JP6567833B2 - 複合充填材 - Google Patents

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Description

複合材料は、２つ以上の機能的構成要素を組み合わせることによって作成される、頑丈かつ軽量な材料である。例えば、複合材料は、ポリマー樹脂マトリクスに結合された強化繊維を含み得る。繊維は、単向性であるか、又は織布若しくは織物の形をとり得る。熱硬化性複合材料において、繊維及び樹脂は、配置されかつ硬化されて複合材料の形をとる。
複合構造部材が一緒に接続される場合、部材の間の接着ラインにそって、接着の強度を増加させるために充填される必要があるギャップ又はボイドが存在し得る。例えば、航空機産業において、縦通材などの複合材胴体の補強材は、縦通材と胴体の外板との間のラジウス（ｒａｄｉｕｓ）接着ラインにおいて、接着充填材を含み得る。接着充填材は、三角形断面のストリップス（ｓｔｒｉｐｓ）の形の中に適用され、時々、ヌードル又は充填材として言及され、それは接着ラインに沿ってボイドを埋める。接着充填材は、接着剤、プリプレグテープ又はファブリックなどの複合材料から形成され得る。
補強材が充填材の領域において十分な引き抜き強度を有する場合、補強材は、与えられた用途に対して補強材に課される引張荷重に抵抗する。適切な引き抜き強度を取得するために、補強材の量を増加させ、それによって航空機に重量を付加することが必要となり得る。代替的に、引き抜き強度を増加させるために補強材にラジウスブロックが付加され得るが、ラジウスブロックは、航空機に望ましくない重量、複雑さ、又は費用を加え得る。
充填材は、押出材、ローラーで伸ばした複合材料、又は航空機の外板と平行な複合材料のスタックドストリップス（ｓｔａｃｋｅｄ ｓｔｒｉｐｓ）によって形成され得る。充填材が十分な剛性を有する場合、充填材は、補強材からの荷重のいくらかをベースの中へ移送し得る。充填材が十分に強くない場合、それは荷重を移送するように機能しないかもしれない。
したがって、少なくとも上述の問題点のいくつかと、起こりうる他の問題点を考慮する方法及び装置を有することが望ましい。
本開示の例示的な実施形態は、複合充填材を形成する方法を提供する。複合材料の層は、成形工具の上に配置される。層の各々における個別の曲げが形成されて、成形工具の上に曲がった層を備える複合充填材を形成する。曲がった層を備える複合充填材は、少なくとも１つの複合構造によって形成されるギャップの中へ配置される。
本開示の別の例示的な実施形態は、複合充填材を提供する。複合充填材は、第１の曲げ形状を有する第１の層、及び第２の曲げ形状を有する第２の層を備える。
本開示のさらに別の例示的な実施形態は、複合充填材を提供する。複合充填材は複数の複合層を備え、各々の複合層は個別の曲げ形状を有する。
特徴及び機能は、本開示の様々な実施形態において独立して取得されることができ、又はさらなる詳細が以下の説明及び図面に関して見られることができるさらに他の実施形態の中において組み合わされることが可能である。
例示的な実施形態の特徴と考えられる新規な特性は、添付の特許請求の範囲において説明される。しかしながら、例示的な実施形態と、好ましい使用モード、さらにはその目的と特徴は、添付図面を参照しながら本開示の例示的実施形態の以下の詳細な説明を読むことによって最もよく理解されるであろう。
図１は、例示的な実施形態を実装可能な航空機のブロック図である。 図２は、例示的な実施形態による、複合充填材及び複合構造部材の等角図である。 図３は、例示的な実施形態による、複合充填材及び複合構造部材の前面図である。 図４は、例示的な実施形態による、複合充填材の前面図である。 図５は、例示的な実施形態による、第１の層及び成形装備の図解である。 図６は、例示的な実施形態による、第１の曲げ形状を有する第１の層及び成形装備の図解である。 図７は、例示的な実施形態による、第２の層、第１の曲げ形状を有する第１の層、及び成形装備の図解である。 図８は、例示的な実施形態による、第１の曲げ形状を有する第１の層、第２の曲げ形状を有する第２の層、及び成形装備の図解である。 図９は、例示的な実施形態による、個別の曲げ形状を有する複数の層及び成形装備の図解である。 図１０は、例示的な実施形態による、第１のダイパンチの図解である。 図１１は、例示的な実施形態による、第２のダイパンチの図解である。 図１２は、例示的な実施形態による、第３のダイパンチの図解である。 図１３は、例示的な実施形態による、第４のダイパンチの図解である。 図１４は、例示的な実施形態による、第５のダイパンチの図解である。 図１５は、例示的な実施形態による、第６のダイパンチの図解である。 図１６は、例示的な実施形態による、複合充填材を形成するためのプロセスの流れ図である。 図１７は、例示的な実施形態による、製造環境のブロック図である。 図１８は、例示的な実施形態による、航空機の製造及び保守方法を示すブロック図である。 図１９は、例示的な実施形態を実装可能な航空機のブロック図である。
例示的な実施形態は、１以上の種々の検討事項を理解し、かつ考慮に入れている。例示的な実施形態は、ラジウスに追従するプライがラジウスに沿って荷重を誘導し得ることを理解し、かつ考慮に入れている。したがって、例示的な実施形態は、補強材のラジウスに追従するプライの充填材を形成することが、充填材の中というよりもむしろラジウスに沿って荷重を誘導し得ることを理解し、かつ考慮に入れている。それ故、例示的な実施形態は、補強材のラジウスに追従する充填材を形成することが、充填材の引き抜き強度を増加させ得ることを理解し、かつ考慮に入れている。
