JPH08174726A

JPH08174726A - 衝撃吸収構造

Info

Publication number: JPH08174726A
Application number: JP6323101A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Yoshizaki; 雄一吉崎; Toru Fujihira; 徹藤平
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1994-12-26
Filing date: 1994-12-26
Publication date: 1996-07-09
Anticipated expiration: 2018-12-22
Also published as: JP3480612B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、例えば航空機の床面下部の構造に
おいて、衝撃荷重が加わった際、特にピーク荷重の低減
に有効な衝撃吸収構造の提供を目的とする。【構成】航空機の床面下部を前後方向に延びるキール
１と左右方向に延びるリブ２を繊維強化プラスチック製
にて構成するとともに交差部３で交差させ、この交差部
３に臨むリブ２の上端に切欠き５とバルジ部６を形成す
る。また、バルジ部６の形状を、荷重方向に短径の長楕
円形又は円形とする。この切欠き５とバルジ部６は、キ
ール１側にも設けても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば航空機の機体構
造の床面下部等に採用される衝撃吸収構造において、特
にピーク荷重の低減に有効な構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば航空機、ヘリコプタ等の床
面の下部にはクラシュゾーンが設けられ、このクラッシ
ュゾーンには、例えばＵ．Ｓ５，０６９，３１８とか
Ｕ．Ｓ４，５９３，８７０とかＮＡＳＡ−Ｃontractor
Ｒeport ３６０３に示されるような衝撃荷重方向の衝撃
を緩和する衝撃吸収構造が採用されている。また、その
他にも日本航空宇宙工業会（社団法人）の依託を受けて
川崎重工業、住友精密工業、天龍工業の３社が共同研究
した「航空機の衝撃吸収構造の研究」（平成２年３月）
にも例えば角チューブ入りハニカムパネル構造とか、サ
イン・ウェーブ・ビーム構造とか、２層式ハニカムパネ
ル構造等の各種衝撃吸収構造が示されている。

【０００３】そして、このような衝撃吸収構造は、機体
重量の増加を招かず、衝撃エネルギーを有効に吸収する
とともに、ピーク荷重を低減させるような構造であるこ
とが望ましく、かかる点から図１０に示されるような構
造が採用可能性の高い技術として知られている。すなわ
ち、この構造は、例えばアルミ合金製のキール５１とリ
ブ５２の組合わせ体からなり、この上に配置される床面
等を通じて上方から下方に向けて衝撃荷重が加わった
際、応力が集中する交差部５３の接続コーナ具５４の縦
方向に複数のノッチ穴５５を設けている。そして、所定
値以上の衝撃荷重が加わるとノッチ穴５５によって同部
に計画的に座屈を起こさせ衝撃エネルギーを吸収するよ
うにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような技術では衝撃エネルギーの吸収という面では有効
なものの、ピーク荷重の低減という面では改良の余地が
あった。すなわち、構造破壊を伴うような衝撃荷重が加
わると荷重値は一旦ピークまで上昇した後、それより低
い値に落ち着くが、このピーク荷重は乗員保護等の見地
から出来るだけ低減することが望ましく、上記のコーナ
部のノッチ穴５５ではピーク荷重の低減に限度があっ
た。また、衝撃吸収構造を航空機等に適用しようとした
場合には、可能な限り軽量構造にする必要があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、衝撃荷重に対して面方向が平行な複数のシー
トを交差させて組合せ、この交差部に臨むシート端部の
少なくとも一端側に切欠き及びバルジ部を形成した。そ
して、シートを繊維強化樹脂の積層体とし、炭素繊維強
化樹脂を挟んで両側に芳香族ポリアミド繊維強化樹脂を
被着し、前記炭素繊維強化樹脂の炭素繊維の方向は衝撃
荷重方向にし、前記芳香族ポリアミド繊維強化樹脂は、
片面側のアラミド繊維の方向を衝撃荷重方向から±３０
〜±６０゜傾かせた。また、切欠きの形状は矩形状、三
角形状又は円形状とし、バルジ部の形状は荷重方向に短
径の長楕円形又は円形とした。そして、この構造を移動
体の衝撃吸収用とし、例えば航空機の床面下部構造に採
用した。

