面から延在する少なくとも１つの側面は、実質的に屈曲しているスキュー角で半径接触側面から延在しうる。

スキュー角半径充填材のサイズ及び重量は、重量、容積及び空きスペースの限界を考慮するトレードオフによって変化しうることを理解されたい。層間剥離のリスクを軽減又は防止するための所望の強度は、スキュー角半径充填材の好適な寸法の決定においても考慮されうることを、さらに理解されたい。

従来の半径充填材に対するスキュー角半径充填材３０２の利点を明確にするため、図６はスキュー角半径充填材及びスキュー角半径充填材と同一の容積を有する従来の半径充填材の上面図を示す。図６で、スキュー角半径充填材３０２は台形ＡＢＣＤで示されており、一方、従来の長方形半径充填材６０２は長方形ＷＸＹＺで示されている。

実施形態によれば、本明細書に記載のスキュー角半径充填材は、長方形半径充填材の製造に使用されている同一の材料を使用して構築されうるもので、既存の長方形半径充填材と同一の厚みを有するように製造されうる。このように、スキュー角半径充填材３０２の表面積が長方形半径充填材６０２の表面積と等しい限り、スキュー角半径充填材３０２の容積は長方形半径充填材６０２に等しく、またこれに対応して等しい重量となる。半径接触側面３０４の長さはＬ１で示され、一方、これに対応する半径接触側面は、長方形半径充填材６０２のＷからＸまで延在するＬ２となる。Ｌ１は実質的にＬ２より長く、その結果スキュー角半径充填材３０２の半径接触側面３０４はウェブ接合部により大きな接触面をもたらし、これによって長方形半径充填材６０２と比較した場合、同一の運航荷重をより大きな面積上に分散する。スキュー角半径充填材３０２の背側面の長さはＬ３に示したとおりで、スキュー角半径充填材３０２の半径接触側面３０４の長さより短いことに留意されたい。本明細書に示した技術によれば、第１スキュー角を有するスキュー角半径充填材及び／又は実質的に屈曲されている第２スキュー角は、同一の厚み及び容積を有する長方形半径充填材と比較して、ストリンガー組立部品のヌードル領域の接合能力を強化する。

航空機の運航中、荷重力はストリンガー組立部品２２０の下方ヌードル領域に加えられる。荷重力はストリンガー組立部品２２０の部材を共に結合する積層板を歪ませる。スキュー角半径充填材は、荷重力が加えられる接触面積を増やすことによって荷重力の分散を支援する。スキュー角半径充填材の半径接触側面の長さを増すことによって、荷重力がより広い面積に分散されるだけでなく、ストリンガー組立部品２２０の下方ウェブ接合部３５０により接近して分散される。これにより、下方ヌードル領域の周囲では、荷重力が生成する１インチあたりの剪断荷重はより小さくなり、１インチあたりのモーメントはより小さくなる。その結果、スキュー角半径充填材３０２Ａ、３０２Ｂを用いてリブセグメント２１０に結合されるストリンガー組立部品２２０は、同一の容積と厚みを有する長方形半径充填材を用いてリブセグメント２１０に結合されるストリンガー組立部品２２０よりも、積層内の層間剥離を引き起こすまで、より大きな運航荷重に耐えることができる。

本開示は例示的な実施形態としてＩ形ストリンガーを使用しているが、本開示の範囲はこのような実施形態に限定されないことを理解されたい。むしろ、スキュー角半径充填材は、Ｊ形ストリンガー、ハット形ストリンガー、ブレードストリンガー、及びヌードルを有する他の任意のストリンガー構成など、様々な種類のストリンガーを含む、広い範囲の用途に使用されうることを理解されたい。さらに、本開示の範囲は、ヌードルを含む任意の積層組立部品に拡張しうる。本明細書に提示されている概念を利用することにより、スキュー角半径充填材は、限定するものではないが、面外ヌードル引張荷重を含む様々な種類の荷重によるヌードル周囲の層間剥離のリスクを軽減するように使用されうる。

