WO2015186526A1 - 複合材構造 - Google Patents

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WO2015186526A1
WO2015186526A1 PCT/JP2015/064522 JP2015064522W WO2015186526A1 WO 2015186526 A1 WO2015186526 A1 WO 2015186526A1 JP 2015064522 W JP2015064522 W JP 2015064522W WO 2015186526 A1 WO2015186526 A1 WO 2015186526A1
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composite
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buffer body
pan
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PCT/JP2015/064522
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拓史 杉山
隆之 清水
阿部　俊夫
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a composite material structure using different types of carbon fibers.
  • Patent Document 1 Conventionally, there has been known a honeycomb structure made of fiber reinforced plastic in which a first cell wall containing pitch-based carbon fibers and a second cell wall containing pan-based carbon fibers are selectively and essentially used in combination.
  • Patent Document 1 when comparing a fiber reinforced plastic made of pitch base carbon fiber and a fiber reinforced plastic made of pan base carbon fiber, the former has higher thermal conductivity, whereas the latter has more It is described that the strength is high.
  • a composite material structure comprising a carbon fiber reinforced plastic containing pitch-based carbon fibers (hereinafter referred to as pitch-based CFRP) and a carbon fiber-reinforced plastic including PAN-based carbon fibers (hereinafter referred to as PAN-based CFRP)
  • pitch-based CFRP carbon fiber reinforced plastic containing pitch-based carbon fibers
  • PAN-based CFRP carbon fiber-reinforced plastic including PAN-based carbon fibers
  • pitch-based CFRP when an external force is applied to the pitch-based CFRP while being connected to another adjacent structure, the pitch-based CFRP is deformed by the external force.
  • pitch-based CFRP since pitch-based CFRP has a lower fracture strain than PAN-based CFRP, it tends to break more easily than PAN-based CFRP.
  • an object of the present invention is to provide a composite material structure capable of suppressing breakage due to external force while suppressing heat retention when receiving heat from a heating element.
  • the composite material structure of the present invention is disposed so as to face the heating element, and is disposed between the first composite member including the PAN-based carbon fiber, the heating element and the first composite member, and the pitch-based carbon fiber.
  • a second composite member including the first composite member and the second composite member, and connecting the first composite member and the second composite member, and the first composite member and the second composite member.
  • a buffer body having a lower rigidity than the composite member, and the first composite member is connected to an adjacent structure body, while the second composite member and the buffer body are provided with the structure body. It is characterized by being provided separately.
  • the first composite member is a composite member including PAN-based carbon fibers, it is a member that is not easily broken by an external force.
  • the 2nd composite member is a composite member containing pitch-type carbon fiber, it becomes a member with high heat conductivity.
  • the 1st compound member is hard to fracture, it can be made to function as a strength member by connecting and providing to an adjacent structure.
  • the second composite member has high thermal conductivity, and thus can dissipate heat and release heat. Excessive heating of the member and the second composite member can be suppressed.
  • the second composite member since the second composite member is provided separately from the adjacent structure, the second composite member is prevented from being deformed following the deformation of the first composite member via the structure. be able to.
  • the second composite member is connected to the first composite member via a buffer.
  • the buffer body since the buffer body has lower rigidity than the first composite member and the second composite member, relative displacement between the first composite member and the second composite member can be allowed. For this reason, since the load due to the deformation of the first composite member is transmitted to the second composite member via the buffer body, the second composite member is deformed following the deformation of the first composite member. It can be suppressed more.
  • the heat of the heating element is suitably dispersed or released by the second composite member, thereby suppressing the heat retention in the composite material structure and the surrounding space.
  • the first composite member can function as a strength member, and damage to the first composite member and the second composite member due to external force can be suppressed.
  • the buffer body is a corrugated plate member in which a trough portion joined to the first composite member and a crest portion joined to the second composite member are alternately adjacent.
  • the buffer body can be configured to be easily deformed in a direction in which the peak portion and the valley portion are adjacent by using the corrugated plate member as the buffer body.
  • the buffer body is a pad member having a first joint surface joined to the first composite member and a second joint surface joined to the second composite member.
  • the buffer can be a simple configuration by using the buffer as a pad member.
  • the buffer is a composite member containing a PAN-based carbon fiber.
  • the first composite member and the buffer body can have the same strength by using the buffer body as the composite member including the PAN-based carbon fiber.
  • the shock absorber since the shock absorber has a fracture strain similar to that of the first composite member, the first composite member is prevented from being broken by the external force, so that the first composite member and the shock absorber are not broken. Can do.
  • a load direction generated in the first composite member is a load direction
  • a predetermined direction intersecting the load direction is a non-load direction. It is preferable that the buffer body has less PAN-based carbon fiber having the load direction as the fiber direction than the PAN-based carbon fiber having the non-load direction as the fiber direction.
  • the rigidity of the buffer body in the load direction can be made lower than the rigidity of the buffer body in the non-load direction. For this reason, it can be set as the structure which is easy to deform
  • a predetermined direction that transmits heat received from the heating element is a heat transfer direction
  • a predetermined direction that intersects the heat transfer direction is In the non-heat transfer direction
  • the second composite member has more pitch-based carbon fibers whose fiber direction is the heat transfer direction than the pitch-based carbon fibers whose fiber direction is the non-heat transfer direction. It is preferable.
  • the heat conductivity in the heat transfer direction of the second composite member can be made higher than the heat conductivity in the non-heat transfer direction of the second composite member. Can be easily released in the heat transfer direction.
  • the first composite member is formed of a single-layer sheet including the PAN-based carbon fiber, with a direction in which the first composite member and the second composite member face each other as a stacking direction, and isotropic isotropic. It is preferable to form by laminating.
  • the first composite member can be configured to have isotropic properties in an orthogonal plane orthogonal to the stacking direction.