例示的な実施例はさらに、補強材のラジウスに追従する充填材を形成することが、付加的な利点を有し得ることを理解し、かつ考慮に入れている。具体的に、例示的な実施例は、充填材材料が複合構造部材の材料の単純な形状及び構造から成る場合、硬化サイクルの間又はその後のうちの少なくとも１つにおいて、充填材が有利な熱挙動を有し得ることを考慮に入れている。
ここで図面を参照すると、特に図１では、例示的な実施形態が実装される航空機が描かれている。この実施例において、航空機１００は、機体１０６に結合された翼１０２及び翼１０４を有する。航空機１００は、翼１０２に結合されたエンジン１０８と翼１０４に結合されたエンジン１１０とを含む。
機体１０６は、尾部１１２を有する。水平安定板１１４、水平安定板１１６、及び垂直安定板１１８は、機体１０６の尾部１１２に取り付けられる。
航空機１００は、例示的な実施形態にしたがって複合充填材が実装され得る航空機の一実施例である。例えば、複合充填材は、補強材１２０と航空機１００の複合材外板１２２との間に配置され得る。図１は、補強材１２０の暴露図を描いている。
航空機１００の図解は、種々の例示的な実施形態が実装され得る一環境を示すという目的に対して提供される。図１の中の航空機１００の図解は、種々の例示的な実施形態が実装され得るやり方に対する、構造的な限定を企図するものではない。例えば、航空機１００は、民間旅客機として示されている。種々の例示的な実施形態は、プライベート旅客機、回転翼飛行機、及び他の適切なタイプの航空機などの、他のタイプの航空機にも適用可能である。
今度は図２を参照すると、例示的な実施形態にしたがって、複合充填材及び複合構造部材の等角図が描かれている。具体的に、図２は、図１のセクション２‐２における補強材１２０の拡大図である。描かれているように、複合充填材２０４は、補強材２０２及び複合材外板１２２によって形成されるギャップ２０６の中に配置される。この例示的な実施例において、複合充填材２０４は、実質的に三角形の断面を有する。補強材２０２は、単一の複合構造部材であるが、いくつかの例示的な実施例において、補強材２０２は、その代わりに、２以上の複合構造部材であり得る。全体を通して、「複合構造部材」及び「複合構造」は、相互に交換可能に使用され得る。いくつかの例示的な実施例において、補強材２０２は複合縦通材である。
今度は図３を参照すると、例示的な実施形態にしたがって、複合充填材及び複合構造部材の前面図が描かれている。具体的に、図３は、図２の方向３‐３からの補強材２０２、複合充填材２０４、及び複合材外板１２２の図である。
補強材２０２は、ラジウス３００及びラジウス３０２を有する。複合充填材２０４の第１の側面３０４は、ラジウス３００に追従する。複合充填材２０４の第２の側面３０６は、ラジウス３０２に追従する。
今度は図４を参照すると、例示的な実施形態にしたがって、複合充填材の前面図が描かれている。複合充填材４００は、図２及び図３の中の複合充填材２０４の実施形態であり得る。複合充填材４００は、複数の層４０２から形成される。複数の層４０２は、少なくとも１つの複合材料から形成される。
複数の層４０２は、１以上のプライオリエンテーション（ｐｌｙ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｓ）を備え得る。具体的に、複数の層４０２は、０度のプライ、＋／−１０度のプライ、＋／−１５度のプライ、＋／−３０度のプライ、＋／−４５度のプライ、＋／−６０度のプライ、＋／−７５度のプライ、又は＋／−９０度のプライのうちの少なくとも１つを有し得る。
本明細書の中において使用されるように、「少なくとも１つ」というフレーズは、アイテムのリストとともに使用される場合、リストされたアイテムのうちの１以上の種々の組み合わせが使用され、かつリストの中の各々のアイテムのうちの１つだけが必要とされ得る、ということを意味する。言い換えると、「少なくとも１つ」は、アイテムの任意の組み合わせを意味し、かつ任意の数のアイテムがリストから使用され得るが、リストの中の全てのアイテムが必要とされるわけではない。アイテムは、具体的な物体、物事、又はカテゴリーである。
例えば、「アイテムＡ、アイテムＢ、又はアイテムＣのうちの少なくとも１つ」は、非限定的に、アイテムＡ、アイテムＡ及びアイテムＢ、又はアイテムＢを含み得る。この例はまた、アイテムＡ、アイテムＢ、及びアイテムＣ、又はアイテムＢ及びアイテムＣを含み得る。無論、これらのアイテムの任意の組み合わせが存在し得る。他の例において、「少なくとも１つ」は、例えば、非限定的に、２つのアイテムＡ；１つのアイテムＢ；及び１０個のアイテムＣ；４つのアイテムＢ及び７つのアイテムＣ；又は他の適切な組み合わせであり得る。
この例示的な実施例において、複数の層４０２は、第１の層４０４、第２の層４０６、第３の層４０８、第４の層４１０、第５の層４１２、第６の層４１４、第７の層４１６、第８の層４１８、第９の層４２０、第１０の層４２２、第１１の層４２４、及び第１２の層４２６を含む。複数の層４０２はこの例示的な実施例において１２個の層を含むが、複数の層４０２は２つの層以上の任意の数の層を含み得る。
複数の層４０２の各々は、個別の曲げ形状４２８を有する。個別の曲げ形状４２８の各々は、異なる角度を有し得る。複数の層４０２の各々は、スタック又はネスト（ｓｔａｃｋ ｏｒ ｎｅｓｔ）し、複合充填材４００を形成する。
図４から見られ得るように、複数の層４０２の各々の層は、個別の長さを有する。この例示的な実施例において、第１の層４０４は、複数の層４０２の中の各々の他の層よりも長い。この例示的な実施例において、複数の層４０２の中の各々の連続する層は、各々の前の層よりも短い。例えば、第３の層４０８は、第２の層４０６及び第１の層４０４の両方よりも短い。