【０００６】

【作用】衝撃荷重の応力が集中する交差部のシート端部
の少なくとも１端側に切欠きとバルジ部を設ければ、同
端部から局部座屈が発生し、その後全体が座屈する。そ
して、このようにある程度時間を欠けて座屈させること
で衝撃エネルギーを吸収するが、特にピーク荷重を低減
させるという面からは、切欠きとバルジ部を形成する構
造は材質がアルミ合金製の場合でも有効である。また、
材質が繊維強化樹脂の場合は、単なる平板状のもの及び
コーナ部にノッチ穴を形成する場合に較べて衝撃エネル
ギーの吸収率が向上する。またバルジ部の形状を荷重方
向に短径の長楕円形又は円形とすれば、同部に局部座屈
を起こしやすく出来る。そして、かかる構造を航空機の
クラッシュゾーンに採用すれば、機体の軽量化が図られ
且つ有効な耐衝撃性が発揮される。

【０００７】

【実施例】本発明の実施例について添付した図面に基づ
き説明する。ここで、図１は本発明の衝撃吸収構造の第
１構成例の要部を示す斜視図、図２は同第２構成例の要
部を示す斜視図、図３は同第３構成例の要部を示す斜視
図、図４は同第４構成例の要部を示す斜視図、図５は構
造材の積層状態を説明する説明図である。

【０００８】本発明の衝撃吸収構造は、例えば航空機の
床面下部のクラッシュゾーンに適用され、特に構造材が
繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰという。）の場
合、縦方向に構造破壊を伴うような大きな衝撃が加わっ
てもこの衝撃エネルギーを有効に吸収し、且つ衝撃荷重
のピーク値を低く抑えることが出来るようにされてい
る。また、この構造は重量増加を招くことのないよう配
慮されている。

【０００９】航空機の床面下部には、図１に示すような
シートとしてのＦＲＰ製のキール１とリブ２が面方向を
衝撃荷重方向にして組み合わされ、実施例の場合、この
ＦＲＰは積層構造とされている。すなわち、図５に示す
ように、中央の炭素繊維強化プラッスチック（以下、Ｃ
ＦＲＰという。）を挟んで両側に芳香族ポリアミド繊維
強化プラスチック（以下、ＫＦＲＰという。）を被着し
た積層構造とし、例えば中央のＣＦＲＰの炭素繊維の方
向は衝撃荷重方向にし、左右のＫＦＲＰは、片面側のア
ラミド繊維ａの方向を衝撃荷重方向から±略４５゜傾か
せている。なお、アラミド繊維ａの方向は、衝撃荷重方
向から±３０〜６０゜傾かせた範囲で衝撃エネルギーを
吸収出来る効率が高いが、本実施例の場合には、より好
ましい±略４５゜傾かせている。

【００１０】そして、図１に示すように、キール１とリ
ブ２の交差部３において、左右のリブ２、２の端部の取
付フランジ２ａ、２ａ面をキール１面に当接させ、複数
のリベット４及び接着剤にて接合している。因みに、こ
の接合をリベット４及び接着剤を用いて行った方が接着
剤のみで接合するよりも、縦方向に衝撃荷重を受けた
際、吸収出来るエネルギーが大きい。このようにリベッ
ト４を接着剤と共に用いるのは、発生したクラックの伝
播を防止し、接合部が一度に剥がれるのを防止するため
である。

【００１１】ところで、この交差部３に臨むリブ２、２
の上端部には、矩形状の切欠き５が形成され、この切欠
き５に隣接してバルジ部６が設けられている。そして、
このバルジ部６は、側面の一方側から他方側に向けて膨
出する膨らみで水平方向に長径の長楕円形に形成されて
いる。また、キール１の交差部３にも長楕円形のバルジ
部６が設けられている。なお、切欠き５の形状として
は、図３に示すような三角形状でもよく、また図４に示
すような円形状でも良い。

