JP6784523B2

JP6784523B2 - ピン留めされた胴体と翼の連結

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Publication number: JP6784523B2
Application number: JP2016131400A
Authority: JP
Inventors: ブランコラキック，; デーヴィッドエイチ．リーボフ，
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2015-07-13
Filing date: 2016-07-01
Publication date: 2020-11-11
Anticipated expiration: 2036-07-01
Also published as: AU2016202359A1; KR102488781B1; KR20170008146A; CA2927577C; AU2016202359B2; US20170015402A1; CN106347629A; EP3118104B1; CA2927577A1; JP2017047879A; EP3118104A1; CN106347629B; US10106240B2

Description

飛行の際に航空機の翼に加えられる空気力学的な力は、翼が、主として垂直に曲がり、前方に回転することをもたらす。大きなジェット旅客機では、これらの翼の曲げたわみは、胴体に望ましくない荷重を引き起こし、翼と胴体が共に接合されるところ（翼と胴体の連結部）で効率的な設計を行うことの困難さを生み出す。これらの力は、主として航空機の垂直、横、及び軸方向において胴体に作用する。更に、垂直の力は、曲げモーメントを生み出す。翼と胴体の連結部における更なる胴体荷重が、胴体内の圧力の変化によって生み出される。

「固い」翼と胴体の連結は、全ての翼の曲げたわみを連結インターフェースにおいて胴体構成要素に伝達するように設計され得る。結果として、これらの設計は、胴体構成要素が翼と調和して回転し曲がることをもたらす。その代わりに、翼が胴体から独立して曲がることができるように、「従順な（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）」翼と胴体の連結が、翼の曲げたわみを伝達することなしに、垂直、横、軸荷重を伝達するように設計され得る。

従順な設計は、歴史的に見て、２、３の孤立した複雑な機械的リンケージ及び／又はピンを使用してきた。しかし、これらの設計は、２、３の離散した翼と胴体の連結位置において集中する大きな荷重を支持するために、重い翼及び胴体構造を必要とする。

これらの重い構造は、航空機に重量を追加する。追加された重量は、燃料消費及び他の航空機運航コストを増加させる。

航空機は、胴体、翼アセンブリ、並びに、前方ピン接合部、後方ピン接合部、及び前方ピン接合部と後方ピン接合部との間の中間ピン接合部を含む、ピン留めされた胴体と翼の連結部を備える。中間ピン接合部は、軸方向において一直線に整列されたピンを有し、翼アセンブリから胴体へ軸荷重を伝達することなしに、軸方向に沿ってスライドするように構成される。前方ピン接合部と後方ピン接合部のうちの少なくとも一方は、軸方向に沿った移動を妨げるように拘束されている。

航空機の翼と胴体の連結部は、前方ピン接合部、後方ピン接合部、及び前方ピン接合部と後方ピン接合部との間の複数の中間ピン接合部を備える。中間ピン接合部は、軸方向において一直線に整列されたピンを有し、軸荷重を伝達することなしに、軸方向に沿ってスライドするように構成される。前方ピン接合部と後方ピン接合部のうちの少なくとも一方は、軸方向に沿った移動を妨げるように拘束されている。

航空機の翼と胴体の連結部は、翼と胴体との間に、前方ピン接合部、後方ピン接合部、複数の中間ピン接合部を備え、更にシャプレート（ｓｈｅａｒｐｌａｔｅ）を備える。ピン接合部の全ては、ｐ軸に沿って一直線に整列されたピンを有する。各ピンは、翼が、連結部において胴体に対する回転たわみを引き起こすことなしに曲がることを可能にする。後方ピン接合部は、ｐ軸に沿った移動を妨げるように拘束されている。シャプレートは、ｐ軸周りの回転のために柔軟であり、軸荷重を胴体へ伝達するように構成されている。

航空機は、胴体、翼アセンブリ、及び、翼アセンブリがピン留めされた連結部において胴体に対する回転たわみを引き起こすことなしに曲がることを可能にする、胴体のアウトボード（ｏｕｔｂｏａｒｄ）の複数のピン接合部を含む、ピン留めされた胴体と翼の連結部を備える。