図７は、幾つかの実施形態による、スキュー角半径充填材を使用してストリンガー組立部品にリブセグメントを組み立てる工程を図解するフロー図である。フロー図は、リブセグメントのストリンガー組立部品への結合に関連して記載されているが、スキュー角半径充填材は、メインコンポーネントの垂直部材と水平部材との間の接合部での接合能力を強化する一方で、ストリンガー組立部品２２０などのメインコンポーネントをリブセグメント２１０などのサブコンポーネントへ結合することを含む任意の用途で利用されうる。

ルーチン７００は操作７０２で始まるが、ここでスキュー角半径充填材はストリンガー組立部品２２０とリブセグメント２１０との構成に従って選択される。複数のスキュー角半径充填材３０２が他に隣接して配置されることになる幾つかの実施形態では、スキュー角半径充填材の非平行側面は、左チャージ部材３４２の上面３４７、又は対応するスキュー角半径充填材３０２Ａの上面に配置されるリブセグメント２１０の底面２１６の上に存在しうる任意の障害物を非平行側面が避けるように、十分な角度で屈曲されてもよい。障害物の例には、締め具、ストリンガー組立部品の上面から突出する他の物体などが含まれることがある。

ルーチン７００は操作７０２から操作７０４へ進み、ここでスキュー角半径充填材３０２Ａの底面３０５Ａは、スキュー角半径充填材３０２Ａの半径接触側面３０４Ａが左チャージ部材３４２のウェブ接合部３５０に当接するように、左チャージ部材３４２の下方フランジ３４６の上面３４７の上に配置される。実施形態によれば、スキュー角半径充填材３０２Ａは、スキュー角半径充填材３０２Ａの半径接触側面３０４Ａが左チャージ部材３４２のウェブ接合部３５０に当接するように、配置されうる。幾つかの実施形態では、半径接触側面は、エッジ半径３０７Ａの半径がウェブ接合部３５０の半径に適合するようにサイズ加工されるエッジ半径３０７Ａを含む。このように、エッジ半径３０７Ａ全体はウェブ接合部３５０の表面に接触しうる。

ルーチン７００は操作７０４から操作７０６へ進み、ここでリブセグメント２１０の底面２１６はスキュー角半径充填材３０２Ａの上面３０３Ａの上に配置される。半径充填材３０２は、リブセグメントの底面２１６のサイズ及び形状とは独立に、サイズ及び形状が加工されうることを理解されたい。

ルーチン７００は操作７０６から操作７０８へ進み、ここで左チャージ部材３４２、スキュー角半径充填材３０２Ａ、及びリブセグメント２１０は、結合手段を用いて共に固定される。実施形態によれば、結合手段はボルト４１０Ａ又は他の種類の締め具であってもよい。幾つかの実施形態では、結合手段は接着剤、又は左チャージ部材３４２、スキュー角半径充填材３０２Ａ、及びリブセグメント２１０を貫通する又は貫通しない他のコンポーネントであってもよい。操作７０８からルーチン７００は終了する。

上述の発明の主題は図解の方法のみによって提供されており、限定するものとして解釈されるべきではない。本明細書に記載されている発明の主題に対しては、図解及び記載されている例示的な実施形態及び応用に従うことなく、且つ本発明の真の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変更が可能であり、これは以下の特許請求の範囲に記載される。

Claims (12)