  • the first composite member can have a uniform strength (tensile strength) in the orthogonal plane, it can function suitably as a strength member connected to the structure.
  • the direction of the load generated in the first composite member is defined as one load direction
  • the predetermined direction intersecting with the one load direction is the other
  • the second composite member and the buffer body are preferably divided into a plurality of pieces with a predetermined gap in the other load direction.
  • the buffer body is largely deformed on the first composite member side as compared with the second composite member side.
  • the buffer body can easily follow the deformation of the first composite member, the deformation on the first composite member side can be suitably absorbed. Further, since the buffer body can be made difficult to transmit the deformation of the first composite member to the second composite member, the relative displacement between the second composite member side can be made small, Breakage between the buffer and the second composite member can be suppressed.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a heat shield to which the composite structure according to the first embodiment is applied.
  • 2 is a cross-sectional view of the composite structure according to the first embodiment taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a state before and after the deformation of the composite structure according to the first embodiment.
  • 4 is a cross-sectional view of the composite structure according to the second embodiment, taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating states before and after deformation of the composite structure according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is an external perspective view of the composite material structure according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic view of a heat shield to which the composite structure according to the first embodiment is applied.
  • 2 is a cross-sectional view of the composite structure according to the first embodiment taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a state before and after the deformation of the composite structure according to the first embodiment.
  • the composite structure 1 shown in FIGS. 1 to 3 uses carbon fiber reinforced plastic (CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic) using different types of carbon fibers.
  • CFRP Carbon Fiber Reinforced Plastic
  • This composite material structure 1 can be applied as an aviation part constituting an aircraft.
  • As an aeronautical component it is the heat shield 10 provided in the inside of the nacelle 12, for example, and the composite material structure 1 is a structure which comprises the heat shield 10.
  • the heat shield 10 protects the nacelle 12 from heat by reducing the heat given to the nacelle 12 from the gas turbine engine 11 mounted on the aircraft.
  • the nacelle 12 is a cylindrical housing in which the gas turbine engine 11 is stored.
  • the gas turbine engine 11 is provided in the nacelle 12 and is a heating element that generates heat when activated.
  • the heat shield 10 is provided between the nacelle 12 and the gas turbine engine 11, and is installed on the inner peripheral side of the nacelle 12.
  • the heat shield 10 includes a heat transfer member 15 provided on the gas turbine engine 11 side, and a connecting member 16 provided between the nacelle 12 and the heat transfer member 15.
  • the heat transfer member 15 disperses the heat or releases the heat by transferring the heat given from the gas turbine engine 11 in a predetermined heat transfer direction.
  • the composite material structure 1 is applied to the nacelle 12, the heat transfer member 15, and the connecting member 16.
  • the composite structure 1 will be described with reference to FIG.
  • the composite structure 1 includes a first composite member 21 configured using a carbon fiber reinforced plastic containing PAN-based carbon fibers (so-called PAN-based CFRP), and a carbon fiber including pitch-based carbon fibers.
  • a second composite member 22 configured using reinforced plastic (so-called pitch-based CFRP) and a buffer body 23 provided between the first composite member 21 and the second composite member 22 are provided.
  • the composite material structure 1 is deformed by applying heat from the heating element 24 and external force.
  • the first composite member 21 corresponds to the nacelle 12
  • the second composite member 22 corresponds to the heat transfer member 15
  • the buffer 23 is the connecting member 16.
  • the heating element 24 corresponds to the gas turbine engine 11.
  • pitch-based CFRP has a higher breaking strain than the pitch-based CFRP
  • the PAN-based CFRP is tenacious with respect to the strain
  • the pitch-based CFRP is brittle with respect to the strain.
  • pitch-based CFRP has higher thermal conductivity (thermal conductivity) than PAN-based CFRP. Therefore, PAN-based CFRP is difficult to transfer heat, while pitch-based CFRP is more likely to transfer heat. It becomes.
  • the first composite member 21 is formed in a plate shape and is provided to face the heating element 24.
  • the 1st composite member 21 is formed in the plate shape or cylindrical shape which curves. Both ends of the first composite member 21 in a predetermined direction are connected to adjacent structures 25 on both sides. That is, the first composite member 21 is provided between the pair of structures 25 and connects the pair of structures 25.
  • the 1st composite member 21 may be connected with not only a pair of structure 25 but another structure.
  • the first composite member 21 is deformed in the facing surface facing the second composite member 22 when an external force is applied.
  • the direction of the load generated in the first composite member 21 by the external force is the direction in which the pair of structures 25 face each other in the first embodiment.
  • the external force may be directly applied to the first composite member 21, or may be indirectly applied to the first composite member 21 via the structure 25.
  • the load direction is not limited to one direction and may be a plurality of directions.
  • intersects a load direction turns into a non-load direction.
  • the non-load direction is a direction in which the load is smaller than the load in the load direction. For this reason, in the first composite member 21 that is deformed by an external force, the load direction and the non-load direction intersect in the plane facing the second composite member 22.
  • the first composite member 21 is made of PAN-based CFRP, the fracture strain is higher than that of the second composite member 22 using pitch-based CFRP. For this reason, the first composite member 21 is less likely to break due to deformation than the second composite member 22, and thus functions as a strength member by being connected to the pair of structures 25. .
  • the second composite member 22 is provided between the first composite member 21 and the heating element 24.
  • the second composite member 22 is formed in a plate shape, but is not particularly limited to this shape.
  • the second composite member 22 is formed in a curved shape or a cylindrical shape.
  • the second composite member 22 is provided so that both end portions thereof are opposed to the adjacent structures 25 with a predetermined gap therebetween. That is, the second composite member 22 is provided between the pair of structures 25 and is separated from the pair of structures 25 (disconnected state).