これらの特徴および機能は、様々な実施形態において単独で達成されてよく、又は他の実施形態において組み合わされ得る。実施形態の更なる詳細は、下記の説明及び図面を参照することで理解可能である。

更に、本開示は下記の条項による実施形態を含む。
条項１
航空機の翼と胴体の連結部であって、前記翼と前記胴体との間に、前方ピン接合部、後方ピン接合部、複数の中間ピン接合を備え、更にシャプレートを備え、前記ピン接合部の全てがｐ軸に沿って一直線に整列されたピンを有し、各ピンが前記翼が前記連結部において前記胴体に対する回転たわみを引き起こすことなしに曲がることを可能にし、前記後方ピン接合部が前記ｐ軸に沿った移動を妨げるように拘束されており、前記シャプレートが、前記ｐ軸周りの回転のために柔軟であり、軸荷重を前記胴体へ伝達するように構成されている、連結部。
条項２
前記ピン接合部の全てが、翼の上側表面と前記胴体との間に配置されている、条項１に記載の連結部。
条項３
胴体、翼アセンブリ、及び、前記翼アセンブリが、ピン留めされた胴体と翼の連結部において前記胴体に対する回転たわみを引き起こすことなしに曲がることを可能にする、前記胴体のアウトボードの複数のピン接合部を含む、前記ピン留めされた胴体と翼の連結部を備える、航空機。
条項４
航空機の翼と胴体の連結部であって、前方ピン接合部、後方ピン接合部、及び前記前方ピン接合部と前記後方ピン接合部との間の複数の中間ピン接合部を備え、前記中間ピン接合部が、軸方向において一直線に整列されたピンを有し、軸荷重を伝達することなしに前記軸方向に沿ってスライドするように構成され、前記前方ピン接合部と前記後方ピン接合部のうちの少なくとも一方が、前記軸方向の沿った移動を妨げるように拘束されている、連結部。
条項５
シャプレートが、前記軸方向に延在し、前記ピン接合部に及ぶ、条項４に記載の連結部。
条項６
胴体、翼アセンブリ、並びに、前方ピン接合部、後方ピン接合部、及び前記前方ピン接合部と前記後方ピン接合部との間の中間ピン接合部を含む、ピン留めされた胴体と翼の連結部を備え、前記中間ピン接合部が、軸方向において一直線に整列されたピンを有し、前記翼アセンブリから前記胴体へ軸荷重を伝達することなしに軸方向に沿ってスライドするように構成され、前記前方ピン接合部と前記後方ピン接合部のうちの少なくとも一方が、前記軸方向に沿った移動を妨げるように拘束されている、航空機。
条項７
前記前方、中間、及び後方ピン接合部が、前記胴体のアウトボードにある、条項６に記載の航空機。

航空機の図である。航空機のためのピン留めされた胴体と翼の連結部の一実施例である。胴体と翼の連結部のピン接合部に作用する荷重の図である。ピン留めされた胴体と翼の連結部のための異なるピン接合部の図である。ピン留めされた胴体と翼の連結部のための異なるピン接合部の図である。ピン留めされた胴体と翼の連結部のための異なるピン接合部の図である。シャプレートを含むピン留めされた胴体と翼の連結部の図である。

図１を参照すると、胴体１２０、翼アセンブリ１３０、及び尾部１４０を含む航空機１１０が示されている。胴体１２０は、フープ形状（ｈｏｏｐ‐ｓｈａｐｅｄ）のフレームと補強材の集合体などの、外板及び補強下部構造を含む。

胴体１２０は、以下のグローバル（Ｘ‐Ｙ‐Ｚ）直交座標系を有し、それは、どの（航空機１１０上のいずれかの）ポイントが考慮されているかにかかわらず、その方向付けを変化させない。

