JPH04218493A - 航空機の機体、機体の外装壁の補強方法およびバリヤー構造体 - Google Patents

航空機の機体、機体の外装壁の補強方法およびバリヤー構造体

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JPH04218493A
JPH04218493A JP2406733A JP40673390A JPH04218493A JP H04218493 A JPH04218493 A JP H04218493A JP 2406733 A JP2406733 A JP 2406733A JP 40673390 A JP40673390 A JP 40673390A JP H04218493 A JPH04218493 A JP H04218493A
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aircraft
exterior wall
foam
reinforcing
airframe
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JP2406733A
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Milton J Torres
ミルトン　ジェイ．トレス
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Florida International University FIU
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    • B64C1/06—Frames; Stringers; Longerons ; Fuselage sections
    • B64C1/12—Construction or attachment of skin panels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/40—Weight reduction

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、ポリマー発泡材料を用
いて航空機の金属外装壁の内面を被覆する技術、とりわ
け、隣接するバルクヘッド間にポリイソシアヌレート発
泡体を充填して外装壁の内面を覆い、航空機に繰り返し
て作用する加圧と減圧による金属疲労により構造体が破
壊されるのを防ぐための技術に関する。 【０００２】 【従来の技術】民間機および軍用機が普及するのに伴い
、今まで放置されていた問題点が顕在化してきている。 こうした問題点には、航空機が離陸して巡航高度に到達
するまでの間に機内を加圧し、また着陸に際し機内を減
圧する操作を繰り返して行なうために、航空機の機体に
金属疲労の起きることが挙げられる。離着陸を繰り返し
て行なった結果、巡航高度で飛行する航空機の一部には
構造破壊を起こしたケースがあり、従って、耐用年数の
経過していない良好な状態の現役の航空機が使用できな
くなることも予想される。巡航高度の下で機体にはほぼ
１平方インチ（約６．４５平方センチ）当り１２ポンド
（約５．４４３２キログラム）の圧力差が生じ、機体の
外装壁の特定の箇所で微細なクラック同士が連続してい
き、このクラックの成長によりアルミニウム合金外装壁
が損傷を起こすことが経験されてきている。クラックが
互いに連続すると金属は疲労破壊を起こし、外装壁が大
きく破壊されることもある。 【０００３】商業的または軍事的目的で使用される航空
機は乗客や有料貨物をある場所から別の場所に搬送する
目的で使用され、またそうした用途に適した構造に作ら
れている。空港から離陸して巡航高度まで急上昇させる
典型的な構造の最新型商業用ジェット機は、キャビンを
加圧しキャビン内の圧力をほぼ海水面上の圧力に保ち、
乗客および乗員に対する快適さを確保するようにしてあ
る。高い高度では加圧を必要とするためキャビン内部と
機外との間に圧力差を生じ、航空機の金属外装壁は変形