  • the predetermined gap is a gap that does not cause physical interference in the structure 25 when the second composite member 22 is deformed.
  • the first composite member 21 is deformed in the load direction via the pair of structures 25. It is not transmitted to the composite member 22.
  • the thermal conductivity is higher than that of the first composite member 21 using the PAN-based CFRP.
  • the second composite member 22 can easily transmit heat as compared with the first composite member 21, and therefore, the heat applied from the heating element 24 can be dispersed. The heat given can be reduced.
  • the second composite member 22 may be provided with a cooling device connected to the second composite member 22. In this case, the second composite member 22 directs the heat applied from the heating element 24 to the cooling device. You can escape.
  • the buffer body 23 is configured using PAN-based CFRP, and connects the first composite member 21 and the second composite member 22. Further, the buffer body 23 is formed with lower rigidity than the first composite member 21 and the second composite member 22. For this reason, the buffer body 23 can allow relative displacement between the first composite member 21 and the second composite member 22.
  • the buffer body 23 is a corrugated plate member in which crests 23a and troughs 23b are alternately adjacent in the load direction. For this reason, as for the buffer body 23, the deformation
  • the buffer 23 has a valley portion 23 b joined to the first composite member 21, and a peak portion 23 a joined to the second composite member 22. As shown in FIG. 3, when the first composite member 21 is deformed, the shock absorber 23 has a large deformation amount in the load direction of the valley portion 23 b on the first composite member 21 side, and the mountain on the second composite member 22 side. The amount of deformation of the portion 23a in the load direction is reduced. In other words, the first composite member 21 has a larger deformation amount than the second composite member 22.
  • the first composite member 21 is formed by quasi-isotropically laminating a single-layer sheet with the direction in which the first composite member 21 and the second composite member 22 face each other as the stacking direction.
  • the single-layer sheet is, for example, a prepreg in which the fiber directions of PAN-based carbon fibers are arranged in a predetermined direction and a resin such as an epoxy resin is contained.
  • the fiber direction of the sheet is 0 °, which is the same as the load direction, 45 °, which intersects the load direction at 45 °, and ⁇ 45 °, which intersects the load direction at ⁇ 45 °.
  • the state is 90 ° perpendicular to the load direction.
  • the sheets are laminated in the lamination direction so that the 0 ° state, the 45 ° state, the ⁇ 45 ° state, and the 90 ° state have the same number.
  • the 1st composite member 21 becomes a structure which has isotropy in the surface orthogonal to a lamination direction, ie, a structure of uniform intensity
  • the second composite member 22 is formed by stacking a plurality of single-layer sheets in the stacking direction.
  • the single-layer sheet is, for example, a prepreg in which the fiber directions of pitch-based carbon fibers are arranged in a predetermined direction and a resin such as an epoxy resin is contained.
  • the pitch-based carbon fiber is a continuous fiber. Thereby, thermal conductivity can be made high.
  • the second composite member 22 has a predetermined direction for releasing the heat received from the heating element 24 as a heat transfer direction, and a direction orthogonal to the heat transfer direction is not. The heat transfer direction.
  • the second composite member 22 has a plurality of single-layer sheets stacked in the stacking direction so that the number of sheets having the heat transfer direction as the fiber direction is larger than that of the sheets having the non-heat transfer direction as the fiber direction.
  • the second composite member 22 has more sheets in a state of 90 ° in which the fiber direction is orthogonal to the load direction, and the fiber direction is the same as the load direction.
  • the sheets are laminated in the laminating direction so that the number of sheets in the 0 ° state corresponding to the direction is reduced.
  • the 2nd composite member 22 becomes the structure which is easy to transmit heat to a heat transfer direction, and cannot transfer heat to a non-heat transfer direction.
  • the buffer body 23 is formed by laminating a plurality of single-layer sheets in the laminating direction. Similar to the first composite member 21, the single-layer sheet is a prepreg in which the fiber directions of the PAN-based carbon fibers are arranged in a predetermined direction and a resin such as an epoxy resin is contained.
  • the buffer body 23 is made to have a lower rigidity than the first composite member 21 and the second composite member 22, the fiber direction of the PAN-based carbon fiber is set to a predetermined direction, or the rigidity of the PAN-based carbon fiber is low.
  • the resin immersed in the PAN-based carbon fiber has a low rigidity, or the content of the PAN-based carbon fiber is reduced.
  • the cushioning body 23 when the cushioning body 23 is made to have low rigidity by setting the fiber direction of the PAN-based carbon fiber to a predetermined direction, the cushioning body 23 is a sheet whose load direction is the fiber direction, and the non-load direction is the fiber. A plurality of single-layer sheets are stacked in the stacking direction so that the number of sheets is smaller than that of the sheet. For example, when only the direction in which the pair of structures 25 face each other is the load direction, the direction orthogonal to the load direction is the non-load direction, and therefore the buffer body 23 is 90 ° in which the fiber direction is orthogonal to the load direction.
  • the sheets are stacked in the stacking direction so that the number of sheets in the state increases and the number of sheets in the 0 ° state in which the fiber direction is the same as the load direction decreases.
  • the direction in which the pair of structures 25 oppose is one load direction and the direction orthogonal to one load direction is the other load direction, ⁇ 45 ° with respect to the two orthogonal load directions Since the crossing direction becomes the non-loading direction, the buffer body 23 has a large number of 45 ° and ⁇ 45 ° sheets where the fiber direction crosses the load direction at 45 °, and the fiber direction is the same as the load direction.
  • the sheets are stacked in the stacking direction so that the number of sheets in the 0 ° and 90 ° states is reduced.
  • the first composite member 21 since the first composite member 21 uses PAN-based CFRP, the first composite member 21 can hardly be broken by an external force. Therefore, it is possible to achieve high thermal conductivity. For this reason, when an external force is applied to the first composite member 21, the first composite member 21 is difficult to break, and thus can function as a strength member that connects the pair of structures 25.