Ｘ軸＝ノーズからテールまでの軸方向であり、胴体１２０の円筒部分の回転軸である。

Ｙ軸＝胴体１２０の中間から右翼先端へ向かう横方向である。

Ｚ軸＝（直線的且つ水平に飛行しているときに）上を指す垂直方向である。

翼アセンブリ１３０は、主翼ボックス、前縁、及び後縁を含み得る。主翼ボックスは、前桁及び後桁、並びに桁の間の複数のリブを含む。桁は翼長方向へ延在し、リブは翼弦方向へ延在する。リブは、本体側のリブ（ｓｉｄｅｏｆｂｏｄｙｒｉｂ）を含み、それらは、翼アセンブリ１３０の胴体１２０との連結部において又は連結部の近くに配置される。主翼ボックスは、ストリンガも含み得る。主翼ボックスは、桁及びリブを覆う外板を更に含む。外板は、上側外板パネル及び下側外板パネルを含み得る。翼アセンブリ１３０は、後退翼構成を有し得るが、後退翼構成に限定されるものではない。

翼アセンブリ１３０は、ピン留めされた胴体と翼の連結部１５０によって、胴体１２０に連結される。航空機１１０の飛行の間に、翼アセンブリ１３０上の空気力学的な力は、主として航空機の軸、横、及び垂直方向において、胴体と翼の連結部１５０における荷重を生み出す。胴体と翼の連結部１５０における更なる胴体荷重が、胴体１２０内の圧力によってもたらされる胴体の変形、及びフレームの曲げによって生み出される。胴体と翼の連結部１５０における曲げモーメントは、翼の曲げ及び胴体の変形を含む、幾つかの要因によって生み出される。ピン留めされた胴体と翼の連結部１５０は、垂直、横、及び軸荷重を胴体１２０に伝達するが、翼アセンブリ１３０が胴体１２０に対して回転たわみを伝達することなしに曲がることを可能にする。

図２を参照すると、航空機１１０の左側においてピン留めされた胴体と翼の連結部１５０が示されている（もう一つの胴体と翼の連結部１５０は、航空機１１０の右側に設けられる）。胴体と翼の連結部１５０は、前方ピン接合部２１０、後方ピン接合部２３０、及び複数の中間ピン接合部２２０を含む。各ピン接合部２１０、２２０、及び２３０は、翼アセンブリ１３０の離散した位置を胴体１２０のフレームに連結する。

中間ピン接合部２２０は、前桁と後桁との間の翼アセンブリ１３０に取り付けられる。例えば、各中間ピン接合部２２０は、翼アセンブリ１３０の本体側のリブに取り付けられる。中間ピン接合部は、（図３で示されている）ｐ軸に沿った軸方向において一直線に整列されたそれらのピンを有する。ｐ軸は、Ｘ軸に平行である。

一構成では、前方ピン接合部２１０が、翼アセンブリ１３０の前桁と本体側のリブの両方に取り付けられている。後方ピン接合部２３０は、翼アセンブリ１３０の後桁と本体側のリブの両方に取り付けられている。前方及び後方ピン接合部２１０及び２３０のピンは、ｐ軸に沿って中間ピン接合部２２０のピンと一直線に整列される。

別の一構成では、前方ピン接合部２１０が前桁のみに取り付けられ、後方ピン接合部２３０が後桁のみに取り付けられる。この構成では、前方及び後方ピン接合部２１０及び２３０のピンが、必ずしも、中間ピン接合部２２０のピンと一直線に整列されない。ピン接合部２１０〜２３０のピンの全てが一直線に整列されないならば、それらが回転する際に、何らかの引き起こされた力が生成され得る。

ここで図３を参照すると、ピン接合部２１０〜２３０に作用する種々の荷重の一部が示されている。ピン接合部２１０〜２３０は、ｐ軸周りの回転を可能にする。ピンの回転は、翼が、これらの連結部１５０において、胴体１２０に対して回転力を引き起こすことなしに曲がることを可能にする。

