JP6719878B2 - マンドレルアセンブリを用いて構成部品を形成するシステム及び方法 - Google Patents

Description

本開示の実施形態は、一般に、ジェット機のエンジンアセンブリなどの、エンジンアセンブリの音響入口バレルを形成するためのシステム及び方法に関する。

ジェット機は通常、高レベルの騒音を発生し得る1つ又は複数のエンジンを含む。例えば、通常、航空機の翼に固定されたハウジング内のファンケースが騒音を発生する。多くの場合、エンジンハウジングは、エンジンの構成部品により発生する騒音の少なくとも一部を吸収するために使用される1つ又は複数の音響減衰構造を含む。例えば、音響入口バレルをファンケースから上流側のエンジンハウジングの入口に又は入口近傍に位置決めしてもよい。

既知の音響入口バレルは、多孔質発泡材などの音響コアの周りに挟まれる、炭素強化プラスチックなどの、複合材料で形成される。各音響入口バレルは、一般に、多数の部品で形成される。例えば、各音響入口バレルを、ボルトなどの締結具により互いに固定される2つ又は3つの部品で形成してもよい。嵩張るボルトフランジが、部品上に形成されるとともに、別体でかつ別個の締結具を用いて部品を互いに連結するために使用される。しかしながら、ボルトフランジは、音響入口バレルに質量を付加する。その上、部品を互いに固定するプロセスは、一般に、労働集約的でかつ時間集約的である。更に、各音響入口バレルは締結具により互いに固定される別体でかつ別個の部品から形成されるため、形成された音響入口バレルの一体性が部品間の接合部、継ぎ目などにより損なわれる場合がある。更に、接合部、継ぎ目などの上の及びその周りの領域は、最適な音響特性よりも低い音響特性を示し得る。

よって、音響入口バレルを効率良く形成するシステム及び方法の必要性が存在する。

本開示のある特定の実施形態は、音響入口バレルなどの構成部品を形成するために複合材料の1つ又は複数の層を受けるように構成されたマンドレルアセンブリを提供する。マンドレルアセンブリは、中央通路を取り囲む外側形成壁を有する塔と、塔に取り外し可能に固定された上部リングとを含んでもよい。上部リングは、複合材料の（複数の）層が外側形成壁と上部リングの少なくとも一部との周りに巻き付けられた後に塔から取り外されるように構成される。複合材料の1つ又は複数の層で形成された構成部品は、上部リングが塔から取り外された後に塔から取り外されるように構成される。塔からの上部リングの取り外しは、形成された構成部品がマンドレルアセンブリに治具係止されるのを防止する。

マンドレルアセンブリは、塔に取り外し可能に固定された1つ又は複数のフェアリング部材を含んでもよい。（複数の）フェアリング部材は、上部リングと（複数の）フェアリング部材が塔に固定されたときに上部リングから離間していてもよい。各フェアリング部材は、（複数の）フェアリング部材が塔に固定されたときに外側形成壁の一部に密着係合する少なくとも1つのシールを含んでもよい。

上部リングは、外側形成壁の一部に密着係合する少なくとも1つのシールを含んでもよい。上部リングは、外側形成壁から離れるように径方向外方に延伸する少なくとも一部を含んでもよい。少なくとも1つの実施形態において、上部リングと塔は、構成部品に砂時計形の断面形状を形成するような形状とされる。

マンドレルアセンブリはまた、中央通路の周りの外側形成壁の内部に固定された内部ライナジャケットを含んでもよい。ダクトを内部ライナジャケットと外側形成壁との間に画定してもよい。ダクトは、硬化装置からの（加熱された空気などの）硬化ガスを受け入れるように構成される。

上部リングは、上部開口部を画定する上端部と、下部開口部を画定する下端部とを含んでもよい。上部開口部と下部開口部は、互いに非平行であってもよい。つまり、それぞれの開口部が存在する平面が互いに平行でなくてもよい。追加的に、又は代替的に、上部開口部と下部開口部の一方若しくは両方は、非平面であってもよい。

上部リングは、厚肉部に連結する薄肉部を含んでもよい。少なくとも1つの実施形態において、上部リングの内面の少なくとも一部は、空洞などの複数の熱的特徴部を取り囲む複数の構造支持体を含み、それにより格子パターンを画定する。構造支持体は、上部リングが塔に連結されたときに外側形成壁の少なくとも一部に直接接触するように構成してもよい。少なくとも1つの実施形態において、上部リングは、塔から上部リングを取り外すために取出器により係合されるように構成される1つ又は複数の取出し用凸部を含む。

本開示のある特定の実施形態は、複合材料の1つ又は複数の巻付け層により構成部品を形成するためのシステムを提供する。システムは、複合材料の1つ又は複数の巻付け層を受けるように構成されたマンドレルアセンブリを含んでもよい。マンドレルアセンブリは、中央通路を取り囲む外側形成壁を有する塔と、塔に取り外し可能に固定された上部リングとを含んでもよい。上部リングは、複合材料の（複数の）層が外側形成壁と上部リングの少なくとも一部との周りに巻き付けられた後に塔から取り外されるように構成される。複合材料の1つ又は複数の層で形成された構成部品は、上部リングが塔から取り外された後に塔から取り外されるように構成される。

システムはまた、マンドレルアセンブリを支持する台座を含む硬化装置を含んでもよい。硬化装置は、構成部品を形成するためにマンドレルアセンブリの周りに巻き付けられた（複数の）巻付け層を硬化させるように構成される。例えば、硬化装置からの空気流を、マンドレルアセンブリの内部又は内側ジャケットにより部分的に形成された流路内に誘導してもよい。

システムはまた、硬化装置が（複数の）巻付け層を硬化させた後に塔から上部リングを取り出すように構成された取出器を含んでもよい。取出器は更に、上部リングが塔から取り出された後にマンドレルアセンブリから構成部品を取り出すように構成される。