第１の層４０４は、複合充填材４００の第１の側面４３０及び第２の側面４３２を形成する。複合充填材４００の第１の側面４３０及び第２の側面４３２は、複合構造部材と接触する。第１の側面４３０は、ラジウス４３３を有する。第２の側面４３２は、ラジウス４３５を有する。複数の層４０２は、ラジウス４３３及びラジウス４３５に追従する。ラジウス４３３及びラジウス４３５に追従する複数の層４０２は、ラジウス４３３及びラジウス４３５のうちの少なくとも１つに沿って荷重を誘導し得る。複合充填材４００の第３の側面４３４は、複数の層４０２から形成される。第３の側面４３４は、複合材外板などの複合部分と接触し得る
描かれるように、複合充填材４００は、押出材４３６を含む。押出材４３６は、第１２の層４２６の隣に位置決めされる。押出材４３６は、複合充填材４００の中のギャップを埋めるために存在し得る。いくつかの実施例において、複合充填材４００は、複数の層４０２を有するのみであり得る。
描かれるように、複数の層４０２の各々は単一のプライを備える。しかしながら、他の例示的な実施例において、複数の層４０２のうちの少なくとも１つは複数のプライを備え得る。
今度は、図５を参照すると、例示的実施形態にしたがって、第１の層及び成形装備の図解が描かれている。製造環境５００は、図４の中の複合充填材４００を形成するための製造環境の実施例であり得る。製造環境５００は、成形装備５０２及び第１の層５０４を含む。第１の層５０４は、複合材料から形成され得る。第１の層５０４が複合材料から形成される例示的な実施例において、第１の層５０４はまた第１の複合層として言及され得る。第１の層５０４は、長さ５０５を有する。成形装備５０２は、第１のダイパンチ５０６及びベース５０８を含む。
描かれるように、ベース５０８は、第１の部分５１０、第２の部分５１２、及びギャップ５１４を含む。複合充填材を形成するために、第１のダイパンチ５０６は、矢印５１６の方向においてベース５０８へ向かって移動され得る。第１のダイパンチ５０６をベース５０８へ向かって移動させることによって、成形装備５０２は第１の層５０４の形状を変化させ得る。この実施例において、第１のダイパンチ５０６は、第１の層５０４と接触し、かつ第１の層５０４の上に矢印５１６の方向において荷重を適用する。具体的に、第１のダイパンチ５０６をベース５０８へ向かって移動させることによって、成形装備５０２はベース５０８に対して第１の層５０４を形成し得る。
今度は、図６を参照すると、例示的な実施形態にしたがって、第１の曲げ形状を有する第１の層及び成形装備の図解が描かれている。描かれるように、第１の層５０４は、ベース５０８に対して形成された。図５の中の矢印５１６の方向においてベース５０８へ向かう第１のダイパンチ５０６の移動は、第１の層５０４の形状を変化させた。描かれるように、第１の層５０４は、第１の曲げ形状６０２を有する。第１の層５０４は、第１の部分５１０及び第２の部分５１２と接触し、かつギャップ５１４の中へと延伸する。
今度は、図７を参照すると、例示的な実施形態にしたがって、第２の層、第１の曲げ形状を有する第１の層、及び成形装備の図解が描かれている。描かれるように、製造環境５００は、成型設備５０２、第１の層５０４、及び第２の層７０２を含む。この実施例において、成形装備５０２は、ベース５０８及び第２のダイパンチ７０４を含む。描かれるように、第１の層５０４はベース５０８に対して形成され、かつ長さ７０６を有する第２の層７０２は、第１の層５０４に関して位置決めされる。
第２の層７０２は、複合材料から形成され得る。第２の層７０２が複合材料から形成される例示的な実施例において、第２の層７０２はまた第２の複合層として言及され得る。第２の層７０２の長さ７０６は、図５の中の第１の層５０４の長さ５０５よりも短い。さらに、第２のダイパンチ７０４の形状は、図５の中の第１のダイパンチ５０６の形状とは異なっている。
複合充填材を形成するために、第２のダイパンチ７０４は、矢印５１６の方向においてベース５０８へ向かって移動され得る。この実施例において、第２のダイパンチ７０４は、第２の層７０２と接触し、かつ第２の層７０２の上に矢印５１６の方向において荷重を適用する。第２のダイパンチ７０４をベース５０８へ向かって移動することによって、成形装備５０２は第２の層７０２の形状を変化させ得る。具体的に、第２のダイパンチ７０４をベース５０８へ向かって移動させることによって、成形装備５０２は、第１の層５０４に対して第２の層７０２を形成し得る。
今度は図８を参照すると、例示的な実施形態にしたがって、第１の曲げ形状を有する第１の層、第２の曲げ形状を有する第２の層、及び成形装備が描かれている。描かれるように、第２の層７０２は、ベース５０８の上の第１の層５０４に対して形成された。第２の層７０２は、第２の曲げ形状８０２を有する。図８から見られ得るように、第２の曲げ形状８０２は、第２の層７０２が第１の層５０４に対して形成されるように、第１の曲げ形状６０２とは異なっている。
今度は、図９を参照すると、例示的実施形態にしたがって、個別の曲げ形状を有する複数の層及び成形装備が描かれている。描かれるように、複合充填材９００はベース５０８に対して形成される。複合充填材９００は、複数の層９０１から形成される。複数の層９０１は、第１の層５０４、第２の層７０２、第３の層９０２、第４の層９０４、第５の層９０６、第６の層９０８、第７の層９１０、第８の層９１２、第９の層９１４、第１０の層９１６、第１１の層９１８、及び第１２の層９２０を備える。複数の層９０１の各々は、個別の曲げ形状９２２を備える。個別の曲げ形状９２２は、図６及び図８からそれぞれ、第１の曲げ形状６０２及び第２の曲げ形状８０２を備える。