を起こしている。外装壁は外向きにはらみ出し高い内圧
に耐えなくてはならない。 【０００４】航空機の機体部分を覆うアルミニウムパネ
ルは、圧力をできるだけ一定に保ち構造体としての安全
性を確保できる十分な強度を備えている。しかしながら
、航空機は乗客を降ろすために着地しなければならず、
これに伴い機内と機外の圧力差は零になるまで減圧する
必要がある。圧力差が零であると、金属の変形はなく、
はらみ出しも起きない。加圧／減圧に伴ってこうした変
形が繰り返されると、航空機の外装壁を構成するアルミ
ニウムパネルに（金属の冷間加工時に生じる現象に似た
）分子転位が起こる。この分子転位により、外装壁の原
子結晶構造の一部に変位が生じるようになる。 【０００５】通常、キャビンを加圧している間に生じる
僅かな量の変形に対しては、金属は荷重に対し弾性変形
でき、弾性変形できる間は金属の結晶格子構造に大きい
変化は生じない。加圧／減圧の繰返し回数は、航空機の
離着陸が数万回に及ぶためこの回数に見合うだけ繰り返
されており、金属も同じように変形を繰り返してきてい
る。金属の冷間加工時に生じる現象と同じように結晶格
子構造内の原子に転位が生じ、金属の一部の箇所が硬化
する。こうした現象が起きると、加えられた力に対する
金属の降伏抵抗力は高まるが、変形が繰り返して起きる
と、原子の転位層付近に小さな割れ目が数多く発生する
ようになる。これらの割れ目の発生により、金属結晶の
他の部分が分離した原子の荷重を支持しなくてはならな
くなり、応力が結果的に増加していく。この応力は面積
で割った力の積である。荷重を支持している残りの原子
は大きな力を負担している。原子は徐々に破壊されてい
き、原子間に綱引をしているような状況が起きる。亀裂
は小さなクラックへと成長し、最後に大きなクラックが
発生する。荷重を支持している残りの原子のうちの一部
のものに破壊が起きると、これが原因となって重大な事
故が発生する。 【０００６】こうした問題点には、航空機の製造業者は
アルミニウム外装壁の厚みを増やして外壁に強度を持た
せ、変形を少なくし、極めて長期間にわたり金属疲労の
起きるのを防止するのも解決策の１つである。この方法
はコストの上昇を招くだけでなく、困ったことに航空機
の重量の増加する問題点がある。機体重量が重くなると
航空機の有料貨物の重量を減さなくてはならず、乗客１
人当りの飛行運賃が大幅に上昇する。さらに、こうした
解決策は既に運行している数千の航空機にとって実際的
な改善策とはなりえない。 【０００７】航空機の既存のアルミニウム外装壁を補強
する構造およびそうした技術を見つけ出すのが好ましい
解決策である。航空機の既存のアルミニウム外装壁を補
強することによる金属疲労の問題点を解決し、または将
来に渡ってこれを改善するにあたり、幾つかの条件を満
たす必要がある。第１に、改善策が妥当なコストで実施
できるものであること。第２に、改善策が航空機の重量
を大幅に増やさないことが挙げられる。さらに、墜落事
故の際に航空機が火災を起こす危険性の増加するもので
あってはならず、また火災に伴い有毒ガスを発生するよ
うなことがあってはならない。しかもこうした解決策は
既存の航空機のグレードを高めるのに使用できる特徴を
備え、また一方では新たに製造される航空機にも装備で
きるものでなくてはならない。 【０００８】金属疲労の問題点を解消するのに利用でき
る周知の材料の１つのポリイソシアヌレート発泡材料が
ある。この材料は比重が小さく、燃焼せずしかも航空機
のアルミニウム構造要素によく付着する。ポリイソシア
ヌレート発泡材料は、アルミニウム外装壁が破壊するの
を防ぐことのできるだけの十分な引張強度と圧縮強度を
備え、一般の航空機に見られるような溶剤に対する可溶
性はない。またポリイソシアヌレート発泡体は優れた断
熱材料であり、また良好な防湿性を備えている。 【０００９】従来から、航空機の構造部品および外装壁
用には様々な材料の使用が提案されてきている。例えば
、Ｅ．Ｂ．Ｃａｒｎｓ氏その他の者による、発明の名称
「弾性被覆法」、米国特許第１，８５２，１４６号は、
航空機の構造部品をゴムで被覆して騒音および腐食を少