本開示のある特定の実施形態は、構成部品を形成するための方法を提供する。方法は、上部リングをマンドレルアセンブリの塔の上部に取り外し可能に固定するステップと、1つ又は複数のフェアリング部材をマンドレルアセンブリの塔の下部に取り外し可能に固定するステップと、複合材料の1つ又は複数の層をマンドレルアセンブリの外側形成壁と上部リングの少なくとも一部との周りに巻き付けるステップと、下部フランジを形成するために複合材料の1つ又は複数の層を（複数の）フェアリング部材近傍の塔の周りに巻き付けるステップと、構成部品を形成するためにマンドレルアセンブリの周りに巻き付けられた（複数の）層を硬化させるステップと、硬化作業後に塔から（複数の）フェアリング部材を取り外すステップと、硬化作業後に塔から上部リングを取り外すステップと、（複数の）フェアリング部材と上部リングが塔から取り外された後に塔から構成部品を取り外すステップとを含んでもよい。

本開示の実施形態による、マンドレルアセンブリの上面斜視図である。 本開示の実施形態による、マンドレルアセンブリの上面斜視分解図である。 本開示の実施形態による、マンドレルアセンブリの一部の周りに固定されたフェアリング部材の断面斜視図である。 本開示の実施形態による、上部リングの底面斜視図である。 本開示の実施形態による、上部リングの側面図である。 本開示の実施形態による、マンドレルアセンブリの周りに巻き付けられた構成部品の斜視図である。 本開示の実施形態による、マンドレルアセンブリの外側形成壁に固定された上部リングに当接する構成部品の断面斜視図である。 本開示の実施形態による、構成部品の壁の軸方向断面図である。 本開示の実施形態による、硬化装置300上に支持されるマンドレルアセンブリの周りに巻き付けられた構成部品の上面斜視図である。 本開示の実施形態による、硬化装置300上に支持されたマンドレルアセンブリの底面図である。 本開示の実施形態による、硬化装置上に支持されたマンドレルアセンブリの断面斜視図である。 本開示の実施形態による、マンドレルアセンブリから上部リングを取り外す取出器の上面斜視図である。 本開示の実施形態による、マンドレルアセンブリの塔から構成部品を取り外す取出器の上面斜視図である。 本開示の実施形態による、航空機エンジンの内部図である。 本開示の実施形態による、構成部品を形成する方法のフロー図である。

前述の概要、及び以下のある特定の実施形態の詳細な説明は、添付の図面と併せて読むときに、より良く理解されるであろう。本明細書で使用する場合、単数形で列挙され、「a」又は「an」という語で始まる要素又はステップは、複数の要素又はステップを排除しないものと理解されるべきである（ただし、かかる排除が明示的に述べられている場合を除く）。更に、「一実施形態」への言及は、列挙された特徴も組み込まれる更なる実施形態の存在を除外するものとして解釈されることは意図されていない。その上、反対に明示的に述べられている場合を除き、特定の特性を有する1つの要素又は複数の要素「を備える（comprising）」又は「を有する（having）」実施形態は、その特性を有さない更なる要素を含んでもよい。

本開示の実施形態は、航空機のエンジンアセンブリに及び／又はエンジンアセンブリ内に固定されるように構成される音響入口バレルなどの構成部品を、正確に、迅速にかつ繰り返し形成するように構成されるマンドレルアセンブリを提供する。本開示のある特定の実施形態は、円筒状の挟持部材（例えば、吸音材料を間に挟む複合材料の層で形成された音響入口バレル）などの、複雑な非対称形状（非対称な砂時計形状など）の構成部品を正確に、迅速にかつ繰り返し積層するように構成されるマンドレルアセンブリを提供する。

マンドレルアセンブリは、塔などの主構造と、塔に取り外し可能に固定される上部リングとを含んでもよい。リングは熱質量を有してもよい。リングは、互いに平行でない上縁部と下縁部とを含んでもよい。更に、上縁部と下縁部とにより画定された開口部は、非円形であってもよい。例えば、上縁部と下縁部は各々、開口部の形状が長円形又は楕円形となるように上部リングの中心長手方向軸線に対して角度が付けられもよい。

音響入口バレルなどの構成部品を形成するために、複合材料の層などの層を主構造及び上部リングの上に積層してもよい。主構造が漏れのない硬質表面を提供するために、真空バッグが上部リング全体及び構成部品を覆ってもよい。構成部品の表面に対して真空の完全性をもたらすために、真空バッグを使用してもよい。例えば、構成部品を覆うように真空バッグを位置決めしてもよく、かつ構成部品に硬質の外側表面を与えるために、真空により内部の空気を排出してもよい。構成部品がオートクレーブなどの硬化システム内に位置決めされる前に、構成部品を形成するために使用される材料のプライを固化するために真空引きを利用してもよい。

主構造及び上部リングを、低い熱膨張係数を示すニッケル−鉄合金である、インバーなどの、熱にさらされたときに膨張に抵抗する材料で形成してもよい。主構造はまた、主構造の内面とライナの内面との間にダクトなどの空気流路を形成する、アルミニウムなどで作られた、内側ジャケットライナを含むか又は内側ジャケットライナに固定されてもよい。空気流路は、硬化プロセス中に硬化装置からのガスの流れを誘導して対流熱伝達を促進するように構成される。

本開示の実施形態は、音響入口バレルなどの構成部品を効率良く形成するシステム及び方法を提供する。音響入口バレルを、締結具により互いに固定される多数の部品によって形成するのではなく、単一の部品として一体に形成してもよい。つまり、形成された音響入口バレルには、一体に形成されていなければ音響入口バレルを形成するために部品を互いに固定するために使用される締結具がなくてもよい。主構造に固定された上部リングは、音響入口バレルがマンドレルアセンブリに治具係止されるのを防止するために取り外し可能である。

本開示の実施形態は、マンドレルアセンブリを通しての真空バッグの漏れを最小限に抑えるか、防止するか、又はさもなければ低減する。本開示の実施形態は、硬化プロセス中におけるマンドレルアセンブリを通してのかつ音響入口バレル内での均一な熱分布を確実にするように構成されるマンドレルアセンブリを提供する。本開示の実施形態は、音響入口バレルを形成する効率的なシステム及び方法を提供し、それにより製造時間、労力及びコストを低減する。