複数の層９０１の各々は、種々の形状を有する複数の連続的なダイパンチによって、個別の曲げ形状９２２の中へと形成され得る。いくつかの例示的な実施例において、複数のダイパンチのうちの各々のダイパンチは、複数の層９０１の各々の連続的な層を形成するために、種々の個別の曲げ形状を有し得る。他の例示的な実施例において、複数のダイパンチのうちの１つのダイパンチは、複数の層９０１のうちの１より多い数の層を形成するために、使用され得る。１つの例示的な実施例において、複数のダイパンチのうちの１つのダイパンチは、複数の層９０１のうちの２つの連続的な層を形成するために、使用され得る。
図１０‐１５は、複数の層を曲げ形状の中へと形作るために使用され得るダイパンチの図解である。先ず図１０を参照すると、例示的な実施形態したがって、第１のダイパンチが描かれている。第１のダイパンチ１０００は、図５からの第１のダイパンチ５０６の実施例であり得る。第１のダイパンチ１０００は、図５の第１の層５０４などの複合層を形成するために使用され得る。
第１のダイパンチ１０００は、形成部分１００１及びベース１００３を有する。形成部分１００１は、高さ１００２、断面１００４、及び角度１００６を有する。
今度は図１１を参照すると、例示的な実施形態したがって、第２のダイパンチが描かれている。第２のダイパンチ１１００は、図７からの第２のダイパンチ７０４の実施例であり得る。第２のダイパンチ１１００は、図７の第２の層７０２などの複合層を形成するために使用され得る。
第２のダイパンチ１１００は、形成部分１１０１及びベース１１０３を有する。形成部分１１０１は、高さ１１０２、断面１１０４、及び角度１１０６を有する。図１０及び図１１から見られるように、高さ１１０２は、第１のダイパンチ１０００の高さ１００２よりも低い。
今度は図１２を参照すると、例示的な実施形態したがって、第３のダイパンチが描かれている。第３のダイパンチ１２００は、第２のダイパンチ１１００を使用して複合層が形成された後に、連続的な複合層の上で使用される連続的なダイパンチの実施例であり得る。第３のダイパンチ１２００は、図９の第３の層９０２などの複合層を形成するために使用され得る。
第３のダイパンチ１２００は、形成部分１２０１及びベース１２０３を有する。形成部分１２０１は、高さ１２０２、断面１２０４、及び角度１２０６を有する。図１０‐１２から見られ得るように、高さ１２０２は、それぞれ、第２のダイパンチ１１００及び第１のダイパンチ１０００の高さ１１０２及び高さ１００２よりも低い。
今度は図１３を参照すると、例示的な実施形態したがって、第４のダイパンチが描かれている。第４のダイパンチ１３００は、図１２の中の第３のダイパンチ１２００を使用して複合層が形成された後に、連続的な複合層の上で使用される連続的なダイパンチの実施例であり得る。第４のダイパンチ１３００は、図９の第４の層９０４などの複合層を形成するために使用され得る。
第４のダイパンチ１３００は、形成部分１３０１及びベース１３０３を有する。形成部分１３０１は、高さ１３０２、断面１３０４、及び角度１３０６を有する。図１０‐１３から見られ得るように、高さ１３０２は、それぞれ、第３のダイパンチ１２００、第２のダイパンチ１１００、及び第１のダイパンチ１０００の高さ１２０２、高さ１１０２、及び高さ１００２よりも低い。
今度は図１４を参照すると、例示的な実施形態したがって、第５のダイパンチが描かれている。第５のダイパンチ１４００は、図１３の中の第４のダイパンチ１３００を使用して複合層が形成された後に、連続的な複合層の上で使用される連続的なダイパンチの実施例であり得る。第５のダイパンチ１４００は、図９の第５の層９０６などの複合層を形成するために使用され得る。
第５のダイパンチ１４００は、形成部分１４０１及びベース１４０３を有する。形成部分１４０１は、高さ１４０２、断面１４０４、及び角度１４０６を有する。図１０‐１４から見られ得るように、高さ１４０２は、それぞれ、第４のダイパンチ１３００、第３のダイパンチ１２００、第２のダイパンチ１１００、及び第１のダイパンチ１０００の高さ１３０２、高さ１２０２、高さ１１０２、及び高さ１００２よりも低い。
今度は図１５を参照すると、例示的な実施形態したがって、第６のダイパンチが描かれている。第６のダイパンチ１５００は、図１４の中の第５のダイパンチ１４００を使用して複合層が形成された後に、連続的な複合層の上で使用される連続的なダイパンチの実施例であり得る。第６のダイパンチ１５００は、図９の第６の層９０８などの複合層を形成するために使用され得る。
第６のダイパンチ１５００は、形成部分１５０１及びベース１５０３を有する。形成部分１５０１は、高さ１５０２、断面１５０４、及び角度１５０６を有する。図１０‐１５から見られ得るように、高さ１５０２は、それぞれ、第５のダイパンチ１４００、第４のダイパンチ１３００、第３のダイパンチ１２００、第２のダイパンチ１１００、及び第１のダイパンチ１０００の高さ１４０２、高さ１３０２、高さ１２０２、高さ１１０２、及び高さ１００２よりも低い。
図５-１５の中のダイパンチ及び成形装備の図解は、例示的な実施形態が実装されるやり方に対する物理的又は構造的な限定を企図しない。図１０‐１５の中のダイパンチは、ダイパンチに対するいくつかの非限定的な形状を提供する。さらに、描かれるベース５０８は、第１の部分５１０、第２の部分５１２、及びギャップ５１４を含むが、いくつかの例示的な実施例において、成形装備５０２は、描かれたそれらとは異なる種々の構成を備え得る。ベース５０８は、以下の図１７のベース１７５８などのベースのただ１つの非限定的な実施例である。