【００１２】そして、このようなキール１とリブ２の上
部に不図示の床面が貼り付けられ、主として上方から下
方に向けてかかる荷重を支えるとともに、衝撃荷重が所
定値以上になると縦に圧壊して衝撃エネルギーを吸収す
るようにしている。そして、切欠き５とバルジ部６は、
縦方向の衝撃荷重によって交差部３に所定値以上の応力
が集中した際、同部に局部的な座屈を起こさせ、その後
全体が座屈する間に衝撃を吸収しようとするものである
が、実施例のように切欠き５とバルジ部６をリブ２の上
端だけでなく、下側に設けても良く、又は上下両端に設
けても良い。

【００１３】そして、このような本案の構造のピーク荷
重とエネルギー吸収率を従来例等と較べてテストした
が、そのテスト結果について説明する前に本案でいうピ
ーク荷重とエネルギー吸収率の概念について図９に基づ
き説明する。ここで、図９は構造破壊を伴うような衝撃
荷重が加わった時の荷重変位曲線であり、横軸は変位量
δ（mm）、縦軸は荷重Ｗ（kgf）である。構造破壊を伴
うような衝撃荷重が加わると、構造物にかかる荷重は初
期の段階で急激に上昇しピーク値Ｗpに達した後、一定
の低い値に落ち着く。そこで、このピーク値Ｗpをピー
ク荷重と呼ぶ。

【００１４】また、エネルギー吸収率とは、構造物が衝
撃エネルギー（荷重と変位量の積）を吸収出来る能力を
表したものであり、荷重変位曲線と最大圧縮変位量δma
xによって囲まれる図のハッチング部分の面積（吸収エ
ネルギーＥab）を衝突エネルギーで除したものをいう。
ここで、最大圧縮変位量δmaxとは、一般に構造物が圧
縮力によりボトミングしてそれ以上エネルギー吸収が行
えなくなった時の変位量を意味するが、ここでは、各材
料を比較する実験であるので、δmax＝９０mmを最大圧
縮変位量としている。そして、荷重変位曲線をδ＝０〜
δmaxまで積分して吸収エネルギーＥabを求め、これを
衝撃エネルギーで除してエネルギー吸収率と呼ぶ。尚、
以下に述べる図６では、エネルギー吸収率を百分率
（％）で表している。

【００１５】テスト結果は図６及び図７の通りである。
ここで、図６はエネルギー吸収率の比較テスト結果図で
あり、図７はピーク荷重の比較テスト結果図である。ま
た、テスト条件として縦方向の衝突速度８．２m/sを想
定した。まず、比較する他の構成例は、グラフの左端
が、Ａ２０２４Ｔ３のアルミ合金材の接続コーナ部にノ
ッチ穴を設けたものであり、グラフの左から２番目が平
板状のＣＦＲＰのキールとリブを単に接続したものであ
り、グラフの右から２番目はＣＦＲＰのキールとリブの
接続コーナ部にノッチ穴を設けたものである。そして、
グラフの右端が本案の構成によるものである。

【００１６】この結果、図６に示すように、本案の構造
は、アルミ合金製の接続コーナ部にノッチ穴を設けた場
合のエネルギー吸収率８９％に匹敵する程の８６．４％
のエネルギー吸収率が得られ、また、ピーク荷重は、図
７に示すように、アルミ合金製の接続コーナ部にノッチ
穴を設けた場合の１２．３tonより約５６％少なく、平
板状のＣＦＲＰを単に接続した場合の８．９tonより約
４０％少ない５．４tonに低減することが出来た。

【００１７】ところで、図８は構造様式の違いによるピ
ーク荷重の低減効果を確認したものである。そして、こ
の比較においては材質の違いによる影響を無くすため全
ての材質をＡ２０２４Ｔ３のアルミ合金製とし、グラフ
の左端に平板状のキールとリブを単に接続した構造、グ
ラフの中央に接続コーナ部にノッチ穴を設けた構造、グ
ラフの右端に本案の構造を示しているが、この結果から
本案の構造は、平板状のキールとリブを単に接続した場
合の１５．３tonより約４３％低く、且つ接続コーナ部
にノッチ穴を設けた場合の１２．３tonより約２９％低
い８．７tonに低減した。従って、切欠き５とバルジ部
６の効果によって特にピーク荷重の低減に有効な構造で
あることが判明した。