図1は、本開示の実施形態による、マンドレルアセンブリ100の上面斜視図である。マンドレルアセンブリ100は、塔102などの主構造と、塔102に取り外し可能に固定された（図2に示す）上部リング104と、塔102の下部の周りに固定された、バー、リムなどの、1つ又は複数のフェアリング部材106とを含んでもよい。代替的に、マンドレルアセンブリ100は、フェアリング部材106を含まなくてもよい。

図2は、マンドレルアセンブリ100の上面斜視分解図を図示している。塔102は、塔102の周りに延伸する上部レッジ108を有する環状基部103を含む。外側形成壁110は、上部レッジ108から上方に延伸しかつ傾斜した上部リム112に連結する。

外側形成壁110は、外側形成壁110に形成された上部凹部114を含む。上部凹部を外側形成壁110の周りに巻き付く下部レッジ116によって画定してもよい。下部レッジ116は、外側形成壁110の周りに変化する深さを有してもよい。例えば、塔102の一方側120近傍の深さ118は、塔102の反対側124近傍の深さ122よりも小さくてもよい。

塔102は、リブ、ブレース、梁、支柱、トラス、及び／又は、内部空間を間に画定する同様のものなどの、多数の内部支持構造125を含む。アルミニウムなどで形成された、（図1に示す）内側ライナジャケット128を支持構造125の内面に固定してもよい。内側ライナジャケット128は、塔102の内側の周りに周方向に延伸してもよく、それにより、マンドレルアセンブリ100を貫通する（図1に示す）中央通路130を画定する。内側ライナジャケット128は、空間126内の空気が通過できないバリアを形成する。そのようなものとして、ダクト132は、内側ライナジャケット128と外側形成壁110との間に画定される。空気などのガスがダクト132に流入することを可能にするために、開口部を基部108の底端部に形成してもよい。ライナジャケット128の上縁部に連結する周縁リム136内にガス出口流路134を形成してもよい。

硬化プロセス中に、ライナジャケット128は、強制空気などのガスを、中央通路130内ではなく、ダクト132内に導く。このように、ダクト132は、中央通路130内へかつ中央通路130を通って移動しかつ流れる強制空気とは対照的に、対流などにより外側形成壁110との関連で熱伝達を増大させる。

各下部フェアリング部材106は、基部103の上部レッジ108上に支持されるように構成される。下部フェアリング部材106は、上部レッジ108上に固定される環状部材を形成するために、例えば、スナップ嵌め、ラッチング、又は他のそのような連結などを通して、互いに連結するように構成される。例えば、各フェアリング部材106の一端部は、隣接するフェアリング部材106の相補的な受容端部に取り外し可能に連結するプラグ部を含んでもよい。4つのフェアリング部材106が示されているが、より多くの又はより少ないフェアリング部材を使用してもよい。例えば、2つ又は3つのフェアリング部材106が、基部103の上縁部108上に支持される環状部材を形成してもよい。代替的に、単一成形リングの形態の単一で一体のフェアリング部材が塔102の周りに延伸してもよい。

形成作業中に、フェアリング部材106は、複合材料が外側形成壁110の周りに巻き付けられたときに、外方に延伸するフランジを複合材料に形成するように構成される下部構造バリアを提供する。複合材料の最終層が外側形成壁の周りに巻き付けられたときに又は巻き付けられた後に、フェアリング部材106を塔102から取り外してもよく、かつ、材料の最終層を、外側形成壁110に直接当接する材料の初期層の真下に押し込んでもよい。任意選択的に、マンドレルアセンブリとマンドレルアセンブリの周りに巻き付けられた複合材料が硬化プロセスにさらされた後に、フェアリング部材106を取り外してもよい。

上部リング104は、（図4に示す）壁144により下縁部142に固定された上部リム140を有する一体部品であってもよい。壁144の深さは、上部リング104の周囲で異なっていてもよい。上部リム140は、壁144から外方に延伸する外周凸部146を含んでもよい。上部リング104は、外側形成壁110の周りに延伸する上部凹部114内に位置決めされるように構成される。例えば、下部レッジ116は、（図4に示す）下縁部142の形状に一致する形状を有する。下部レッジ116は、上部リング104を塔102上に支持する。

作業中に、材料の層がマンドレルアセンブリ100の周りに巻き付けられたときに（又はそのような巻き付け後に）、樹脂などの接着剤は、材料の層の周り又は上を流れてもよい。次いで、硬化装置（例えば、オートクレーブ）などにより、マンドレルアセンブリ100の周りに巻き付けられた複合材料の層を硬化させる。硬化プロセス後に、マンドレルアセンブリ100を硬化装置から取り外してもよく、かつ上部リング104を塔102から取り外してもよい。上部リング104を取り外すことにより、複合材料の多数の層により形成された構成部品がマンドレルアセンブリに治具係止されず、この構成部品をマンドレルアセンブリ100から迅速にかつ容易に取り外すことができる。

図3は、本開示の実施形態による、マンドレルアセンブリ100の一部の周りに固定されたフェアリング部材106の断面斜視図を図示している。図示のように、フェアリング部材106は、基部103の上部レッジ108に当接しかつ上部レッジ108により支持される下表面150を含む。フェアリング部材106はまた、外側形成壁110の下端部の外面154に当接する内面152を含む。追加的に、フェアリング部材106はまた、外面154に密着係合する、シリコーンで形成されたアーチ形の球状シールなどの、シール156を含んでもよい。図示のように、シール156は、周方向溝内に保持されてもよく、フェアリング部材106の上端部近傍の及び／又は上端部の内面152から延伸してもよい。シール156は、樹脂などの接着剤がフェアリング部材106と外側形成壁110との間に入り込むのを防止する。そのようなものとして、シール156は、フェアリング部材106が接着剤により外側形成壁110に付着するのを防止する。

内側リム160は、フェアリング部材106から内方に延伸するとともに、外側形成壁110を通るように形成された相補的スロット溝162内に保持されてもよく、それにより、フェアリング部材106を外側形成壁110に固定する。代替的に、フェアリング部材106は内側リム160を含まなくてもよく、かつ外側形成壁110には相補的スロット溝162がなくてもよい。