今度は図１６を参照すると、例示的な実施形態にしたがって、複合充填材を形成するためのプロセスの流れ図が描かれている。図１６の中で描かれるプロセスは、図４の複合充填材４００などの複合充填材を形成するために、図５の製造環境５００などの製造環境の中で実装され得る。例えば、このプロセスのオペレーションは、図５の成形装備５０２を使用して実装され得る。
プロセスは、複合材料の層を成形工具の上に配置することから始まる（オペレーション１６０２）。いくつかの例示的な実施例において、複合材料の層のうちの少なくとも１つの層は、複合材料の複数のプライを備える。いくつかの例示的な実施例において、複合材料の各々の連続的な層は、複合材料の前の層の幅よりも短い幅を有する。例えば、図４において、複数の層４０２の各々は、連続的により短い幅を有する。
その後、プロセスは、成形工具の上に曲がった層を備える複合充填材を形成するために、層の各々において個別の曲げを形成する（オペレーション１６０４）。いくつかの例示的な実施例において、複合材料の層のうちの各々の層は、配置され、かつその後、複合材料の層の中に連続的な層を配置するのに先立って形成される。連続的な層を形成する例示的な実施例は、図５‐８の中で見られ得る。いくつかの例示的な実施例において、層のうちの各々の中に個別の曲げを形成することは、層のうちの各々の中に個別の曲げを個別に形成することを含む。
いくつかの例示的な実施例において、層のうちの各々の中に個別の曲げを形成することは、一連のダイパンチを使用することを含み、ダイパンチの各々は層のうちの１つの中に個別の曲げを形成するために、個別の断面及び望ましい角度を有する。図１０‐１５は、各々が個別の断面及び望ましい角度を有するダイパンチの実施例であり得る。いくつかの例示的な実施例において、層のうちの各々の中に個別の曲げを形成することは、複合充填材の第１の側面及び第２の側面を形成する。図４から見られ得るように、複数の層４０２のうちの第１の層４０４は、複合充填材４００の第１の側面４３０及び第２の側面４３２を形成し得る。
その後、プロセスは、複合充填材に対して押出複合材を付加する（オペレーション１６０６）。この押出複合材は、随意に、複合充填材を使用する前に、複合充填材に加えられ得る。
その後、プロセスは、少なくとも１つの複合構造によって形成されるギャップの中へ、曲がった層を有する複合充填材を配置し得（オペレーション１６０８）、その後プロセスは終了する。いくつかの例示的な実施例において、複合充填材の断面は、実質的に三角形である。例えば、複合充填材４００の断面は、実質的に三角形である。いくつかの例示的な実施例において、少なくとも１つの複合構造は複合縦通材を備える。
図示した種々の実施形態での流れ図及びブロック図は、装置及び方法のいくつかの可能な実装の構造、機能、及び操作を示している。これに関し、流れ図又はブロック図の各ブロックは、１つのモジュール、セグメント、機能及び／又はオペレーション若しくはステップの部分を表わすことができる。
例示的な実施形態のいくつかの代替的な実施態様において、ブロックの中に記載された機能又は複数の機能は、図面に記載された順序と関係なく生じ得る。例えば、いくつかの場合において、連続して示されている２つのブロックは、関係する機能性に応じて、実質的に同時に実行されることができ、又は時々ブロックは逆の順序で実行され得る。また、他のブロックは、流れ図又はブロック図の中で描かれているブロックに加えて追加されることができる。さらに、いくつかのブロックは、実施されないかもしれない。例えば、オペレーション１６０６は実行されなくともよい。この実施例において、複合充填材は、随意の押出材を含まない。
今度は図１７を参照すると、例示的な実施形態にしたがって、製造環境のブロック図が描かれている。図５の中の製造環境５００は、図１７の中でブロック形式で示される製造環境１７００の物理的な実施態様の一例である。
製造環境１７００は、複合充填材１７０２、成形装備１７０４、複合材料１７０６、及び切断機械１７０８を備える。複合充填材１７０２は、複合構造１７１２、複合構造１７１４、及び複合材外板１７１６によって形成されるギャップ１７１０の中に配置されるように構成され得る。
複合充填材１７０２は、複数の層１７１８から形成される。複数の層１７１８は、複合材料１７０６から形成され得る。複数の層１７１８が複合材料１７０６から形成される例示的な実施例において、複数の層１７１８はまた、複数の複合層として言及され得る。複数の層１７１８は、個別の曲げ形状１７２０を有する。複数の層１７１８のは、複数の幅１７２２を有する。具体的に、各々の連続的な層は、複数の層１７１８の中の各々の前の層よりも短い幅を有し得る。
第１の層１７２４は、第１の幅１７２６及び第１の曲げ形状１７２８を有する。第１の幅１７２６は、複数の層１７１８の中で最も広い。第１の曲げ形状１７２８は、複数の層１７１８の個別の曲げ形状１７２０の中で最も鋭い角度を有する。
第２の層１７３０は、第１の層１７２４の上に形成され得る。第２の層１７３０は、第２の幅１７３２及び第２の曲げ形状１７３４を有する。第２の幅１７３２は、第１の層１７２４の第１の幅１７２６よりも短い。第２の幅１７３２は、複数の層１７１８のうちの残りのものよりも広い。第２の曲げ形状１７３４は、第１の曲げ形状１７２８よりも広い角度を有し得る。
第３の層１７３６は、第２の層１７３０の上に形成され得る。第３の層１７３６は、第３の幅１７３８及び第３の曲げ形状１７４０を有する。第３の幅１７３８は、第１の幅１７２６及びの第２の幅１７３２よりも短い。第３の曲げ形状１７４０は、第２の曲げ形状１７３４よりも広い角度を有し得る。