  • the second composite member 22 when heat is applied from the heating element 24 to the second composite member 22, the second composite member 22 has high thermal conductivity, and thus can dissipate heat or release heat. Excessive heating of the first composite member 21 and the second composite member 22 can be suppressed.
  • the second composite member 22 is provided separately from the adjacent structure 25, the second composite member 22 is deformed following the deformation of the first composite member 21 via the structure 25. Can be suppressed.
  • the 2nd composite member 22 is connected with the 1st composite member 21 via the buffer 23, it allows the relative displacement of the 1st composite member 21 and the 2nd composite member 22. Can do. For this reason, since the load due to the deformation of the first composite member 21 is transmitted to the second composite member 22 via the buffer body 23, the second composite member 22 follows the deformation of the first composite member 21. Can be further suppressed from deforming.
  • the heat of the heating element 24 is suitably dispersed or released by the second composite member 22 so that the heat to the composite material structure 1 and the surrounding space can be released.
  • the first composite member 21 can function as a strength member, and damage to the first composite member 21 and the second composite member 22 due to external force can be suppressed.
  • the shock absorber 23 as the corrugated member, the shock absorber 23 can be easily deformed in the load direction in which the pair of structures 25 are opposed to each other. For this reason, the buffer body 23 can be configured to easily follow the deformation in the load direction of the first composite member 21 and hardly transmit the deformation to the second composite member 22.
  • the 1st composite member 21 and the buffer body 23 can be made comparable intensity
  • the rigidity of the buffer body 23 in the load direction can be made lower than the rigidity of the buffer body 23 in the non-load direction.
  • the buffer body 23 can be configured to be easily deformed in the load direction as compared with the non-load direction, and the buffer body 23 is deformed suitably following the deformation of the first composite member 21 in the load direction. be able to.
  • the heat conductivity in the heat transfer direction of the second composite member 22 can be made higher than the heat conductivity in the non-heat transfer direction of the second composite member 22.
  • the heat received from the body 24 can be easily released in the heat transfer direction.
  • the first composite member 21 can be configured to have isotropic properties in an orthogonal plane orthogonal to the stacking direction. That is, since the first composite member 21 can be configured to have a uniform strength in the orthogonal plane, it can function suitably as a strength member connected to the structure 25.
  • the valley 23b of the buffer 23 on the first composite member 21 side can be greatly deformed compared to the peak 23a of the buffer 23 on the second composite member 22 side. For this reason, since the buffer body 23 can be made to easily follow the deformation of the first composite member 21, the deformation on the first composite member 21 side can be suitably absorbed. Further, since the buffer body 23 can hardly transmit the deformation of the first composite member 21 to the second composite member 22, the relative displacement between the second composite member 22 side and the shock absorber 23 is small. It is possible to suppress breakage between the buffer body 23 and the second composite member 22.
  • the composite material structure 1 is applied to the heat shield 10.
  • the present invention is not particularly limited to this configuration, and any aircraft component that receives heat from the heating element 24 can be used. Is also applicable.
  • the present invention may be applied to aviation parts that are arranged to face high temperature aviation electronic devices or various system devices.
  • FIGS. 4 is a cross-sectional view of the composite structure according to the second embodiment, taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating states before and after deformation of the composite structure according to the second embodiment.
  • a wave member is used as the buffer body 23, but in the second embodiment, a pad member is used as the buffer body 53.
  • the composite structure 51 of Example 2 will be described.
  • the composite material structure 51 includes a first composite member 21 configured using PAN-based CFRP, a second composite member 22 configured using pitch-based CFRP, and a first composite member 21. And a buffer 53 provided between the second composite member 22 and the second composite member 22.
  • the 1st composite member 21 and the 2nd composite member 22 are the same as that of Example 1, description is abbreviate
  • the buffer 53 is configured using PAN-based CFRP as in the first embodiment, and connects the first composite member 21 and the second composite member 22, and the first composite member 21 and the second composite member 22 are connected. Less rigid. For this reason, the buffer body 53 can allow relative displacement between the first composite member 21 and the second composite member 22.
  • the buffer body 53 is a rectangular parallelepiped pad member whose longitudinal direction is a direction orthogonal to the load direction of the first composite member 21. A plurality of the buffer bodies 53 are provided side by side with a predetermined interval in the load direction.
  • the surface on the first composite member 21 side (the lower surface in FIG. 4) is a first joint surface 53b joined to the first composite member 21, and the surface on the second composite member 22 side (see FIG. 4) is a second joint surface 53 a that is joined to the second composite member 22.
  • the shock absorber 53 when the first composite member 21 is deformed, the shock absorber 53 has a large amount of deformation in the load direction of the first joint surface 53 b on the first composite member 21 side. The amount of deformation in the load direction of the second joint surface 53a becomes smaller.
  • the buffer body 53 is formed by stacking a plurality of single-layer sheets in the stacking direction, as in the first embodiment.
  • the single-layer sheet is a prepreg containing a resin such as an epoxy resin in which the fiber directions of PAN-based carbon fibers are arranged in a predetermined direction.
  • the cushioning body 53 is made to have low rigidity by setting the fiber direction of the PAN-based carbon fiber to a predetermined direction, the cushioning body 53 is a sheet whose load direction is the fiber direction, and the non-load direction is the fiber direction.
  • a plurality of single-layer sheets are stacked in the stacking direction so as to be smaller than the number of sheets.
  • seat in the buffer 53 since it is the same as that of Example 1, description is abbreviate
  • the buffer body 53 as a pad member, the structure can be simplified as compared with the first embodiment. Therefore, the buffer body 53 can be easily formed. Is possible.
  • FIG. 6 is an external perspective view of the composite material structure according to the third embodiment.