なくし、衝突時の衝撃により構造部品の破壊が起きにく
くする技術を明らかにしている。またＡ．Ｅ．Ｍｏｏｒ
ｅ氏による、発明の名称「軽量耐衝撃キャビン」、米国
特許第３，６８７，４０１号も、先の米国特許に類似し
た航空機を含む乗物全般の衝撃吸収策を明らかにしてい
る。しかしながら、航空機の繰返し加圧／減圧作用によ
る金属疲労のように徐々に進行する破壊現象には、こう
した技術では対処することができない。またこれら米国
特許に明らかにされた乗物構造体は火災により多量の煙
を発生し、また航空機に使用するには重量の嵩む欠点が
ある。 【００１０】Ａ．Ｊ．Ｄｅｔｒｉｅ氏その他の者による
、発明の名称「緩衝パネル材料を備えた航空機の機体」
、米国特許第２，８１９，０３２号は、アルミニウム外
装壁の内面に衝撃緩衝材料のシートを取り付けておき、
航空機の振動を少なくして構造破壊を起きにくくする技
術を明らかにしている。しかしながら、Ｄｅｔｒｉｅ氏
その他の者による先の米国特許は、膨張／収縮による金
属疲労を抑制して航空機の寿命を伸ばすことについては
何ら言及していない。またＤｅｔｒｉｅ氏その他の者が
先の米国特許で指摘した方法では膨張／収縮を抑制でき
ないため、前述した問題点の解決策とはなりえない。Ｄ
．Ｂ．Ｃａｌｄｗｅｌｌ氏その他の者による、発明の名
称「振動吸収構造体」、米国特許第３，１６０，５４９
号では、異なった材料を使用してはいるものの、先のも
のに類似した減衰方法を明らかにしているにすぎない。 【００１１】Ｗｉｌｌｉａｍ　　Ｒ．Ｊｏｈｎｓｏｎ氏
による、発明の名称「航空機の機体に用いる断熱材」、
米国特許第４，２３５，３９８号は、遮蔽材を介してア
ルミニウム外装壁の内面に断熱用のポリウレタン発泡体
を取り付けた航空機の機体を明らかにしている。Ｊｏｈ
ｎｓｏｎ氏が明らかにした形式の構造体では、繰り返し
てキャビンに加わる加圧／減圧による金属疲労を抑制す
ることはできない。またポリウレタン材料は燃焼して有
毒ガスを発生するため、航空機には使用できない。Ｈ．
Ｅ．Ｌｉｔｔｅｌｌ，Ｊｒ氏による、発明の名称「ラミ
ネート構造の航空機用フロントガラス」、米国特許第４
，０８１，５８１号は、航空機に応用できるウレタンの
別の用途を明らかにしている。 【００１２】Ｌ．Ｇ．Ｇｉｌｍａｎ氏その他の者による
、発明の名称「触媒システムを利用して製造される重合
脂肪族のポリイソシアヌレート・ラミネート用樹脂」、
米国特許第３，２１１，７０３号はポリイソシアヌレー
ト樹脂についての説明である。 【００１３】Ｌ．Ｊ．Ｗｉｎｄｅｃｋｅｒ氏による、発
明の名称「エーロフォイルの構造」、米国特許第３，５
１９，２２８号、およびＬ．Ｒ．Ｐｕｒｄｙ氏による、
発明の名称「エーロフォイルの構造」、米国特許第３，
６４５，４８１号が示すように、ポリマー発泡体を用い
て航空機の翼を補強することも行われている。しかしな
がらこれら特許が解決しようとする課題は、航空機の機
体の繰返し加圧／減圧により生じる金属疲労の問題点と
は異質のものである。 【００１４】 【課題を解決するための手段】本発明のある種の形態に
よれば、複数のバルクヘッドに薄い金属材料を取り付け
、金属材料とバルクヘッドの内面に不燃性ポリマー発泡
材料を張り付けてある改良された構造の航空機の機体が
得られる。 【００１５】本発明の第２の形態によれば、間隔を置い
て設けた複数のバルクヘッドに外装壁を張り付けてある
、航空機の機体の外装壁を補強する方法が得られる。 この方法は、前記外装壁の内側と前記バルクヘッドの向
かい合っている側面とにポリマー発泡材料の層を張り付
ける段階を有している。 【００１６】 【実施例】以下、添付図面に添って本発明の好ましい実
施例を詳細に説明する。図１および図２を参照する。こ
れら図は従来の航空機の機体１０の一部分を示している
。機体１０は周知のようにバルクヘッド１２およびスト
リンガ１４により形作られ、薄いシート状のアルミニウ
ム外装壁１６により覆われている。機体１０を覆う外装
壁の厚みは通常４０ミル（０．０４インチ）である。 ただし、機体１０の前方に位置するコックピット付近の