複合充填材１７０２は、断面１７４２を有する。断面１７４２は、ギャップ１７１０の断面１７４３の範囲内にフィットするように構成され得る。いくつかの例示的な実施例において、断面１７４２は、実質的に三角形１７４４であり得る。実質的に三角形１７４４である断面１７４２は、第１の側面１７４６及び第２の側面１７４８を有する。複合充填材１７０２の第１の側面１７４６は、複合構造１７１２と接触し得る。いくつかの例示的な実施例において、複合構造１７１２はラジウス１７５０を有し得る。いくつかの例示的な実施例において、複合充填材１７０２の第１の側面１７４６は、ラジウス１７５０に追従し得る。
複合充填材１７０２の第２の側面１７４８は、複合構造１７１４と接触し得る。いくつかの例示的な実施例において、複合構造１７１４はラジウス１７５２を有し得る。いくつかの例示的な実施例において、複合充填材１７０２の第２の側面１７４８は、ラジウス１７５２に追従し得る。
第１の層１７２４は、第１の層１７２４が第１の曲げ形状１７２８を有する場合、複合充填材１７０２の第１の側面１７４６を形成し得る。第１の層１７２４は、第１の層１７２４が第１の曲げ形状１７２８を有する場合、複合充填材１７０２の第２の側面１７４８を形成し得る。
いくつかの例示的な実施例において、複合充填材１７０２はまた押出材１７５４を含み得る。押出材１７５４は、複数の層１７１８のうちの最後のものの上に配置され得る。押出材１７５４及び複数の層１７１８は、複合充填材１７０２の第３の側面１７５６を形成する。第３の側面１７５６は、複合材外板１７１６と接触し得る。
複数の層１７１８は、複合材料１７０６から形成され得る。複合材料１７０６は、テープ１７５５、ストリップ１７５７、又は他の望ましい複合材料の形をとり得る。複合材料１７０６は、切断機械１７０８を使用して、複数の幅１７２２に切断され得る。
複合充填材１７０２は、成形装備１７０４を使用して、複合材料１７０６から形成され得る。成形装備１７０４は、ベース１７５８及び複数のダイ１７６０を含み得る。図１０‐１５からの第１のダイパンチ１０００、第２のダイパンチ１１００、第３のダイパンチ１２００、第４のダイパンチ１３００、第５のダイパンチ１４００、及び第６のダイパンチ１５００は、複数のダイ１７６０の物理的な実施形態であり得る。複数のダイ１７６０は、複数の断面１７６２を有する。複数のダイ１７６０の各々は、複数の層１７１８の個別の層を形成するために使用され得る。複数の断面１７６２の各々は、複数の層１７１８の個別の曲げ形状１７２０を形成し得る。
いくつかの例示的な実施例において、成形装備１７０４は、複数のダイ１７６０の代わりに複数のローラー１７６４を含み得る。これらの例示的な実施例において、複数のローラー１７６４は、複数の層１７１８の個別の曲げ形状１７２０を形成し得る。
複合充填材１７０２は、複数の層１７１８が複合構造のラジウスに追従する場合、引き抜き強度を増加させ得る。複合構造のラジウスに追従することによって、複合充填材はラジウスに沿って荷重を誘導し得る。
図１７の中の製造環境１７００の図解は、例示的な実施形態が実装されるやり方に対する物理的又は構造的な限定を企図するものではない。図解されているものに加えて又は代えて他の構成要素が、使用され得る。いくつかの構成要素は不要になることがある。また、いくつかの機能的な構成要素を図解するためにブロックが提示されている。例示的な実施形態において実施される場合、これらのブロックの１以上を、異なるブロックに統合、分割、又は統合かつ分割することができる。
例えば、製造環境１７００は、複合構造１７１４を含まないかもしれない。この実施例において、複合構造１７１２及び複合材外板１７１６はギャップ１７１０を形成し得る。
本発明の例示的な実施形態は、図１８の航空機の製造および保守方法１８００と図１９の航空機１９００に関連して記載されている。まず図１８を参照すると、例示的な実施形態による、航空機の製造及び保守方法のブロック図が示される。製造前の段階では、航空機の製造及び保守方法１８００は、図１９の航空機１９００の仕様及び設計１８０２、並びに材料の調達１８０４を含む。
製造段階では、図１９の航空機１９００の構成要素及びサブアセンブリの製造１８０６及びシステムインテグレーション１８０８が行われる。その後、図１９の航空機１９００は認可及び納品１８１０を経て運航１８１２に供される。顧客による運航１８１２中、図１９の航空機１９００は、定期的な整備及び保守１８１４（改造、再構成、改修、およびその他の整備または点検を含み得る）がスケジューリングされる。
航空機の製造及び保守方法１８００の各プロセスは、システムインテグレーター、第三者、及び／又はオペレータによって実施又は実行されることがある。これらの実施例では、オペレータは顧客であってもよい。本明細書の目的では、システムインテグレーターは、任意の数の航空機製造者、および主要システムの下請業者を含むことができ（これらに限定せず）、サードパーティは、任意の数のベンダー、下請業者、および供給業者を含むことができ（これらに限定せず）、オペレータは航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などであってよい。
ここで図１９を参照すると、例示的な実施形態を実装可能な航空機のブロック図が示される。この実施例では、航空機１９００は、図１８の航空機の製造及び保守方法１８００によって製造され、複数のシステム１９０４及び内装１９０６を有する機体１９０２を含むことができる。システム１９０４の例には、推進システム１９０８、電気システム１９１０、油圧システム１９１２、及び環境システム１９１４のうちの１つ以上が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙産業の例を示したが、自動車産業などの他の産業に種々の例示的な実施形態を適用することができる。