【００１８】また、構造重量は、図６に示すように、平
板状のＣＦＲＰを単に接続した場合の２９７ｇ、或いは
ＣＦＲＰの接続コーナ部にノッチ穴を設けた場合の２９
０ｇに較べて僅かに重い３２０ｇであるが、アルミ合金
製の４６７ｇに較べると極めて軽量である。

【００１９】尚、以上の第１構成例では、交差部３に臨
むリブ２の端部に切欠き５とバルジ部６を設けている
が、この切欠き５とバルジ部６は、図２に示すように、
キール１側にも設けるようにしても良い。キール１とリ
ブ２に設ける切欠き５の形状としては、図２に示すよう
な矩形状、図３に示すような三角形状、図４に示すよう
な円形状のいずれでも良い。

【００２０】また、以上のような衝撃吸収構造は航空機
の床面下部のみならず、航空機のノーズ部等に適用して
も良く、又は航空機以外の例えば自動車のフロント周
り、リヤ周り等の衝撃荷重のかかる可能性のある箇所に
設け、衝撃を吸収するようにしても良い。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明の衝撃吸収構造は、
応力が集中するシートの交差部に切欠き及びバルジ部を
形成するようにしたため、衝撃荷重がかかった際、特に
ピーク荷重の低減を図るのに効果がある。また、この構
造を繊維強化樹脂製の構造材に適用すれば、衝撃エネル
ギーを吸収するにも有効である。しかも、切欠き、バル
ジ部等は基本的に構造の重量化を招かないため、特に航
空機等の構造に適用すれば有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の衝撃吸収構造の第１構成例の要部を示
す斜視図

【図２】本発明の衝撃吸収構造の第２構成例の要部を示
す斜視図

【図３】本発明の衝撃吸収構造の第３構成例の要部を示
す斜視図

【図４】本発明の衝撃吸収構造の第４構成例の要部を示
す斜視図

【図５】構造材の積層状態の説明図で、（Ａ）は積層
前、（Ｂ）は積層後の繊維方向を示す平面図、（Ｃ）は
断面図

【図６】エネルギー吸収率の比較テスト結果を示すグラ
フ

【図７】ピーク荷重の比較テスト結果を示すグラフ

【図８】構造様式の違いによるピーク荷重の低減効果を
比較したグラフ

【図９】エネルギー吸収率とピーク荷重の概念を説明す
るグラフ

【図１０】従来の衝撃吸収構造の１例を示す構成例図

【符号の説明】

１…キール、２…リブ、３…交差部、５…切欠き、６…
バルジ部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｂ３２Ｂ 27/04 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】衝撃荷重に対して面方向が平行な複数の
シートを交差させて組合せ、この交差部に臨むシート端
部の少なくとも一端側に切欠き及びバルジ部を形成した
ことを特徴とする衝撃吸収構造。
【請求項２】請求項１記載の衝撃吸収構造において、
前記シートは繊維強化樹脂による積層体であることを特
徴とする衝撃吸収構造。
【請求項３】請求項２記載の衝撃吸収構造において、
前記積層体は中央の炭素繊維強化樹脂を挟んで両側に芳
香族ポリアミド繊維強化樹脂を被着し、前記炭素繊維強
化樹脂の炭素繊維の方向は衝撃荷重方向にし、前記芳香
族ポリアミド繊維強化樹脂は、片面側のアラミド繊維の
方向を衝撃荷重方向から±３０〜±６０゜傾かせたこと
を特徴とする衝撃吸収構造。
【請求項４】請求項１乃至３記載の衝撃吸収構造にお
いて、前記切欠きは矩形状、三角形状又は円形状である
ことを特徴とする衝撃吸収構造。
【請求項５】請求項１乃至請求項４記載の衝撃吸収構
造において、前記バルジ部の形状は荷重方向に短径の長
楕円形又は円形であることを特徴とする衝撃吸収構造。
【請求項６】請求項１乃至請求項５記載の衝撃吸収構
造において、この構造は移動体の衝撃吸収用に用いられ
ることを特徴とする衝撃吸収構造。
【請求項７】請求項６記載の衝撃吸収構造において、
この構造は航空機の床面下部に構成されることを特徴と
する衝撃吸収構造。