ように大きなストレスの加わる箇所では、８０ミル程度
の厚みにしてある。シート状のアルミニウム外装壁１６
は、リベット１８等の従来の固定手段によりバルクヘッ
ド１２に固定されている。航空機が離陸し上昇して高度
が高まるにつれ、機体１０の内部の空気圧はほぼ１気圧
に保たれ乗客の快適性を確保するようにしている。しか
しながら航空機の外部の空気圧は４０，０００フィート
（１２，１９２メートル）付近の高度で巡航している際
には零に近い値になっている。その結果、機体１０の外
装壁１６に対し外向きに圧力Ｐが作用するようになる。 圧力Ｐは外装壁１６を図２に示す位置１６′まで膨張さ
せる。この膨張する外装壁をリベット１８がバルクヘッ
ド１２に対し押さえているため、隣接する各対のバルク
ヘッドに挟まれた外装壁の部分が膨張を起こした状態に
ある。こうした膨張は、外装壁をバルクヘッドに対し保
持しているリベット１８には大きな負担となっている。 航空機が着地する際、航空機内部と外気との間の圧力差
は減少してなくなっており、外装壁も図１に示すように
膨張しておらず元の形状を回復している。 【００１７】膨張と収縮を頻繁に繰り返すと金属疲労に
よる損傷が起き、外装壁はリベット１８から外れバルク
ヘッド１２より剥れて飛行機より脱落することがある。 高い高度で飛行している航空機にこうした状況が起きる
と機体１０の機内は即座に減圧し、生命および財産が失
われてしまう。またこうした状況の下では、ほとんどの
場合、機体の破壊が起きる。 【００１８】図３および図４を参照する。これらの図は
、改良された構造を持つ航空機の機体１０を示している
。図３および図４において、既に図１および図２で説明
したものと同じ構成要素には同一の参照番号が付してあ
る。図１および図２に示した構造に加えて、図３および
図４に示す構造にはポリイソシアヌレート発泡体２０の
層が取り付けられている。この発泡体２０は、アルミニ
ウム外装壁１６の内面２２とバルクヘッド１２の向かい
合っている側面２４との間に形成されている。ポリイソ
シアヌレート発泡体２０は周知の独立気泡発泡材料であ
り、一般には冷蔵庫の断熱材として広く用いられている
。この材料は、ポリウレタン等の他の発泡材料に比較し
てみて航空機にとって都合のよい多くの利点を備えてい
る。にもかかわらず、今までこの材料は航空機の用途に
は使われてきていない。 【００１９】ポリイソシアヌレート発泡体は不燃性であ
り、密度が１立方フィート（約０．０２８３立法メート
ル）当たり２ポンド（約０．９０７２キログラム）以上
と小さく、しかもアルミニウムへの付着性が優れている
等の特徴を備えている。また、ポリイソシアヌレート発
泡体は断熱性に富みほとんど吸湿性がない。さらに、こ
のポリイソシアヌレート発泡体は、ガソリン、ケロシン
あるいは洗浄剤等の航空機に広く用いられている溶剤に
対し不可溶性を備えている。こうしたポリイソシアヌレ
ート発泡体の特性のうち、特に優れているものを図３お
よび図４に示している。このポリイソシアヌレート発泡
体は、１平方インチ（約６．４５平方センチ）当たり約
３５ポンド（約１５．８７６キログラム）の圧縮強度お
よび引張強度を備えている。この強度は、機体１０の加
圧室内と巡航高度における外部圧との１平方インチ（約
６．４５平方センチ）当たり約１２ポンド（約５．４３
２キログラム）の圧力ディファレンシャルに比べて大き
い。ポリイソシアヌレート発泡体はこうした数多くの利
点を備えている。ただし墜落時に引火する危険性を考慮
に入れないのであれば、ポリウレタン発泡体等のような
他の種類の独立気泡ポリマー発泡材料を使用することも
可能である。 【００２０】図３および図４を参照する。発泡体２０は
、外装壁１６の内側２２とバルクヘッド１２の向かい合
った側部２４とで形成されたチャンネル２６内に設置さ
れている。発泡体２０は、図５に基づいて以下に説明す
るように、ポリイソシアヌレート樹脂を各チャンネル２
６内に注入するか、または図６に基づき以下に説明する
ようにして、ポリイソシアヌレート樹脂を各チャンネル
２６内にスプレーする方式により形成することができる
。何れの方式を取る場合でも、このポリイソシアヌレー
