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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