  • the second composite member 22 and the buffer body 23 are divided into a plurality at predetermined intervals in a direction orthogonal to the load direction in which the pair of structures 25 are opposed to each other.
  • the composite material structure 61 includes a first composite member 21 configured using PAN-based CFRP, a second composite member 22 configured using pitch-based CFRP, and the first composite member 21. And a buffer 23 provided between the second composite member 22 and the second composite member 22.
  • a load direction generated in the first composite member 21 is a direction in which the pair of structures 25 face each other, and a direction orthogonal to the one load direction is the other.
  • the load direction is That is, on the facing surface of the first composite member 21 that faces the second composite member 22, the first composite member 21 is deformed in two orthogonal load directions.
  • the second composite member 22 is formed in a plate shape having a long length in one load direction and a short length in the other load direction.
  • a plurality of second composite members 22 are provided side by side with a predetermined interval along the other load direction.
  • the interval between the adjacent second composite members 22 is an interval at which no physical interference occurs during deformation.
  • the second composite member 22 is provided so that both end portions in one load direction face the adjacent structures 25 with a predetermined gap therebetween.
  • the buffer bodies 23 are respectively provided between the first composite member 21 and the plurality of second composite members 22. For this reason, since a plurality of buffer bodies 23 are provided according to the plurality of second composite members 22, the plurality of buffer bodies 23, along with the other load direction, like the plurality of second composite members 22, A plurality are arranged side by side with a predetermined interval. Further, the buffer body 23 is formed with lower rigidity than the first composite member 21 and the second composite member 22 as in the first embodiment.
  • the buffer body 23 is a corrugated plate member in which peak portions 23a and valley portions 23b are alternately adjacent in one load direction. For this reason, the buffer body 23 is more easily deformed in one load direction than in the other load direction.
  • the first composite member 21 deforms in one load direction and the other load direction.
  • the second composite member 22 and the buffer body 23 are each provided with a predetermined gap between the pair of structures 25, each second composite member 22 has a first gap in the first load direction. No load is applied from the composite member 21 via the pair of structures 25.
  • the second composite member 22 and the buffer body 23 are spaced apart from each other adjacent second composite member 22 and the buffer body 23 by a predetermined distance, The composite member 22 can have a small load applied from the first composite member 21.