ト樹脂は約３０倍に膨張し、チャンネル２６内にあって
表面２２と側面２４の両者のアルミニウムに付着して一
体化された構造体を構成している。アルミニウム表面２
２，２４から発泡体２０が葉裂するのに要する荷重の大
きさは発泡体自体の葉裂に伴う荷重よりも大きいため、
発泡体は前記アルミニウム表面から葉裂する以前にそれ
自体が葉裂を起こす。 【００２１】図５および図６を参照しながら、ポリイソ
シアヌレート発泡体２０をアルミニウム外装壁１６に装
着する方法につき説明する。発泡体２０の形成の仕方に
は２通りの方法がある。例えば、図５に示すような注入
法と図６に示すようなスプレー法である。注入法または
スプレー法の何れの方法を用いて発泡体２０を設置する
にせよ、ポリイソシアヌレート発泡体２０の成形時、最
初に使用したポリイソシアヌレート発泡体は体積を約３
０倍に膨張させる。こうした発泡体の成形に伴い、必要
とする発泡体強度はバルクヘッド間の距離に見合うよう
に設定する必要がある。バルクヘッド１２が３フィート
（約９１．４４センチ）離れている場合、２インチ（約
５．０８センチ）厚の発泡体が用いられる。またバルク
ヘッド１２の間隔が６フィート（約１８２．８８センチ
）あれば、３インチ（約７．６２センチ）厚の発泡体２
０が用いられ、さらにバルクヘッド１２の間隔が９フィ
ート（約２７４．３２センチ）までであれば、４インチ
（約１０．１６センチ）厚の発泡体が使用される。 【００２２】図５を参照しながら、ポリイソシアヌレー
ト樹脂を注入してポリイソシアヌレート発泡体２０を形
成する方法につき説明する。樹脂を注入して発泡体を形
成するためには、チャンネル２６を塞いで樹脂を閉じ込
め、発泡体２０を形成する方法が取られる。航空機の全
長にわたりバルクヘッド１２はサイズまたは形状が変化
しているため、航空機のバルクヘッド１２の形状は一般
には非円形の閉ループを形作っている。従って、形状の
異なる様々なサイズのバルクヘッドに宛てがえる装置を
開発しておく必要がある。この装置は、図５に示すよう
に、市販されている厚い材厚のアルミニウムホイルまた
はガラス繊維シート等の薄いシート材３６と可撓性支持
材３８とを備えている。支持材３８には、横に延ばせる
幅の狭い多数のストリップを使用することができる。こ
れらストリップは互いにヒンジ結合され、また隣接のバ
ルクヘッド１２に宛てがえる大きさを備えている。支持
材３８は、図５に示すように、ホイル３６をバルクヘッ
ド１２の内向きの表面に向けて位置決めするように構成
されている。またこの支持材は、発泡体２０に必要な厚
みがチャンネル２６の深さよりも小さい場合にはチャン
ネル２６の内部に設置される。可撓性がありしかも調節
のできる支持材装置３８を用意しておけば、形状の異な
る様々なバルクヘッド１２にも樹脂を適切に注入するこ
とができる。 【００２３】図５の注入法を用いる場合、アルミニウム
ホイル２６は注入した樹脂から発泡体２０を形成した後
にもそのまま残される。こうして残されたホイル３６は
発泡体２０を補強すると共に、湿気に対するバリヤーと
なり発泡体が湿気を吸収するのを阻止する働きをする。 ポリイソシアヌレート樹脂を注入する際、支持材装置３
８とホイル３６が取り囲んで形成したチャンネル２６の
容積が先ず計算され、この容積を満たすのに必要な適切
な樹脂量が求められる。密封されたチャンネル２６には
概ね１立方フィート（約０．０２８３立方メートル）当
たり２ポンド（約０．９０７２キログラム）の樹脂を使
用することができる。樹脂を注入しすぎた場合、できあ
がった発泡体２０は大きくなりすぎているため、ナイフ
、鋸等の機械的な手段または他の形式の切断器を用いて
取り除く必要がある。アルミニウム構成部分１２，２０
に付着した発泡体は、溶剤を用いてもこれら構成部分を
破壊しない限り取り除けないことによる。材料の注入量
を調節するために、各閉ループのチャンネル２６毎に注
入が行なわれる。ただし、複数の支持材装置３８とホイ
ル３６はこれらを個々のチャンネル２６の所要箇所に設
置でき、しかもこれらチャンネルにはほぼ同時に樹脂の
注入を行なえる。尚、注入した樹脂から発泡体を形成す