図示のように、フェアリング部材106は、外側形成壁110から外方に、例えば直角に延伸する。よって、材料の層が外側形成壁110の周りに巻き付けられたときに、フェアリング部材106は、外方に延伸するフランジ又はリムを形成層に形成する。材料の層が外側形成壁の周りに形成された後に、フェアリング部材106を取り外してもよい。少なくとも1つの実施形態において、各フェアリング部材106は、上で説明したように、隣接するフェアリング部材106に取り外し可能に固定される。任意選択的に、1つ又は複数の締結具などにより、各フェアリング部材106を外側形成壁110に取り外し可能に固定してもよい。

図4は、本開示の実施形態による、上部リング104の底面斜視図を図示している。図5は、本開示の実施形態による、上部リング104の側面図を図示している。図4及び図5を参照すると、壁144は、相応の大きさ及び形状とされる第1の端部を有する、音響入口バレルなどの、構成部品を形成するために、一方側170が他方側172よりもより高く又はより深くてもよい。例えば、音響入口バレルは、第1の円弧形状の砂時計形断面を有する一方側又は一方の端部と、第1の円弧形状と異なる第2の円弧形状の砂時計形断面を有する反対側端部とを有してもよい。よって、音響入口バレルは、中心長手方向軸線に関して非対称であってもよい。

図示のように、上端部178が存在する平面176は、下端部182が存在する平面180に対して非平行であってもよい。よって、例えば、開口部の形状が長円形又は楕円形となるように上縁部と下縁部と又は上端部178と下端部182が上部リング104の中心長手方向軸線183に対して角度が付けられたときに、上縁部と下縁部と又は上端部178と下端部182とによりそれぞれ画定される開口部は、非円形であってもよい。代替的に、端部178及び182の一方又は両方を、長手方向軸線183と整列させ、長手方向軸線183に対して角度付けしなくてもよい（例えば、上部リング104が、互いに平行である端部を通るように形成された上部開口部と下部開口部とを有する円筒状スリーブを形成してもよい）。追加的に、又は代替的に、端部178及び182は、非平面の開口部（単一平面内に存在しない屈曲又は湾曲した開口部など）を画定してもよい。

上部リング104は、厚肉部187に連結する薄肉部185を有する蛇行形状を形成してもよい。その形状は、頭部と尾部が中央部よりも薄肉である、蛇の体に類似する点で蛇行状である。上部リング104の厚さが、薄肉部185と厚肉部187との間で均一に又は非均一に増大していてもよい。

図4に示すように、壁144の内面190は、空洞194、室、インサートなどの多数の熱的特徴部を画定するために協働する壁、リブなどの多数の構造支持体192を有する、ハニカム構造などの、格子パターン又はメッシュパターンを含んでもよい。上部リング104が（図1及び図2に示す）塔102に固定されたときに、空洞194が、さもなければ外側形成壁110に接触する構造の欠けた、凹部領域などの、熱的特徴部を提供する一方で、構造支持体192は、（図1及び図2に示す）外側形成壁110を壁144に直接連結してもよい。このように、上部リング104の重量及び熱質量が低減されるが、構造支持体192を通して伝導熱伝達が生じる。そのようなものとして、上部リング104の熱伝達特性が維持される一方で、上部リング104の質量及び重量が低減される。代替的に、構造支持体192は、外側形成壁110に直接接触しなくてもよい。

ハニカムパターン以外の種々の他の形状及び大きさとして格子パターン又はメッシュパターンを形成してもよい。例えば、構造支持体192が、正方形、矩形、三角形、円形などの空洞194を形成してもよい。

上部リング104はまた、上端部178から外方に延伸する、ループ、ハトメ、輪、スタッド、棘、留め具、ラッチなどの、1つ又は複数の取出し用凸部200を含んでもよい。取出し用凸部200は、以下に説明するように、塔102から上部リング104を取り外すために使用されるように構成される取出器の取出し用突出部の終端部を受けるように構成される。

図6は、本開示の実施形態による、マンドレルアセンブリ100の周りに巻き付けられた、音響入口バレルなどの、構成部品250の斜視図を図示している。フェアリング部材106は、上部リング104が構成部品250の外方に湾曲した上端部254を提供する一方で、構成部品250の下部フランジ252を形成する下部バリアを提供する。

図7は、本開示の実施形態による、マンドレルアセンブリ100の外側形成壁110に固定された上部リング104に当接する構成部品250の断面斜視図を図示している。上部リング104の構造支持体194は、塔102の外側形成壁110に接触する。構造支持体194を通して外側形成壁110から上部リング104の外側表面に熱を伝達してもよく、その結果、樹脂などの接着剤と一緒に層を硬化させるために、構成部品250に熱を伝達してもよい。上部リム140は、構成部品の上端部254を外方に湾曲させるように、マンドレルアセンブリ100から径方向外方に突出する。上端部254は、下部フランジ252（図示せず）に向かって延伸するテーパ部に連結してもよい。構成部品を形成する材料の層がマンドレルアセンブリ100の周りに巻き付けられるときに及び／又は硬化プロセス中に、接着剤が構成部品250から上部リング104と塔102との間に流れないように、環状シリコーンリングなどのシール270が下部レッジ116に密着係合してもよい。

図8は、本開示の実施形態による、構成部品250の壁290の軸方向断面図を図示している。図7及び図8を参照すると、上端部254は、構成部品250の中心軸線292から離れるように外方に湾曲している。上部リング104は（図7に示すように）、上端部254に外側湾曲部を提供する。上端部254は、上部リム140の直径よりも小さい直径を有する外側形成壁110の主要部に当接することにより形成される内方に湾曲したセクション294に向かってテーパ状となる。セクション294は、中央部296から下部フランジ252に向かって外方に湾曲していてもよく、この下部フランジ252は、（図1及び図2に示す）フェアリング部材106により形成される。よって、壁290を、上部リング104の形状に基づいた異なる湾曲度を有する部分を備えた砂時計形状に形成してもよい（よって、構成部品250は中心軸線292に関して非対称であってもよい）。代替的に、上部リング104を、（構成部品250が中心軸線292に関して対称となるように）構成部品250に全体として均一な砂時計形の断面形状を与えるような均一な形状としてもよい。