  • the third embodiment even when the first composite member 21 is deformed in the other load direction orthogonal to the one load direction, the second composite member 22 and the buffer in the other load direction. By dividing the body 23, it is possible to suppress the deformation of the second composite member 22 following the deformation of the first composite member 21.
  • the method of forming the composite members 21 and 21 and the buffer bodies 23 and 53 by prepreg has been described.
  • the method is not limited to this, and a method of injecting resin into a dry cloth or a non-woven fabric is used. You may shape

Abstract

複合材構造（１）は、発熱体（２４）に対向して配置され、ＰＡＮ系炭素繊維を含む第１複合部材（２１）と、発熱体（２４）と第１複合部材（２１）との間に配置され、ピッチ系炭素繊維を含む第２複合部材（２２）と、第１複合部材（２１）と第２複合部材（２２）との間に設けられ、第１複合部材（２１）及び第２複合部材（２２）にそれぞれ接合されると共に、第１複合部材（２１）及び第２複合部材（２２）よりも低剛性となる緩衝体（２３）と、を備え、第１複合部材（２１）は、隣接する構造体（２５）に連結して設けられる一方で、第２複合部材（２２）及び緩衝体（２３）は、構造体（２５）と分離して設けられる。

Description

複合材構造
　本発明は、異なる種類の炭素繊維を用いた複合材構造に関するものである。
　従来、ピッチベース炭素繊維を含む第１セル壁と、パンベース炭素繊維を含む第２セル壁とが、選択的かつ必須的に複合して用いられる繊維強化プラスチック製のハニカム構造体が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、特許文献１には、ピッチベース炭素繊維よりなる繊維強化プラスチックと、パンベース炭素繊維よりなる繊維強化プラスチックとを比較すると、前者が、より熱伝導性が高いのに対し、後者は、より強度が高いことが記載されている。
特開平８－２０７１８０号公報
　ところで、ピッチ系炭素繊維を含む炭素繊維強化プラスチック（以下、ピッチ系ＣＦＲＰと言う）と、ＰＡＮ系炭素繊維を含む炭素繊維強化プラスチック（以下、ＰＡＮ系ＣＦＲＰと言う）とを備える複合材構造は、熱を発する発熱体に対向して設けられる場合がある。この場合、複合材構造の熱の滞留を抑制すべく、熱伝導性の高いピッチ系ＣＦＲＰを強度部材として用いることが考えられる。ピッチ系ＣＦＲＰを強度部材として用いる場合、ピッチ系ＣＦＲＰは、隣接する他の構造体に連結される。このため、隣接する他の構造体に連結された状態で、ピッチ系ＣＦＲＰに外力が与えられると、ピッチ系ＣＦＲＰは、外力により変形する。しかしながら、ピッチ系ＣＦＲＰは、ＰＡＮ系ＣＦＲＰに比して破断歪みが低いことから、ＰＡＮ系ＣＦＲＰに比して破断し易いものとなる。
　外力による破断を抑制するために、ＰＡＮ系ＣＦＲＰを、ピッチ系ＣＦＲＰと共に、他の構造体に連結することも考えられる。ＰＡＮ系ＣＦＲＰ及びピッチ系ＣＦＲＰに外力が与えられると、ＰＡＮ系ＣＦＲＰ及びピッチ系ＣＦＲＰは、外力により変形する。このとき、ピッチ系ＣＦＲＰは、他の構造体を介してＰＡＮ系ＣＦＲＰに連結されていることから、外力によるＰＡＮ系ＣＦＲＰの変形に追従して、ピッチ系ＣＦＲＰが変形する。しかしながら、ピッチ系ＣＦＲＰは、ＰＡＮ系ＣＦＲＰの変形に追従できず、ＰＡＮ系ＣＦＲＰに比して破断し易いものとなる。
　そこで、本発明は、発熱体から熱を受ける場合、熱の滞留を抑制しつつ、外力による破損を抑制することができる複合材構造を提供することを課題とする。
　本発明の複合材構造は、発熱体に対向して配置され、ＰＡＮ系炭素繊維を含む第１複合部材と、前記発熱体と前記第１複合部材との間に配置され、ピッチ系炭素繊維を含む第２複合部材と、前記第１複合部材と前記第２複合部材との間に設けられ、前記第１複合部材及び前記第２複合部材を連結すると共に、前記第１複合部材及び前記第２複合部材よりも低剛性となる緩衝体と、を備え、前記第１複合部材は、隣接する構造体に連結して設けられる一方で、前記第２複合部材及び前記緩衝体は、前記構造体と分離して設けられることを特徴とする。
　この構成によれば、第１複合部材は、ＰＡＮ系炭素繊維を含む複合部材となっていることから、外力によって破断し難い部材となる。また、第２複合部材は、ピッチ系炭素繊維を含む複合部材となっていることから、熱伝導性の高い部材となる。このため、第１複合部材に外力が与えられた場合、第１複合部材は破断し難いことから、隣接する構造体に連結して設けることで、強度部材として機能させることができる。また、発熱体から第２複合部材に熱が与えられた場合、第２複合部材は、熱伝導性が高いことから、熱を分散させたり、熱を逃がしたりすることができるため、第１複合部材及び第２複合部材が過剰に加熱されることを抑制することができる。ここで、第２複合部材は、隣接する構造体と分離して設けられていることから、構造体を介して第１複合部材の変形に追従して第２複合部材が変形することを抑制することができる。また、第２複合部材は、緩衝体を介して、第１複合部材と連結されている。ここで、緩衝体は、第１複合部材及び第２複合部材よりも低剛性となっているため、第１複合部材と第２複合部材との相対的な変位を許容することができる。このため、第２複合部材には、第１複合部材の変形による荷重が、緩衝体を介して伝達されることから、第１複合部材の変形に追従して第２複合部材が変形することをより抑制することができる。以上から、発熱体から熱を受ける場合であっても、第２複合部材により発熱体の熱を好適に分散したり、逃がしたりすることで複合材構造及び周囲空間への熱の滞留を抑制しつつ、第１複合部材を強度部材として機能させ、外力による第１複合部材及び第２複合部材の破損を抑制することができる。
　また、前記緩衝体は、前記第１複合部材に接合される谷部と、前記第２複合部材に接合される山部とが交互に隣接する波板部材であることが好ましい。