本明細書で具現化される装置および方法は、図１８の航空機の製造および保守方法１８００のうちの少なくとも１つの段階で採用可能である。
構成要素及びサブアセンブリの製造１８０６の間に、１以上の例示的な実施形態が使用され得る。例えば、図１７の中の複合充填材１７０２は、構成要素及びサブアセンブリの製造１８０６の間に使用され得る。さらに、複合充填材１７０２はまた、整備及び保守１８１４の間の交換を実行するために使用され得る。
本開示は、複合充填材を形成するための方法を提供する。複合材料の層は、成形工具の上に配置される。層の各々における個別の曲げが形成されて、成形工具の上に曲がった層を備える複合充填材を形成する。曲がった層を備える複合充填材は、少なくとも１つの複合構造によって形成されるギャップの中へ配置される。
複合充填材は、現在使用されている複合充填材と比較して、引き抜き強度を増加させることができる。いくつかの実施例において、複数の層は複合構造のラジウスに追従する。複合構造のラジウスに追従することによって、複合充填材はラジウスに沿って荷重を誘導し得る。
複合充填材の第１の層は、複合充填材の第１の側面及び第２の側面を形成し得る。第１の層は、少なくとも１つの複合構造と接触し得る。複数の層は、第３の側面を形成し得る。第３の側面は、複合材外板と接触し得る。
種々の例示的な実施形態の説明が例示及び説明の目的で提示されてきており、かつそれは開示された形の中の実施形態に対して包括的又は限定的であることを意図していない。当業者にとって、多くの修正及び変形が自明のものであろう。さらに、異なる例示的な実施形態は、他の例示的な実施形態とは異なる特徴を提供することができる。選択された１以上の実施形態は、実施形態の原理、実際の用途を最もよく説明するため、及び他の当業者に対し、様々な実施形態の開示内容と、考慮される特定の用途に適した様々な修正との理解を促すために選択及び記述されている。さらに、本発明は、以下の条項による実施形態を含む。
条項１
複合充填材を形成する方法であって：
複合材料の層を成形工具の上に配置すること；
前記層の各々の中に個別の曲げを形成し、前記成形工具の上に曲がった層を備える前記複合充填材を形成すること；及び
前記曲がった層を備える前記複合充填材を、少なくとも１つの複合構造によって形成されるギャップの中へ配置することを含む、方法。
条項２
前記複合材料の前記層のうちの各々の層は、配置され、かつその後、前記複合材料の前記層の中に連続的な層を配置するのに先立って形成される、条項１に記載の方法。
条項３
前記層のうちの前記各々の中に前記個別の曲げを形成することは、前記層のうちの前記各々の中に個別の曲げを個別に形成することを含む、条項１に記載の方法。
条項４
前記層のうちの前記各々の中に前記個別の曲げを形成することは、一連のダイパンチを使用することを含み、前記ダイパンチの各々は前記層のうちの１つの中に個別の曲げを形成するために、個別の断面及び望ましい角度を有する、条項１に記載の方法。
条項５
前記複合材料の前記層のうちの少なくとも１つの層は、複合材料の複数のプライを備える、条項１に記載の方法。
条項６
前記複合充填材を前記ギャップの中へ配置するのに先立って、押出複合材を前記複合充填材に付加することをさらに含む、条項１に記載の方法。
条項７
前記複合充填材の断面は、実質的に三角形である、条項１に記載の方法。
条項８
複合材料の各々の連続的な層は、前記複合材料の前の層の幅よりも短い幅を有する、条項１に記載の方法。
条項９
前記層のうちの前記各々の中に前記個別の曲げを形成することは、前記複合充填材の第１の側面及び第２の側面を形成する、条項１に記載の方法。
条項１０
第１の曲げ形状を有する第１の層；及び
第２の曲げ形状を有する第２の層を備える、複合充填材。
条項１１
第３の曲げ形状を有する第３の層をさらに備える、条項１０に記載の複合充填材
条項１２
押出複合材をさらに備える、条項１０に記載の複合充填材。
条項１３
前記複合充填材は、実質的に三角形の断面を有する、条項１０に記載の複合充填材。
条項１４
前記第１の曲げ形状は実質的に、前記複合充填材の前記実質的に三角形の断面に追従する、条項１３に記載の複合充填材。
条項１５
前記第１の層は、前記複合充填材の前記実質的に三角形の断面の第１の側面及び第２の側面を形成する、条項１３に記載の複合充填材。
条項１６
前記第１の層及び前記第２の層のうちの少なくとも１つは、複合材料の複数のプライを備える、条項１０に記載の複合充填材。
条項１７
複数の複合層を備え、各々の複合層は個別の曲げ形状を有する、複合充填材。
条項１８
押出複合材をさらに備える、条項１７に記載の複合充填材。
条項１９
前記複合充填材は、実質的に三角形の断面を有する、条項１７に記載の複合充填材。
条項２０
前記複数の複合層のうちの第１の複合層は、前記複合充填材の前記実質的に三角形の断面の第１の側面及び第２の側面を形成する、条項１９に記載の複合充填材。
１００ 航空機
１０２ 翼
１０４ 翼
１０６ 機体
１０８ エンジン
１１０ エンジン
１１２ 尾部
１１４ 水平安定板
１１６ 水平安定板
１１８ 垂直安定板
１２０ 補強材
１２２ 複合材外板
２０２ 補強材
２０４ 複合充填材
２０６ ギャップ
３００ ラジウス
３０２ ラジウス
３０４ 第１の側面
３０６ 第２の側面
４００ 複合充填材
４０２ 複数の層
４０４ 第１の層
４０６ 第２の層
４０８ 第３の層
４１０ 第４の層
４１２ 第５の層
４１４ 第６の層
４１６ 第７の層
４１８ 第８の層
４２０ 第９の層
４２２ 第１０の層
４２４ 第１１の層
４２６ 第１２の層
４２８ 曲げ形状
４３０ 第１の側面
４３２ 第２の側面
４３３ ラジウス
４３４ 第３の側面