図9は、本開示の実施形態による、硬化装置300上に支持される、マンドレルアセンブリ100の周りに巻き付けられた構成部品250の上面斜視図を図示している。構成部品250がマンドレルアセンブリ100の周りに完全に巻き付けられた後に、硬化装置300を動作させて、樹脂などの接着剤が構成部品250の複合層を互いに確実に連結するように、構成部品250を硬化させる。硬化装置300は、ヒータと送風機とを収容するハウジング302を含んでもよい。ハウジング302は、マンドレルアセンブリ100を支持する台座304に連結される。

図10は、本開示の実施形態による、硬化装置300上に支持されたマンドレルアセンブリ100の底面図を図示している。台座304は、例えば、横梁308により互いに連結する支持脚306を含んでもよい。バリアパネル310は、梁308上に支持されるとともに、マンドレルアセンブリ100の（例えば、図1に示す）中央通路130を覆う。明確にする目的で、バリアパネル310の真下の硬化装置300の底壁は、硬化装置300の内部構成部品を示すために視界から隠されている。代替的に、音響入口バレルなどの構成部品を硬化させるために、マンドレルアセンブリ100と協働するように種々の他の硬化装置を使用してもよい。例えば、マンドレルアセンブリ100を硬化炉の内部室内に配置してもよい。

図11は、硬化装置300上に支持されたマンドレルアセンブリ100の断面斜視図を図示している。図10及び図11を参照すると、ハウジング302は、バリアパネル310の周りに形成された流路322と流体連通した状態にありかつ内側ライナジャケット128と外側形成壁110との間に画定されたダクト132と連通した状態にあるガス出口303を含む。よって、硬化装置300からの加熱されたガスは、ダクト132に直接導かれ、バリアパネル310により中央通路130への進入が阻止される。そのようなものとして、加熱されたガスを、構成部品250が巻き付けられる外側形成壁110の内面に効率良く誘導しかつ集中させ（図9を参照）、それにより効率的な硬化をもたらす。

図12は、本開示の実施形態による、マンドレルアセンブリ100から上部リング104を取り外す取出器400の上面斜視図を図示している。硬化プロセス後に、取出器400を上部リング104と整列させ、その結果、上で説明したように、突出部402が取出し用凸部200に係合する。突出部402が取出し用凸部200に確実に係合した後に、取出器400が、矢印410の方向に上方に持ち上げられ、それにより、マンドレルアセンブリ100から上部リング104を取り外す。

図13は、本開示の実施形態による、マンドレルアセンブリ100の塔102から構成部品250を取り外す取出器400の上面斜視図を図示している。図12に関して示しかつ説明するように、上部リング104が取り外された後に、（例えば、図1及び図2に示す）フェアリング部材106を塔102から取り外してもよい。延在部420を取出器400の突出部402に固定してもよい。延在部420は、構成部品250の下部フランジ254の真下に位置決めされる、内方に延伸するプラットフォーム、タブ、パネル、梁などの、係合端部422を含んでもよい。下部フランジ254が係合端部422により支持された時点で、取出器400が、矢印410の方向に上方に持ち上げられて、塔102から構成部品250を取り外す。そのようなものとして、音響入口バレルなどの、構成部品250を完全に形成してマンドレルアセンブリ100から取り外してもよい。例えば、航空機エンジンのハウジング内における許容可能な公差での確実な嵌合を提供するために、形成作業後に、構成部品250の一部を機械加工してもよい。

図14は、本開示の実施形態による、航空機エンジン500の内部図を図示している。航空機エンジン500は、ファン504を保持する主ハウジング502と、エンジン506と、航空機エンジン500の吸気口510近傍に位置決めされた、音響入口バレルなどの、構成部品250とを含む。

図15は、本開示の実施形態による、航空機エンジンのハウジングに及び／又はハウジング内に固定されるように構成される、音響入口バレルなどの、構成部品を形成する方法のフローチャートを図示している。この方法は、上部リングがマンドレルアセンブリの塔の上部に取り外し可能に固定される、600で開始する。

602において、フェアリング部材が、マンドレルアセンブリの塔の下部に取り外し可能に固定される。代替的に、602を省略してもよい。マンドレルアセンブリは、取り外し可能なフェアリング部材を含まなくてもよい。

604において、複合材料の1つ又は複数の層が、外側形成壁と上部リングの少なくとも一部との周りに巻き付けられる。606において、下部フランジを形成するために、材料の一部がフェアリング部材近傍の塔の周りに巻き付けられる。しかしながら、マンドレルアセンブリがフェアリング部材を含まない場合には、606が省略される。

608において、マンドレルアセンブリの周りに固定される音響入口バレルを形成するために、マンドレルアセンブリの周りに巻き付けられた複合材料の層を硬化させる。610において、フェアリング部材が、存在する場合には、塔から取り外され、それにより、形成された音響入口バレルの下部フランジを露出させる。612にて、上部リングが塔から取り外され、それにより、音響入口バレルの上部をマンドレルアセンブリから外す。上部リングが取り外された後に、614において、形成された音響バレルが塔から取り外される。航空機エンジンのハウジングとの確実な嵌合を提供するために、取り外された時点で、形成された音響バレルの一部を機械加工してもよい。

図1〜図15を参照すると、本開示の実施形態は、音響入口バレルなどの構成部品が、連結継ぎ目、接合部などのない単一の一体部品として形成されることを可能にするように構成されるマンドレルアセンブリを提供する。取り外し可能な上部リングは、形成された構成部品がマンドレルアセンブリに治具係止されないことを確実にする。

上で説明したように、本開示の実施形態は、巻き付けられた複合材料から、音響入口バレルなどの、構成部品を効率良く形成するシステム及び方法を提供する。本開示の実施形態は、例えば、航空機のエンジンアセンブリ用の音響入口バレルを、正確に、迅速にかつ繰り返し形成するように構成されるマンドレルアセンブリを提供する。本開示のある特定の実施形態は、音響材料が材料外層の間に挟まれる円筒状の挟持部材などの、複雑な非対称形状（非対称な砂時計形状など）の構成部品を正確に、迅速にかつ繰り返し積層するように構成されるマンドレルアセンブリを提供する。