　この構成によれば、緩衝体を波板部材とすることにより、緩衝体を山部と谷部とが隣接する方向に変形し易い構成とすることができる。
　また、前記緩衝体は、前記第１複合部材に接合される第１接合面と、前記第２複合部材に接合される第２接合面とを有するパッド部材であることが好ましい。
　この構成によれば、緩衝体をパッド部材とすることにより、緩衝体を簡易な構成とすることができる。
　また、前記緩衝体は、ＰＡＮ系炭素繊維を含む複合部材であることが好ましい。
　この構成によれば、緩衝体を、ＰＡＮ系炭素繊維を含む複合部材とすることで、第１複合部材と緩衝体とを同程度の強度とすることができる。また、緩衝体は、第１複合部材と同程度の破断歪みとなるため、外力により第１複合部材が変形することによって、第１複合部材と緩衝体との間が破断することを抑制することができる。
　また、前記第２複合部材と対向する前記第１複合部材の対向面内において、前記第１複合部材に生じる荷重の方向を荷重方向とし、前記荷重方向に交わる所定の方向を非荷重方向とすると、前記緩衝体は、前記荷重方向を繊維方向とする前記ＰＡＮ系炭素繊維が、前記非荷重方向を繊維方向とする前記ＰＡＮ系炭素繊維に比して少ないことが好ましい。
　この構成によれば、荷重方向における緩衝体の剛性を、非荷重方向における緩衝体の剛性に比して低くすることができる。このため、緩衝体を非荷重方向に比べて荷重方向に変形し易い構成とすることができ、外力による第１複合部材の変形に好適に追従して、緩衝体を変形させることができる。
　また、前記第１複合部材と対向する前記第２複合部材の対向面内において、前記発熱体から受けた熱を伝達する所定の方向を伝熱方向とし、前記伝熱方向に交わる所定の方向を非伝熱方向とすると、前記第２複合部材は、前記伝熱方向を繊維方向とする前記ピッチ系炭素繊維が、前記非伝熱方向を繊維方向とする前記ピッチ系炭素繊維に比して多いことが好ましい。
　この構成によれば、第２複合部材の伝熱方向における熱伝導性を、第２複合部材の非伝熱方向における熱伝導性に比して高くすることができるため、発熱体から受けた熱を伝熱方向に逃がし易いものとすることができる。
　また、前記第１複合部材は、前記ＰＡＮ系炭素繊維を含んで構成される単層のシートを、前記第１複合部材と前記第２複合部材とが対向する方向を積層方向として、疑似等方積層することで形成されることが好ましい。
　この構成によれば、第１複合部材を、積層方向に直交する直交面内において等方性を有する構成とすることができる。つまり、第１複合部材を、直交面内において均一な強度（引張強度）とすることができるため、構造体に連結される強度部材として好適に機能させることができる。
　また、前記第２複合部材と対向する前記第１複合部材の対向面内において、前記第１複合部材に生じる荷重の方向を一方の荷重方向とし、一方の前記荷重方向に交わる所定の方向を他方の荷重方向とすると、前記第２複合部材及び前記緩衝体は、他方の前記荷重方向において、所定の隙間を空けて複数に分割されていることが好ましい。
　この構成によれば、他方の荷重方向に第１複合部材が変形する場合であっても、他方の荷重方向に第２複合部材及び緩衝体を分割することで、第１複合部材の変形に追従して第２複合部材が変形することを抑制することができる。
　また、前記緩衝体は、前記第１複合部材側が、前記第２複合部材側に比して大きく変形することが好ましい。
　この構成によれば、緩衝体を、第１複合部材の変形に追従させ易いものとすることができるため、第１複合部材側の変形を好適に吸収することができる。また、緩衝体を、第１複合部材の変形を第２複合部材に伝え難いものとすることができるため、第２複合部材側との間の相対的な変位を小さいものとすることができ、緩衝体と第２複合部材との間が破断することを抑制することができる。
図１は、実施例１に係る複合材構造を適用したヒートシールドの模式図である。 図２は、実施例１に係る複合材構造の図１のＡ－Ａ断面図である。 図３は、実施例１に係る複合材構造の変形前後の状態を示す説明図である。 図４は、実施例２に係る複合材構造の図１のＡ－Ａ断面図である。 図５は、実施例２に係る複合材構造の変形前後の状態を示す説明図である。 図６は、実施例３に係る複合材構造の外観斜視図である。
　以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせることも可能である。
　図１は、実施例１に係る複合材構造を適用したヒートシールドの模式図である。図２は、実施例１に係る複合材構造の図１のＡ－Ａ断面図である。図３は、実施例１に係る複合材構造の変形前後の状態を示す説明図である。図１から図３に示す複合材構造１は、異なる種類の炭素繊維を用いた炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastic）が用いられている。この複合材構造１は、航空機を構成する航空部品として適用可能となっている。航空部品としては、例えば、ナセル１２の内側に設けられるヒートシールド１０であり、複合材構造１は、ヒートシールド１０を構成する構造体となっている。先ず、複合材構造１の説明に先立ち、図１を参照して、ヒートシールド１０周りの構造について説明する。
　図１に示すように、ヒートシールド１０は、航空機に搭載されるガスタービンエンジン１１からナセル１２に与えられる熱を軽減することで、ナセル１２を熱から保護するものとなっている。ナセル１２は、円筒形状のハウジングとなっており、その内部にガスタービンエンジン１１を格納している。ガスタービンエンジン１１は、ナセル１２の内部に設けられており、作動することによって発熱する発熱体となっている。
　ヒートシールド１０は、ナセル１２とガスタービンエンジン１１との間に設けられ、ナセル１２の内周側に設置されている。ヒートシールド１０は、ガスタービンエンジン１１側に設けられる伝熱部材１５と、ナセル１２と伝熱部材１５との間に設けられる連結部材１６とを備えている。伝熱部材１５は、ガスタービンエンジン１１から与えられる熱を所定の伝熱方向に伝達することで、熱を分散させたり、熱を逃がしたりしている。ここで、ナセル１２、伝熱部材１５及び連結部材１６には、複合材構造１が適用されている。以下、図２を参照して、複合材構造１について説明する。
　図２に示すように、複合材構造１は、ＰＡＮ系炭素繊維を含む炭素繊維強化プラスチック（いわゆるＰＡＮ系ＣＦＲＰ）を用いて構成される第１複合部材２１と、ピッチ系炭素繊維を含む炭素繊維強化プラスチック（いわゆるピッチ系ＣＦＲＰ）を用いて構成される第２複合部材２２と、第１複合部材２１と第２複合部材２２との間に設けられる緩衝体２３とを備えている。この複合材構造１には、発熱体２４から熱が与えられると共に、外力が与えられることで、第１複合部材２１が変形する。なお、複合材構造１をヒートシールド１０に適用する場合には、第１複合部材２１がナセル１２に対応し、第２複合部材２２が伝熱部材１５に対応し、緩衝体２３が連結部材１６に対応し、発熱体２４がガスタービンエンジン１１に対応する。