１つの特定の構成では、前方ピン接合部２１０及び／又は後方ピン接合部２３０が、ｐ軸に沿った移動を妨げるように拘束されている。中間ピン接合部２２０は、そのように拘束されていない。したがって、前方ピン接合部２１０及び／又は後方ピン接合部２３０のみが、胴体１２０に軸荷重を伝達する。ピン接合部２１０〜２３０の全てが回転を可能にし、それによって、翼アセンブリ１３０が、胴体１２０に対する回転力を引き起こすことなしに曲がり得る。

図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃを参照すると、前方ピン接合部２１０、中間ピン接合部２２０、及び後方ピン接合部２３０の実施例が示されている。各ピン接合部２１０、２２０、及び２３０は、フランジ４１２、４２２、及び４３２、並びに、ラグ（ｌｕｇ）４１４、４２４、及び４３４を有する、フィッティング（ｆｉｔｔｉｎｇ）４１０、４２０、及び４３０含む。各フランジ４１２、４２２、及び４３２は、胴体１２０のフレームに固定されている。各ピン接合部２１０、２２０、及び２３０は、翼アセンブリ１３０に固定されたクレビス（ｃｌｅｖｉｓ）４１６、４２６、及び４３６を更に含む。各ラグ４１４、４２４、及び４３４は、その対応するクレビス４１６、４２６、及び４３６の突出部の間に配置される。ピン４１８、４２８、及び４３８は、ラグ及び突出部内の一直線に整列された孔を通して挿入される。各ピン４１８、４２８、及び４３８と各ラグ４１４、４２４、及び４３４との間で、ベアリングが使用されてもよい。

ピン接合部２１０、２２０、及び２３０の全ては、（横及び垂直荷重を含む）ピンの半径方向における荷重を、胴体１２０に伝達するように構成されている。各ピン接合部２１０、２２０、及び２３０のラグとクレビスの間隔の量は、もしそれがあるならば、ｐ軸に沿った移動の量を決定する。

図４Ｂの中間ピン接合部２２０は、「スライドタイプの」フィッティング４２０であり得る。中間ピン接合部２２０のピン４２８は、ｐ軸に沿って一直線に整列される。スライドタイプのフィッティング４２０は、翼アセンブリ１３０から胴体１２０へ軸荷重を伝達することなしに、ｐ軸に沿ってスライドするように構成されている。各クレビス４２６は、翼アセンブリ１３０の上側の翼の外板パネル１３２において、本体側のリブと共通のファスナを分かち合う。

図４Ｃの後方ピン接合部２３０は、ｐ軸に沿って胴体１２０に軸荷重を伝達するように構成されている。後方ピン接合部２３０のフィッティング４３０は、ｐ軸に沿ってスライドしない。後方ピン接合部２３０のクレビス４３６は、翼アセンブリ１３０の上側の翼の外板パネル１３２において、本体側のリブ及び後桁と共通のファスナを分かち合う。

図４Ａの前方ピン接合部２１０は、ｐ軸に沿った部分的な移動のために拘束されている。ラグ４１４とクレビス４１６との間の間隔は、フィッティング４１０が、翼アセンブリ１３０から胴体１２０へ軸荷重を伝達することなしに、制限された移動の範囲にわたってスライドすることを可能にする。一旦、範囲が満たされてしまうと、前方ピン接合部２１０は、胴体１２０に軸荷重を伝達する。クレビス４１６は、翼アセンブリ１３０の上側の翼の外板パネル１３２において、本体側のリブ及び前桁と共通のファスナを分かち合う。

しかし、より一般的には、ピン接合部２１０〜２３０のうちの少なくとも１つが、ｐ軸に沿った移動を妨げるように拘束されている。他のピン接合部の１以上は、同様に拘束され得るか、若しくはｐ軸に沿った部分的な移動のために拘束され得るか、又はｐ軸に沿った移動に関して拘束され得ない。