るには数分間を要する。 【００２４】図６は、既存のスプレー装置４０を使用し
てポリイソシアヌレート樹脂を付着させる方法を示して
いる。この装置は、他の用途、例えば壁の断熱工事に伴
いウレタン発泡樹脂をスプレー散布するのに広く用いら
れている。ポリイソシアヌレート樹脂を固化した発泡体
に変化させるには２段階に及ぶ触媒作用を必要とするた
め、スプレー作業には細心の注意を払う必要がある。チ
ャンネル２６内にスプレーされる樹脂の量は所望の厚み
の発泡体２０となるように設定される。こうした作業は
、スプレー装置４０を繰る操作者の経験に負うところが
大きい。発泡材料をスプレーするにあたり、チャンネル
２６内のアルミニウム表面に付着した油脂分や汚れを溶
剤により除去しておく必要がある。こうした清掃作業は
既に使用されている航空機に後で発泡体を取り付ける場
合には汚れがひどいため必要とされるが、航空機の製作
過程においても同様の清掃を必要としている。清掃作業
は、樹脂を図５に示すように注入する際にも必要とされ
る。使用可能な清掃用の溶剤には、例えば塩化メチレン
がある。 【００２５】スプレー作業を行なうにあたり、樹脂のス
プレーは１つの閉ループチャンネル２６に対して一度に
行なう必要がある。液体樹脂が固化した発泡体に変化す
るのに要する時間は、チャンネル全体に万遍なく樹脂を
スプレーできるだけの余裕を持たせて設定される。先に
説明した例と同じように、余分の発泡体が形成された場
合には、ナイフや鋸のような機械的な切断手段を用いて
取り除くことができる。 【００２６】こうして形成された発泡体２０とアルミニ
ウム外装壁１６は複合ユニットとして機能し、図４に示
すように、減圧時における外装壁１６と加圧時における
外装壁１６′に見られる変位が大幅に減少する。その結
果、応力を応力／ひずみ曲線の弾性領域の範囲内に留め
ておくことができ、金属に滑り変位の起きるのを防ぐこ
とができる。機械強度が高まることもポリイソシアヌレ
ート発泡体層２０の重要な役割である。何らかの理由に
より将来クラックが発生しても発泡体２０がこれを保持
し、バックリングの発生を防ぐことができる。さらに発
泡体２０が遮蔽体としての機能を果たし、小さなクラッ
クが原因となって空気が漏洩して機体１０内が減圧する
のを防ぐことができる。 【００２７】強度を高め減圧事故の発生を防ぐことに加
えて、発泡体２０は優れた防音断熱材として機能し、ま
た墜落事故が起きても消防士が消火作業を本格的に行な
えるようになるまでの数分間にわたり、乗客を火と熱か
ら保護するバリヤーとしての役割をも果たすことができ
る。また水面上に墜落したり不時着水した場合にでも比
重の小さな発泡体２０はフロートとしても機能し、航空
機が沈没するのを防ぐことができる。 【００２８】図７、図８、図９の（Ａ）および（Ｂ）は
、アルミニウム／ポリイソシアヌレート複合材料の理論
上の剛性を計算する方法について明らかにしている。 この計算方法は、支持材とアルミニウムホイルシート３
６を用いないでスプレー法により設置したケースについ
て説明している。この種の梁の解析計算法では好結果が
得られている。 【００２９】図７は、長さ　ｌ、幅Ａを備えた軸方向に
荷重を加えられる部材２８を示している。部材２８の両
端部に反対向きの力Ｐが加わると、部材２８はδにわた
り伸びる。伸びδは以下の数式から求めることができる
。 【数１】δ＝Ｐ・１／Ａ・Ｅ ここで、Ｅは部材２８を構成する材料のヤング係数であ
る。部材２８のこわさは次のように表わすことができる
。 【数２】こわさ　　＝Ｐ／δ＝Ａ・Ｅ／１【００３０】
図８は、アルミニウム等の単一材料の梁、または発泡体
被覆アルミニウム等の複合材料からなる梁である部材３
０を示している。この部材３０の場合、変位量δは以下
の数式により表わすことができる。 【数３】δ＝Ｐ・１３　／４Ｂ　　Ｅ・Ｉさらに、前記
こわさは以下のように表わすことができる。 【数４】こわさ　　＝Ｐ／δ＝４Ｂ・Ｅ・Ｉ／１３　【
００３１】単独のアルミニウム部材を被覆してなる発泡
体／アルミニウム複合部材の強度の増加量を求めるには