本開示の実施形態を説明するために、上部、底部、下部、中間、側部、水平、垂直、正面などの、種々の空間的及び方向的な用語が使用される場合があるが、このような用語は、図面に示す向きに対して使用されるに過ぎないことが理解される。上部が下部であり、その逆もまた同様であり、水平が垂直になるなどのように、それらの向きを反転させるか、回転させるか、又はさもなければ変更してもよい。

本明細書で使用する場合、仕事又は作業を実行する「ように構成される」構造、限定、又は要素は、仕事又は作業に対応するように、特に構造的に形成され、構築され、又は適合される。明確にしかつ疑念を回避する目的で、仕事又は作業を実行するために単に修正されることが可能である対象物は、本明細書で使用する場合、仕事又は作業を実行する「ように構成され」ない。

上記の説明は、例示的であり、限定的ではないように意図されることを理解されたい。例えば、上で説明した実施形態（及び／又はそれらの態様）は、互いに組み合わせて使用してもよい。加えて、本開示の種々の実施形態の教示に特定の状況又は材料を適合させるために、それら実施形態の範囲から逸脱することなく、多くの修正を行うことができる。本明細書で説明した材料の寸法及び種類は本開示の種々の実施形態のパラメータを規定するように意図されているが、それら実施形態は決して限定的なものではなく、例示的な実施形態である。上記の説明を検討することにより、多くの他の実施形態が当業者に明らかになるであろう。したがって、本開示の種々の実施形態の範囲は、添付の特許請求を、かかる特許請求の範囲が権利を与えられる等価物の全範囲とともに参照して、決定されるべきである。添付の特許請求の範囲では、「を含む（including）」及び「ようになった（in which）」という用語を、「を備える（comprising）」及び「であるところの（wherein）」という対応する用語に対する平易な英語での等価表現として使用している。その上、「第1」、「第2」、及び「第3」などの用語を単に標示として使用しており、それらの対象に対して数値的要件又は位置的要件を課すことを意図するものではない。更に、以下の特許請求の範囲の限定は手段プラス機能形式で記載されておらず、また米国特許法第112条に基づいて解釈されるように意図したものでもない（ただし、本特許請求の範囲の限定によって「のための手段（means for）」の表現に続いて追加的な構造に関する機能排除の記述を明示的に用いる場合を除く）。

更に、本開示は以下の条項による実施形態を含む。

条項1
構成部品を形成するために複合材料の1つ又は複数の層を受けるように構成されたマンドレルアセンブリであって、
中央通路を取り囲む外側形成壁を有する塔と、
前記塔に取り外し可能に固定された上部リングとを備え、
前記上部リングは、複合材料の前記1つ又は複数の層が前記外側形成壁と前記上部リングの少なくとも一部との周りに巻き付けられた後に前記塔から取り外されるように構成され、かつ複合材料の前記1つ又は複数の層で形成された前記構成部品は、前記上部リングが前記塔から取り外された後に前記塔から取り外されるように構成される、マンドレルアセンブリ。

条項2
前記上部リングが、前記外側形成壁の一部に密着係合する少なくとも1つのシールを備える、条項1に記載のマンドレルアセンブリ。

条項3
前記上部リングが、前記外側形成壁から離れるように外方に延伸する、条項1又は2に記載のマンドレルアセンブリ。

条項4
前記上部リングと前記塔が、前記構成部品に砂時計形の断面形状を形成するような形状とされる、条項1から3のいずれか一項に記載のマンドレルアセンブリ。

条項5
前記中央通路の周りの前記外側形成壁の内部に固定された内部ライナジャケットを更に備え、ダクトが前記内部ライナジャケットと前記外側形成壁との間に画定され、かつ前記ダクトが硬化ガスを受け入れるように構成される、条項1から4のいずれか一項に記載のマンドレルアセンブリ。

条項6
前記上部リングが、上部開口部を画定する上端部と、下部開口部を画定する下端部とを備え、前記上部開口部と前記下部開口部が非平行である、条項1から5のいずれか一項に記載のマンドレルアセンブリ。

条項7
前記上部リングが、上部開口部を画定する上端部と、下部開口部を画定する下端部とを備え、前記上部開口部と前記下部開口部の一方又は両方が非平面である、条項1から6のいずれか一項に記載のマンドレルアセンブリ。

条項8
前記上部リングが、厚肉部に連結する薄肉部を含む、条項1から7のいずれか一項に記載のマンドレルアセンブリ。

条項9
前記上部リングの内面の少なくとも一部が、格子パターンを画定する複数の熱的特徴部を画定する複数の構造支持体を含む、条項1から8のいずれか一項に記載のマンドレルアセンブリ。

条項10
前記塔に取り外し可能に固定された1つ又は複数のフェアリング部材を更に備え、前記1つ又は複数のフェアリング部材は、前記上部リングと前記1つ又は複数のフェアリング部材が前記塔に固定されたときに前記上部リングから離間している、条項1から9のいずれか一項に記載のマンドレルアセンブリ。

条項11
前記1つ又は複数のフェアリング部材の各々は、前記1つ又は複数のフェアリング部材が前記塔に固定されたときに前記外側形成壁の一部に密着係合する少なくとも1つのシールを備える、条項10に記載のマンドレルアセンブリ。