図５は、本体側のリブにおいてピン留めされた胴体と翼の連結部１５０の一部分を示している。その上側の翼の外板パネル５１２と（図示せぬ）下側の翼の外板パネルの両方において、外側の翼５１０は、上側の継目板５１４及び（図示せぬ）下側の継目板によって、中央の主翼ボックス５２０に連結されている。本体側のリブ５００は、上側の継目板５１４及び下側の継目板に固定されている。本体側のリブ５００は、上側の継目板５１４において、ピン接合部２１０、２２０、２３０のクレビス４１６、４２６、４３６と、共通のファスナ５３０を分かち合っている。ピン接合部２１０、２２０、２３０のフィッティング４１０、４２０、４３０は、胴体１２０のフレーム１２２に固定されている。

後方ピン接合部２３０のみが、図５で示されている。図５で示されているように、前方及び中間ピン接合部２１０及び２２０も、胴体１２０と翼アセンブリ１３０との間に固定され得る。

柔軟なシャプレート５４０が、翼アセンブリ１３０と胴体１２０との間の連続的な連結（荷重経路）を規定する。図５の構成では、シャプレート５４０がＳ字形状を有する。シャプレート５４０の一方の側は、上側の継目板５１４及び本体側のリブ５００に取り付けられ得る。シャプレート５４０の他方の側は、Ｌ字形状のストラップ５５０を介して、複数の胴体のフレーム１２２に取り付けられている。シャプレート５４０とＬ字形状のストラップ５５０の両方は、軸方向に延在し、幾つかのフレーム１２２及びピン接合部２１０〜２３０の全てに及ぶ。

シャプレート５４０は、多数の役割を有する。それは、軸方向に沿って胴体１２０と翼アセンブリ１３０との間で荷重を伝達し、胴体１２０と翼アセンブリ１３０との間の隙間を密封し、且つ、ｐ軸周りの回転を可能にする。図５の破線は、荷重伝達の間のシャプレート５４０の動きを示している。両端の矢印は、荷重伝達の間のｐ軸周りの動きを表している。シャプレート５４０は、ｐ軸に沿って荷重を漸進的に伝達し、後方ピン接合部２３０におけるピーキング（ｐｅａｋｉｎｇ）を妨げる。結果として、シャプレート５４０は、最も高い荷重が伝達されるピン接合部（後方ピン接合部２３０）のサイズを低減させ得る。

シャプレート５４０は、ｐ軸周りの回転における柔軟性を可能にし、ｐ軸の方向において荷重を伝達するのに十分堅いように、調整された特性を有する（熱硬化性又は熱可塑性の）炭素繊維強化プラスチックなどの、複合材料から作られ得る。シャプレート５４０は、フェイルセーフのために多数（例えば、３つ以上）のセクションへ分割され得る。

ピン接合部２１０〜２３０は、胴体１２０の下方且つ外側に配置され、通常、翼と胴体のフェアリングによって覆われている、上側の翼の表面上に配置される。この位置は、組み立て及び検査のための容易なアクセスを提供する。更に、この位置は、翼アセンブリと胴体１２０との間の垂直荷重を優れて調整（ａｌｉｇｎ）する助けとなる。

胴体１２０の外側にピン接合部２１０〜２３０を配置することは、連結部１５０の位置が変化することを可能にし、そのことは、翼の垂直荷重が胴体１２０に導入される場所を最適化するために使用され得る、設計パラメータを導入する。ピンの位置を最適化することは、例えば、垂直荷重と接線方向（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌｔｏ）にある胴体のより良い部分へ連結部を移動させることによって、胴体のフレームの曲げを更に低減させることができる。

胴体のフレームの曲げが低減されるので、胴体１２０のためにより軽いフレーム１２２が使用され得る。より強化されていない材料も使用され得る。したがって、航空機の重量が低減される。

ピン留めされた胴体と翼の連結部１５０は、他の利点を提供する。多数のピンの使用は、ピン接合部のうちの１つが故障した場合に、フェイルセーフな連結部を提供する。これも、従来のピン留めの設計と比較して重量を低減させる。