４３５ ラジウス
４３６ 押出材
５００ 製造環境
５０２ 成形装備
５０４ 第１の層
５０５ 長さ
５０６ 第１のダイパンチ
５０８ ベース
５１０ 第１の部分
５１２ 第２の部分
５１４ ギャップ
５１６ 矢印
６０２ 第１の曲げ形状
７０２ 第２の層
７０４ 第２のダイパンチ
７０６ 長さ
７０２ 第２の層
８０２ 第２の曲げ形状
９００ 複合充填材
９０１ 複数の層
９０２ 第３の層
９０４ 第４の層
９０６ 第５の層
９０８ 第６の層
９１０ 第７の層
９１２ 第８の層
９１４ 第９の層
９１６ 第１０の層
９１８ 第１１の層
９２０ 第１２層
９２２ 曲げ形状
１０００ 第１のダイパンチ
１００１ 形成部分
１００２ 高さ
１００３ ベース
１００４ 断面
１００６ 角度
１１００ 第２のダイパンチ
１１０１ 形成部分
１１０２ 高さ
１１０３ ベース
１１０４ 断面
１１０６ 角度
１２００ 第３のダイパンチ
１２０１ 形成部分
１２０２ 高さ
１２０３ ベース
１２０４ 断面
１２０６ 角度
１３００ 第４のダイパンチ
１３０１ 形成部分
１３０２ 高さ
１３０３ ベース
１３０４ 断面
１３０６ 角度
１４００ 第５のダイパンチ
１４０１ 形成部分
１４０２ 高さ
１４０３ ベース
１４０４ 断面
１４０６ 角度
１５００ 第６のダイパンチ
１５０１ 形成部分
１５０２ 高さ
１５０３ ベース
１５０４ 断面
１５０６ 角度
１６００ プロセス
１６０２ オペレーション
１６０４ オペレーション
１６０６ オペレーション
１６０８ オペレーション
１７００ 製造環境
１７０２ 複合充填材
１７０４ 成形装備
１７０６ 複合材料
１７０８ 切断機械
１７１０ ギャップ
１７１２ 複合構造
１７１４ 複合構造
１７１６ 複合材外板
１７１８ 複数の層
１７２０ 個別の曲げ形状
１７２２ 複数の幅
１７２４ 第１の層
１７２６ 第１の幅
１７２８ 第１の曲げ形状
１７３０ 第２の層
１７３２ 第２の幅
１７３４ 第２の曲げ形状
１７３６ 第３の層
１７３８ 第３の幅
１７４０ 第３の曲げ形状
１７４２ 断面
１７４３ 断面
１７４４ 実質的に三角形
１７４６ 第１の側面
１７４８ 第２の側面
１７５０ ラジウス
１７５２ ラジウス
１７５４ 押出材
１７５５ テープ
１７５６ 第３の側面
１７５７ ストリップ
１７５８ ベース
１７６０ 複数のダイ
１７６２ 複数の断面
１７６４ 複数のローラー
１８００ 方法
１８０２ 仕様及び設計
１８０４ 材料の調達
１８０６ 構成要素及びサブアセンブリの製造
１８０８ システムインテグレーション
１８１０ 認可及び納品
１８１２ 運航
１８１４ 整備及び保守
１９００ 航空機
１９０２ 機体
１９０４ システム
１９０６ 内装
１９０８ 推進システム
１９１０ 電気システム
１９１２ 油圧システム
１９１４ 環境システム

Claims (12)

  1. 複合充填材を形成する方法であって：
    複合材料の層を成形工具の上に配置すること；
    前記層の各々の中に個別の曲げを形成し、前記成形工具の上に曲がった層を備える前記複合充填材を形成すること；及び
    前記曲がった層を備える前記複合充填材を、少なくとも１つの複合構造によって形成されるギャップの中へ配置することを含み、
    前記複合材料の前記層のうちの各々の層は、配置され、かつその後、前記複合材料の前記層の中に連続的な層を配置するのに先立って形成され、
    前記層のうちの前記各々の中に前記個別の曲げを形成することは、前記層のうちの前記各々の中に個別の曲げを個別に形成することを含む、方法。
  2. 前記層のうちの前記各々の中に前記個別の曲げを形成することは、一連のダイパンチを使用することを含み、前記ダイパンチの各々は前記層のうちの１つの中に個別の曲げを形成するために、個別の断面及び望ましい角度を有する、請求項１に記載の方法。
  3. 前記複合材料の前記層のうちの少なくとも１つの層は、複合材料の複数のプライを備える、請求項１に記載の方法。
  4. 前記複合充填材を前記ギャップの中へ配置するのに先立って、押出複合材を前記複合充填材に付加することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記複合充填材の断面は、実質的に三角形である、請求項１に記載の方法。
  6. 複合材料の各々の連続的な層は、前記複合材料の前の層の幅よりも短い幅を有する、請求項１に記載の方法。
  7. 前記層のうちの前記各々の中に前記個別の曲げを形成することは、前記複合充填材の第１の側面及び第２の側面を形成する、請求項１に記載の方法。
  8. 複数の複合層、及び押出材を備える、複合充填材であって、
    前記複数の複合層がスタック又はネストされ、
    前記複数の複合層の各々が個別の曲げ形状を有し、且つ
    前記押出材が前記複合充填材のギャップに相補的である、
    複合充填材。
  9. 前記複合充填材は、実質的に三角形の断面を有する、請求項８に記載の複合充填材。
  10. 前記複数の複合層は、第１の曲げ形状を有する第１の複合層を含み、前記第１の曲げ形状は実質的に、前記複合充填材の前記実質的に三角形の断面に追従する、請求項９に記載の複合充填材。
  11. 前記第１の複合層は、前記複合充填材の前記実質的に三角形の断面の第１の側面及び第２の側面を形成する、請求項１０に記載の複合充填材。
  12. 複合材料の各々の連続的な層は、前記複合材料の前の層の幅よりも短い幅を有する、請求項８に記載の複合充填材。
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