条項12
複合材料の1つ又は複数の巻付け層により構成部品を形成するためのシステムであって、前記システムが、
前記複合材料の前記1つ又は複数の巻付け層を受けるように構成されたマンドレルアセンブリであって、（a）中央通路を取り囲む外側形成壁を有する塔と、（b）前記塔に取り外し可能に固定された上部リングとを備え、前記上部リングは、複合材料の前記1つ又は複数の層が前記外側形成壁と前記上部リングの少なくとも一部との周りに巻き付けられた後に前記塔から取り外されるように構成され、かつ前記複合材料の前記1つ又は複数の層で形成された前記構成部品は、前記上部リングが前記塔から取り外された後に前記塔から取り外されるように構成される、マンドレルアセンブリと、
前記マンドレルアセンブリを支持する台座を備える硬化装置であって、前記構成部品を形成するために前記マンドレルアセンブリの周りに巻き付けられた前記複合材料の前記1つ又は複数の巻付け層を硬化させるように構成される硬化装置と、
前記硬化装置が前記1つ又は複数の巻付け層を硬化させた後に前記塔から前記上部リングを取り出すように構成された取出器であって、前記上部リングが前記塔から取り出された後に前記マンドレルアセンブリから前記構成部品を取り出すように更に構成される取出器と
を備える、システム。

条項13
前記上部リングが、前記外側形成壁の一部に密着係合する少なくとも1つのシールを備える、条項12に記載のシステム。

条項14
前記上部リングが、前記外側形成壁から離れるように径方向外方に延伸する、条項12又は13に記載のシステム。

条項15
前記上部リングと前記塔が、前記構成部品に砂時計形の断面形状を形成するような形状とされる、条項12から14のいずれか一項に記載のシステム。

条項16
前記マンドレルアセンブリが、前記中央通路の周りの前記外側形成壁の内部に固定された内部ライナジャケットを更に備え、ダクトが前記内部ライナジャケットと前記外側形成壁との間に画定され、前記ダクトが前記硬化装置から硬化ガスを受け入れるように構成される、条項12から15のいずれか一項に記載のシステム。

条項17
前記上部リングが、厚肉部に連結する薄肉部を含む、条項12から16のいずれか一項に記載のシステム。

条項18
前記上部リングの内面の少なくとも一部が、格子パターンを画定する複数の熱的特徴部を画定する複数の構造支持体を含む、条項12から17のいずれか一項に記載のシステム。

条項19
前記マンドレルアセンブリが、前記塔に取り外し可能に固定された1つ又は複数のフェアリング部材を更に備え、前記1つ又は複数のフェアリング部材は、前記上部リングと前記1つ又は複数のフェアリング部材が前記塔に固定されたときに前記上部リングから離間しており、1つ又は複数のフェアリング部材の各々は、1つ又は複数のフェアリング部材が塔に固定されたときに前記外側形成壁の一部に密着係合する少なくとも1つのシールを備える、条項12から18のいずれか一項に記載のシステム。

条項20
構成部品を形成するための方法であって、
上部リングをマンドレルアセンブリの塔の上部に取り外し可能に固定するステップと、
複合材料の1つ又は複数の層を前記マンドレルアセンブリの前記外側形成壁と前記上部リングの少なくとも一部との周りに巻き付けるステップと、
前記構成部品を形成するために前記マンドレルアセンブリの周りに巻き付けられた前記1つ又は複数の層を硬化させるステップと、
前記硬化作業後に前記塔から前記上部リングを取り外すステップと、
前記上部リングが前記塔から取り外された後に前記塔から前記構成部品を取り外すステップと
を含む方法。

条項21
前記巻付け作業前に1つ又は複数のフェアリング部材を前記マンドレルアセンブリの前記塔の下部に取り外し可能に固定するステップであって、前記巻付け作業が更に、下部フランジを形成するために複合材料の前記1つ又は複数の層の一部を前記1つ又は複数のフェアリング部材近傍の前記塔の周りに巻き付けるステップを含む、固定するステップと、
前記硬化作業後に前記塔から1つ又は複数のフェアリング部材を取り外すステップと
を更に含む、条項20に記載の方法。

本明細書では、最良の形態を含めて本開示の種々の実施形態を開示するとともに、任意の装置又はシステムの製造及び使用並びに任意の包含される方法の実行を含めて、当業者が本開示の種々の実施形態を実施できるようにするために、例を用いる。本開示の種々の実施形態の特許可能な範囲は、特許請求の範囲により定義され、当業者が想到する他の例を含んでもよい。そのような他の例は、それら例が特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有する場合、又は、それら例が特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合に、特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図される。

100 マンドレルアセンブリ
102 塔
103 基部
104 上部リング
106 フェアリング部材
108 上縁部
108 基部
108 上部レッジ
110 外側形成壁
112 上部リム
114 上部凹部
116 下部レッジ
118 深さ
120 一方側
122 深さ
124 反対側
125 支持構造
128 内部ライナジャケット
130 中央通路
132 ダクト
134 ガス出口流路
136 周縁リム
140 上部リム
142 下縁部
144 壁
146 外周凸部
150 下表面
152 内面
154 外面
156 シール
160 内側リム
162 相補的スロット溝
170 一方側
172 他方側
176 平面
178 上端部
180 平面
182 下端部
183 長手方向軸線
185 薄肉部
187 厚肉部
190 内面
192 構造支持体
194 空洞
194 構造支持体
200 取出し用凸部
250 構成部品
252 下部フランジ
254 上端部
254 下部フランジ
270 シール
290 壁
292 中心軸線
294 セクション
296 中央部
300 硬化装置
302 ハウジング
303 ガス出口
304 台座
306 支持脚
308 横梁
310 バリアパネル
322 流路
400 取出器
402 突出部
410 矢印
420 延在部
422 係合端部
500 航空機エンジン
502 主ハウジング
504 ファン
506 エンジン
510 吸気口

Claims (12)