Claims

胴体、
翼アセンブリ、並びに
前方ピン接合部、後方ピン接合部、及び前記前方ピン接合部と前記後方ピン接合部との間の中間ピン接合部を含む、ピン留めされた胴体と翼の連結部を備え、
前記中間ピン接合部が、軸方向において一直線に整列されたピンを有し、前記翼アセンブリから前記胴体へ軸荷重を伝達することなしに前記軸方向に沿ってスライドするように構成され、
前記軸方向に沿った移動を妨げるように、前記前方ピン接合部が、前記軸方向における動きに対して部分的に拘束され、前記後方ピン接合部が、前記軸方向における動きに対して完全に拘束されている、航空機。
前記ピン留めされた胴体と翼の連結部が、翼アセンブリの曲げのために前記胴体内で回転荷重を引き起こすことなしに、前記胴体に垂直荷重、横荷重、及び軸荷重を伝達する、請求項１に記載の航空機。
前記胴体が複数のフレームを含み、各中間ピン接合部が、前記フレームのうちの１つと前記翼アセンブリの本体側のリブとの間に連結される、請求項１又は２に記載の航空機。
前記前方ピン接合部が、前記翼アセンブリの前桁にも連結され、前記後方ピン接合部が、前記翼アセンブリの後桁にも連結される、請求項３に記載の航空機。
前記前方ピン接合部のピン及び前記後方ピン接合部のピンが、前記中間ピン接合部のピンと一直線に整列される、請求項４に記載の航空機。
各中間ピン接合部が、ラグ及びクレビスを含み、ラグとクレビスの間隔が、前記軸方向における移動の量を決定する、請求項１から５のいずれか一項に記載の航空機。
胴体、
翼アセンブリ、並びに
前方ピン接合部、後方ピン接合部、及び前記前方ピン接合部と前記後方ピン接合部との間の中間ピン接合部を含む、ピン留めされた胴体と翼の連結部を備え、
前記中間ピン接合部が、軸方向において一直線に整列されたピンを有し、前記翼アセンブリから前記胴体へ軸荷重を伝達することなしに前記軸方向に沿ってスライドするように構成され、前記前方ピン接合部と前記後方ピン接合部のうちの少なくとも一方が、前記軸方向に沿った移動を妨げるように拘束されており、
前記胴体と翼の連結部が、前記胴体と前記翼アセンブリとの間に連結されたシャプレートを更に含み、前記シャプレートが、前記軸方向の周りの回転における柔軟性を有するように構成され、前記軸方向において堅さを有するように構成され、
前記シャプレートの一方の側が、前記翼アセンブリの本体側のリブに固定され、前記シャプレートの他方の側が、前記胴体のフレームに連結される、航空機。
前記シャプレートが、前記軸方向に延在し、前記前方ピン接合部、前記後方ピン接合部、及び前記中間ピン接合部の全てに及ぶ、請求項７に記載の航空機。
航空機の翼と胴体の連結部であって、
前方ピン接合部、
後方ピン接合部、及び
前記前方ピン接合部と前記後方ピン接合部との間の複数の中間ピン接合部を備え、
前記中間ピン接合部が、軸方向において一直線に整列されたピンを有し、軸荷重を伝達することなしに前記軸方向に沿ってスライドするように構成され、
前記軸方向に沿った移動を妨げるように、前記前方ピン接合部が、前記軸方向における動きに対して部分的に拘束され、前記後方ピン接合部が、前記軸方向における動きに対して完全に拘束されている、連結部。
前記前方ピン接合部のピン及び前記後方ピン接合部のピンが、前記中間ピン接合部の前記ピンと一直線に整列される、請求項９に記載の連結部。
各中間ピン接合部が、ラグ及びクレビスを含み、ラグとクレビスの間隔が、前記軸方向におけるスライドの量を決定する、請求項９又は１０に記載の連結部。
前記胴体と前記翼との間に連結されるように構成されたシャプレートを更に備え、前記シャプレートが、前記軸方向の周りの回転における柔軟性を有するように構成され、前記軸方向において堅さを有するように構成される、請求項９から１１のいずれか一項に記載の連結部。