、こわさ比を求める必要がある。 【数５】こわさ比＝（こわさ）ｃ　／（こわさ）Ａ１ま
たは 【数６】＝ＥＣ　・ＩＣ　・１３　Ａ１／ＥＡ１・ＩＡ
１・１３　Ｃ　ここで、Ｉはこの梁の慣性モーメントで
ある。 【００３２】図９の（Ｂ）を参照する。この図には、図
３および図４に則って構成されたアルミニウム外装壁１
６と発泡体２０が複合梁３２として概略的に示されてい
る。この複合梁３２は幅Ｗを備え、また発泡体２０には
ｔｒ　の厚みがあり、アルミニウム１６はｔＡ１の厚み
を備え、また中立軸３４はｙの位置を占めている。アル
ミニウム外装壁１６と発泡体２０は同じ幅を備えている
ため、こわさ比は以下のように表わすことができる。 【数７】 　　　　　　　　　　　　こわさ比＝ＥＣ　・ＩＣ　・
／ＥＡ１・ＩＡ１　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　〔１〕ハンドブックからアルミニウムとポリイソ
シアヌレート発泡体のヤング係数Ｅが求められる。これ
より次式が得られる。 【数８】Ｅｒ　／ＥＡ１＝１／ｎ＝１／４０ｎ＝４０で
あるため、図９の（Ａ）の複合梁は図９の（Ｂ）のよう
に示すことができる。その結果、中立軸３４は以下の数
式により表わすことができる。 【数９】 または 【数１０】 　　　　ｙ＝（ｔｒ　２　／２＋ｎ・ｔＡ１２　／２＋
ｔｒ　・ｔＡ１）／（ｎ・ｔＡ１＋ｔｒ　）　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　〔２〕【００３３】図９の（Ｂ
）から、慣性モーメントＩＣ　は以下の数式から計算す
ることができる。 【数１１】 アルミニウム外装壁１６の慣性モーメントは以下のとお
りである。 【数１２】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　ＩＡ１＝ｗ・ｔ
Ａ１３　／１２　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　〔４〕【００３４】前記数式〔１〕か
ら、こわさ比は以下のように表わせる。 【数１３】 　　　　　　　　　　　　こわさ比＝（１／ｎ）・（Ｉ
ｃ　／ＩＡ１）　　　　　　　　　　　　　　　　　　
〔５〕数式〔３〕および〔４〕を用いて数式〔５〕のこ
わさ比を計算すれば以下の結果が得られる。 【表１】 【００３５】 【発明の効果】表から明らかなように、４０ミル厚のア
ルミニウム外装壁１６の表面に２インチ（約５．０８セ
ンチ）厚のポリイソシアヌレート発泡体２０を装着した
複合材料は、アルミニウム外装壁１６を単独に使用した
場合に比べて７４６１倍大きい剛性を備えている。した
がって、発泡体２０を装着した機体１０の外装壁の変位
量は大幅に減少し、これに伴い金属疲労の問題点も緩和
される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術に係る航空機の機体構造を示す斜視図
。
【図２】図１の２−２線に沿った、アルミニウム外装壁
／バルクヘッド構造体の断面図。
【図３】アルミニウム外装壁の内面とバルクヘッドの向
かい合った側面に張り付けたポリイソシアヌレート発泡
体を持つ、航空機機体構造を示す斜視図。
【図４】図３に示したアルミニウム外装壁／バルクヘッ
ド構造体の断面図。
【図５】ポリイソシアヌレート発泡体を取り付ける方法
を示す説明図。
【図６】ポリイソシアヌレート発泡体を取り付ける他の
方法を示した説明図。
【図７】両端に引張力Ｐの加わっている、軸方向に荷重
の加えられている部材を示す説明図。
【図８】力Ｐを加えて変形している梁部材を示す説明図
。
【図９】（Ａ）は発泡材料を薄いシート状のアルミニウ
ムに取り付けて構成した複合梁を示す説明図。（Ｂ）は
図９のＡに示した複合梁に類似した構造体を示す説明図
。
【符号の説明】
１０　　機体 １２　　バルクヘッド １４　　ストリンガ １６　　アルミニウム外装壁 １８　　リベット ２０　　ポリイソシアヌレート発泡体 ２２　　アルミニウム外装壁の内面 ２４　　バルクヘッドの向かい合っている側面２６　　
チャンネル ３６　　アルミニウムホイル ３８　　支持材