1. 構成部品（250）を形成するために複合材料の1つ又は複数の層を受けるように構成されたマンドレルアセンブリ（100）であって、
   塔（102）であって、前記塔（102）の周囲で延在する上部レッジ（108）を有する基部（103）と、前記上部レッジ（108）から上方に延伸すると共に、傾斜した上部リム（112）に連結された外側形成壁（110）とを含み、前記外側形成壁（110）は中央通路（130）を取り囲み、前記外側形成壁（110）は、前記外側形成壁（110）の周りに巻き付く下部レッジ（116）によって画定される上部凹部（114）を備え、前記下部レッジ（116）は前記外側形成壁（110）の周りに、変化する深さを有する、塔（102）と、
   前記塔（102）に取り外し可能に固定された上部リング（104）であって、前記上部リング（104）は、異なる高さを有する壁（144）を介して下縁部（142）に固定された上部リム（140）を含み、前記上部リング（104）は、前記外側形成壁（110）の周りの前記上部凹部（114）内に配置されるよう構成されており、前記外側形成壁（110）の前記下部レッジ（116）は前記上部リング（104）の前記下縁部（142）の形状に一致する形状を有し、前記下部レッジ（116）は前記塔（102）上に前記上部リング（104）を支持する、上部リング（104）と、を備え、
   前記上部リング（104）は、複合材料の前記1つ又は複数の層が前記外側形成壁（110）と前記上部リング（104）の少なくとも一部との周りに巻き付けられた後に前記塔（102）から取り外されるように構成され、かつ複合材料の前記1つ又は複数の層で形成された前記構成部品（250）は、前記上部リング（104）が前記塔（102）から取り外された後に前記塔（102）から取り外されるように構成され、前記上部リング（104）が、上部開口部を画定する上端部（178）と、下部開口部を画定する下端部（182）とを備え、前記上部開口部と前記下部開口部の一方又は両方が非平面である、マンドレルアセンブリ（100）。
2. 前記上部リング（104）が、前記外側形成壁（110）の一部に密着係合する少なくとも1つのシール（156）を備える、請求項1に記載のマンドレルアセンブリ（100）。
3. 前記上部リング（104）が、前記外側形成壁（110）から離れるように外方に延伸する、請求項1又は2に記載のマンドレルアセンブリ（100）。
4. 前記上部リング（104）と前記塔（102）とが、前記構成部品（250）に砂時計形の断面形状を形成するような形状とされる、請求項1から3のいずれか一項に記載のマンドレルアセンブリ（100）。
5. 前記中央通路（130）の周りの前記外側形成壁（110）の内部に固定された内部ライナジャケット（128）を更に備え、ダクト（132）が前記内部ライナジャケット（128）と前記外側形成壁（110）との間に画定され、かつ前記ダクト（132）が硬化ガスを受け入れるように構成される、請求項1から4のいずれか一項に記載のマンドレルアセンブリ（100）。
6. 前記上部リング（104）が、上部開口部を画定する上端部（178）と、下部開口部を画定する下端部（182）とを備え、前記上部開口部と前記下部開口部が非平行である、請求項1から5のいずれか一項に記載のマンドレルアセンブリ（100）。
7. 前記上部リング（104）が、厚肉部に連結する薄肉部を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載のマンドレルアセンブリ（100）。
8. 前記上部リング（104）の内面（152）の少なくとも一部が、格子パターンを画定する複数の熱的特徴部を画定する複数の構造支持体（192）を含む、請求項1から7のいずれか一項に記載のマンドレルアセンブリ（100）。
9. 前記塔（102）に取り外し可能に固定された1つ又は複数のフェアリング部材（106）を更に備え、前記1つ又は複数のフェアリング部材（106）は、前記上部リング（104）と前記1つ又は複数のフェアリング部材（106）が前記塔（102）に固定されたときに前記上部リング（104）から離間している、請求項1から8のいずれか一項に記載のマンドレルアセンブリ（100）。
10. 前記1つ又は複数のフェアリング部材（106）の各々は、前記1つ又は複数のフェアリング部材（106）が前記塔（102）に固定されたときに前記外側形成壁（110）の一部に密着係合する少なくとも1つのシール（156）を備える、請求項9に記載のマンドレルアセンブリ（100）。
11. 構成部品（250）を形成するための方法であって、
    上部リング（104）をマンドレルアセンブリ（100）の塔（102）の上部に取り外し可能に固定するステップであって、前記塔（102）は、前記塔（102）の周囲で延在する上部レッジ（108）を有する基部（103）と、前記上部レッジ（108）から上方に延伸すると共に、傾斜した上部リム（112）に連結された外側形成壁（110）とを含み、前記外側形成壁（110）は中央通路（130）を取り囲み、前記外側形成壁（110）は、前記外側形成壁（110）の周りに巻き付く下部レッジ（116）によって画定される上部凹部（114）を備え、前記下部レッジ（116）は前記外側形成壁（110）の周りに、変化する深さを有し、前記上部リング（104）は、異なる高さを有する壁（144）を介して下縁部（142）に固定された上部リム（140）を含み、前記上部リング（104）は、前記外側形成壁（110）の周りの前記上部凹部（114）内に配置されるよう構成されており、前記外側形成壁（110）の前記下部レッジ（116）は前記上部リング（104）の前記下縁部（142）の形状に一致する形状を有し、前記下部レッジ（116）は前記塔（102）上に前記上部リング（104）を支持し、前記上部リング（104）が、上部開口部を画定する上端部（178）と、下部開口部を画定する下端部（182）とを備え、前記上部開口部と前記下部開口部の一方又は両方が非平面であるステップと、
    複合材料の1つ又は複数の層を前記マンドレルアセンブリ（100）の外側形成壁（110）と前記上部リング（104）の少なくとも一部との周りに巻き付けるステップと、
    前記構成部品（250）を形成するために前記マンドレルアセンブリ（100）の周りに巻き付けられた前記1つ又は複数の層を硬化させるステップと、
    硬化作業後に前記塔（102）から前記上部リング（104）を取り外すステップと、
    前記上部リング（104）が前記塔（102）から取り外された後に前記塔（102）から前記構成部品（250）を取り外すステップと
    を含む方法。
12. 巻付け作業前に1つ又は複数のフェアリング部材（106）を前記マンドレルアセンブリ（100）の前記塔（102）の下部に取り外し可能に固定するステップであって、前記巻付け作業が更に、下部フランジ（252）を形成するために複合材料の前記1つ又は複数の層の一部を前記1つ又は複数のフェアリング部材（106）近傍の前記塔（102）の周りに巻き付けるステップを含む、固定するステップと、
    前記硬化作業後に前記塔（102）から1つ又は複数のフェアリング部材（106）を取り外すステップと
    を更に含む、請求項11に記載の方法。

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