1. 垂直部材（３４８、３６８）と、上面（３４７、３６７）を有する水平部材（３４６、３６６）と、前記垂直部材（３４８、３６８）と前記水平部材（３４６、３６６）との間のインタフェースにあるウェブ接合部（３５０、３７０）と、を含むストリンガーアセンブリ（２２０）のヌードル（３８０）での接合能力を強化するためのスキュー角半径充填材（３０２）であって、
   上面（３０３）と、
   厚みによって前記上面（３０３）から区別され、前記ストリンガーアセンブリ（２２０）の前記水平部材（３４６、３６６）の前記上面（３４７、３６７）に接する、底面（３０５）と、
   前記ストリンガーアセンブリ（２２０）の前記ウェブ接合部（３５０、３７０）の半径に適合するように構成されたエッジ半径を有し、前記ウェブ接合部（３５０、３７０）に接するように構成された半径接触側面（３０４）と、
   前記半径接触側面（３０４）から延在する、一対の対向する非平行側面（３０６、３０８）と、
   前記ウェブ接合部（３５０、３７０）の反対側にあり、前記一対の対向する非平行側面（３０６、３０８）の間に延在する背側面（３１０）と、を備え、
   少なくとも１つの前記非平行側面（３０６、３０８）が前記半径接触側面（３０４）から鋭角に延在し、前記背側面（３１０）は、前記半径接触側面（３０４）の長さよりも短い長さを有する、スキュー角半径充填材。
2. 一対の対向する非平行側面（３０６、３０８）の第１スキュー角側面（３０６）は、前記第１スキュー角側面（３０６）と前記半径接触側面（３０４）との間の前記第１スキュー角（３１２）が５度〜８５度の間となるような第１スキュー角（３１２）で半径接触側面（３０４）から延在する、請求項１に記載のスキュー角半径充填材。
3. 前記第１スキュー角（３１２）が７０度〜８５度の範囲にある、請求項２に記載のスキュー角半径充填材。
4. 一対の対向する非平行側面（３０６、３０８）の第２スキュー角側面（３０８）は、前記第２スキュー角側面（３０８）と前記半径接触側面（３０４）との間の前記第２スキュー角（３１４）が５度〜８５度の間となるような第２スキュー角（３１４）で前記半径接触側面（３０４）から延在する、請求項２に記載のスキュー角半径充填材。
5. 前記第２スキュー角（３１４）が７０度〜８５度の範囲にある、請求項４に記載のスキュー角半径充填材。
6. 前記第１スキュー角（３１２）と前記第２スキュー角（３１４）が等しい、請求項５に記載のスキュー角半径充填材。
7. 前記第１スキュー角（３１２）と前記第２スキュー角（３１４）が異なる、請求項５に記載のスキュー角半径充填材。
8. スキュー角半径充填材（３０２）を用いて、メインコンポーネント（２２０）の垂直部材（３４８、３６８）と水平部材（３４６、３６６）との間のウェブ接合部（３５０、３７０）での接合能力を強化する方法であって、
   前記スキュー角半径充填材（３０２）の半径接触側面（３０４）がメインコンポーネント（２２０）のウェブ接合部（３５０、３７０）に当接し、該スキュー角半径充填材（３０２）のより短い背側面（３１０）が該ウェブ接合部（３５０、３７０）に対向するように、前記水平部材（３４６、３６６）の上面（３４７、３６７）に該スキュー角半径充填材（３０２）の底面（３０５）を配置することと、
   前記スキュー角半径充填材（３０２）の上面（３０３）に対してサブコンポーネント（２１０）の底面（２１６、２１８）を配置することと、
   取付手段（４１０）を利用して、前記メインコンポーネント（２２０）、前記スキュー角半径充填材（３０２）、及び前記サブコンポーネント（２１０）を固定することとを備える方法。
9. 前記スキュー角半径充填材（３０２）は、
   少なくとも１つの非平行側面（３０６、３０８）が前記半径接触側面（３０４）から鋭角に延在する、一対の対向する非平行側面（３０６、３０８）を含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記少なくとも１つの非平行側面（３０６、３０８）が十分な角度で屈曲され、前記少なくとも１つの非平行側面（３０６、３０８）が任意の障害物から離れて配置できるように、前記メインコンポーネント（２２０）及び前記サブコンポーネント（２１０）の構成に従ってスキュー角半径充填材（３０２）を選択することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記メインコンポーネント（２２０）はストリンガー組立部品であり、前記サブコンポーネント（２１０）はリブセグメントである、請求項１０に記載の方法。
12. 前記半径充填材（３０２）の上面（３０３）にサブコンポーネント（２１０）の底面（２１６、２１８）を配置することは、
    前記半径充填材（３０２）の上面（３０３）に前記サブコンポーネント（２１０）の底面（２１６、２１８）を配置することと、
    前記サブコンポーネント（２１０）、前記半径充填材（３０２）及び前記メインコンポーネント（２２０）にボルト（４１０）を通すことと
    を備える、請求項１０に記載の方法。

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