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　複数のバルクヘッド（１２）に薄い金
    属材料（１６）を固定して形成された航空機の機体（１
    ０）にして、前記金属材料（１６）の内面と前記バルク
    ヘッド（１２）の内側側面とに不燃性ポリマー発泡材料
    （２０）が張り付けられていることを特徴とする航空機
    の機体。
  2. 【請求項２】　　請求項１に記載された航空機の機体に
    おいて、前記ポリマー発泡材料（２０）は、この機体（
    １０）に繰り返し加わる加圧と減圧による金属材料（１
    ６）の膨張と収縮により、金属材料（１６）の裂けるの
    を防止できる充分な圧縮強度と引張強度を備えているこ
    とを特徴とする航空機の機体。
  3. 【請求項３】　　請求項１または２に記載された航空機
    の機体において、前記ポリマー発泡材料（２０）がポリ
    イソシアヌレート発泡体であることを特徴とする航空機
    の機体。
  4. 【請求項４】　　請求項１、２または３の何れか一つに
    記載された航空機の機体において、少なくとも約２イン
    チ（約５．０８センチ）の厚みのあるポリマー発泡材料
    （２０）が張り付けられていることを特徴とする航空機
    の機体。
  5. 【請求項５】　　間隔を置いて設けた複数のバルクヘッ
    ド（１２）に外装壁（１６）を張り付けてなる、航空機
    の機体（１０）の外装壁（１６）を補強する方法にして
    、前記外装壁（１６）の内側と前記バルクヘッド（１２
    ）の向かい合っている側面（２４）とにポリマー発泡材
    料（２０）の層を張り付ける段階を有していることを特
    徴とする機体の外装壁の補強方法。
  6. 【請求項６】　　請求項５に記載された機体の外装壁の
    補強方法において、前記発泡材料（２０）には、この機
    体（１０）に繰り返し加わる加圧と減圧による外装壁（
    １６）の膨張と収縮により、この外装壁（１６）が裂け
    るのを防止できる充分な圧縮強度と引張強度を備えてい
    るものが選択されていることを特徴とする機体の外装壁
    の補強方法。
  7. 【請求項７】　　請求項５または６に記載された機体の
    外装壁の補強方法において、前記発泡材料（２０）がポ
    リイソシアヌレート発泡体であることを特徴とする機体
    の外装壁の補強方法。
  8. 【請求項８】　　請求項５、６または７の何れか一つに
    記載された機体の外装壁の補強方法において、前記張付
    けの段階が、少なくとも約２インチ（約５．０８センチ
    ）の厚みを備えた前記発泡体材料（２０）を張り付ける
    過程を有していることを特徴とする機体の外装壁の補強
    方法。
  9. 【請求項９】　　請求項５、６、７または８の何れか一
    つに記載された機体の外装壁の補強方法において、前記
    張付けの段階が、隣接するバルクヘッド（１２）間に位
    置する前記外装壁（１６）の内側に材料（図６）をスプ
    レーして発泡体（２０）を形成する過程を有しているこ
    とを特徴とする機体の外装壁の補強方法。
  10. 【請求項１０】　　請求項５、６、７または８の何れか
    一つに記載された機体の外装壁の補強方法において、前
    記張付けの段階が、前記バルクヘッド（１２）の内側を
    囲って柔軟性のある材料（３６，３８）を取り付け、さ
    らに前記ポリマー材料（図５）を注入して前記外装壁（
    １６）の内側と前記柔軟性のある材料（３６，３８）と
    の間に前記発泡体（２０）を形成する過程を有している
    ことを特徴とする機体の外装壁の補強方法。
  11. 【請求項１１】　　ポリイソシアヌレート発泡体の層が
    第１と第２の構造体の層を仕切っていることを特徴とす
    るバリヤー構造体。
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