　ここで、ピッチ系ＣＦＲＰとＰＡＮ系ＣＦＲＰとについて比較する。ＰＡＮ系ＣＦＲＰは、ピッチ系ＣＦＲＰに比して破断歪みが高いことから、ＰＡＮ系ＣＦＲＰは、歪みに対して粘り強く、一方で、ピッチ系ＣＦＲＰは、歪みに対して脆いものとなる。また、ピッチ系ＣＦＲＰは、ＰＡＮ系ＣＦＲＰに比して熱伝導性（熱伝導率）が高いことから、ＰＡＮ系ＣＦＲＰは、熱が伝わり難く、一方で、ピッチ系ＣＦＲＰは、熱が伝わり易いものとなる。
　第１複合部材２１は、板状に形成されており、発熱体２４に対向して設けられている。なお、第１複合部材２１をナセル１２に適用する場合、第１複合部材２１は、湾曲する板状または円筒形状に形成される。第１複合部材２１は、所定の方向における両端部が、隣接する両側の構造体２５にそれぞれ連結されている。つまり、第１複合部材２１は、一対の構造体２５の間に設けられて、一対の構造体２５を連結している。なお、第１複合部材２１は、一対の構造体２５に限らず、他の構造体に連結される場合もある。
　この第１複合部材２１は、外力が与えられると、第２複合部材２２と対向する対向面内において変形する。このとき、外力により第１複合部材２１に生じる荷重の方向は、実施例１において、一対の構造体２５が対向する方向となる。ここで、外力は、第１複合部材２１に直接的に与えられる場合もあれば、構造体２５を介して第１複合部材２１に間接的に与えられる場合もある。なお、荷重方向は、一方向に限らず、複数の方向となる場合もある。また、第１複合部材２１は、荷重方向に交わる所定の方向が非荷重方向となる。非荷重方向は、荷重方向における荷重に比して小さな荷重となる方向である。このため、外力により変形する第１複合部材２１は、第２複合部材２２と対向する面内において、荷重方向と非荷重方向とが交差することとなる。
　ここで、第１複合部材２１は、ＰＡＮ系ＣＦＲＰが用いられていることから、ピッチ系ＣＦＲＰが用いられる第２複合部材２２に比して破断歪みが高いものとなっている。このため、第１複合部材２１は、第２複合部材２２に比して変形による破断が生じ難いものとなることから、一対の構造体２５に連結して設けられることで、強度部材として機能する。
　第２複合部材２２は、第１複合部材２１と発熱体２４との間に設けられている。なお、図２では、第２複合部材２２は、板状に形成されているが、この形状に特に限定されない。また、第２複合部材２２を伝熱部材１５に適用する場合、第１複合部材２１と同様に、第２複合部材２２は、湾曲する形状または円筒形状に形成される。この第２複合部材２２は、第１複合部材２１の荷重方向において、その両端部が、隣接する両側の構造体２５に対し、所定の隙間を空けてそれぞれ対向して設けられている。つまり、第２複合部材２２は、一対の構造体２５の間に設けられ、一対の構造体２５から分離した状態（非連結の状態）となっている。なお、所定の隙間は、第２複合部材２２の変形時において、構造体２５に物理的な干渉が生じない隙間となっている。
　この第２複合部材２２は、一対の構造体２５との間にそれぞれ所定の隙間を設けていることから、第１複合部材２１の荷重方向における変形が、一対の構造体２５を介して第２複合部材２２に伝わらない。
　ここで、第２複合部材２２は、ピッチ系ＣＦＲＰが用いられていることから、ＰＡＮ系ＣＦＲＰが用いられる第１複合部材２１に比して熱伝導率の高いものとなっている。このため、第２複合部材２２は、第１複合部材２１に比して熱を伝え易いものとなることから、発熱体２４から与えられた熱を分散させることができ、第１複合部材２１に与えられる熱を軽減することができる。なお、第２複合部材２２には、第２複合部材２２に接続される冷却装置を設けてもよく、この場合、第２複合部材２２は、発熱体２４から与えられた熱を冷却装置へ向けて逃がすことができる。
　緩衝体２３は、ＰＡＮ系ＣＦＲＰを用いて構成され、第１複合部材２１と第２複合部材２２とを連結している。また、緩衝体２３は、第１複合部材２１及び第２複合部材２２よりも低剛性に形成される。このため、緩衝体２３は、第１複合部材２１と第２複合部材２２との相対的な変位を許容することができる。
　具体的に、緩衝体２３は、山部２３ａと谷部２３ｂとが荷重方向に交互に隣接する波板部材となっている。このため、緩衝体２３は、荷重方向における変形が、荷重方向に直交する方向における変形に比して、変形し易いものとなっている。緩衝体２３は、その谷部２３ｂが第１複合部材２１に接合され、その山部２３ａが第２複合部材２２に接合されている。図３に示すように、緩衝体２３は、第１複合部材２１が変形すると、第１複合部材２１側となる谷部２３ｂの荷重方向における変形量が大きく、第２複合部材２２側となる山部２３ａの荷重方向における変形量が小さくなる。換言すれば、第１複合部材２１は、第２複合部材２２に比して変形量が大きいものとなる。
　ここで、第１複合部材２１は、単層のシートを、第１複合部材２１と第２複合部材２２とが対向する方向を積層方向として、疑似等方積層することで形成される。単層のシートは、例えば、ＰＡＮ系炭素繊維の繊維方向を所定の方向に並べてエポキシ樹脂等の樹脂を含有させたプリプレグである。疑似等方積層では、シートの繊維方向が、荷重方向と同じ方向となる０°の状態と、荷重方向と４５°で交わる４５°の状態と、荷重方向と－４５°で交わる－４５°の状態と、荷重方向と直交する９０°の状態となる。そして、疑似等方積層では、０°の状態、４５°の状態、－４５°の状態及び９０°の状態が、それぞれ同じ数となるように、シートが積層方向に積層される。これにより、第１複合部材２１は、積層方向に直交する面内において、等方性を有する構成、すなわち、積層方向に直交する面内において、均一な強度（引張強度）の構成となる。
　第２複合部材２２は、単層のシートを積層方向に複数積層することで形成される。単層のシートは、例えば、ピッチ系炭素繊維の繊維方向を所定の方向に並べてエポキシ樹脂等の樹脂を含有させたプリプレグである。また、ピッチ系炭素繊維は連続繊維を用いる。これにより、熱伝導性を高くすることができる。ここで、第２複合部材２２は、第１複合部材２１と対向する対向面内において、発熱体２４から受けた熱を逃がす所定の方向を伝熱方向とし、伝熱方向に直交する方向を非伝熱方向とする。このとき、第２複合部材２２は、伝熱方向を繊維方向とするシートが、非伝熱方向を繊維方向とするシートに比して多くなるように、単層のシートを積層方向に複数積層する。具体的に、伝熱方向を荷重方向に直交する方向とする場合、第２複合部材２２は、繊維方向が荷重方向と直交する９０°の状態のシートが多くなり、繊維方向が荷重方向と同じ方向となる０°の状態のシートが少なくなるように、シートが積層方向に積層される。これにより、第２複合部材２２は、伝熱方向に熱を伝え易く、非伝熱方向に熱を伝え難い構成となる。
　緩衝体２３は、単層のシートを積層方向に複数積層することで形成される。単層のシートは、第１複合部材２１と同様に、ＰＡＮ系炭素繊維の繊維方向を所定の方向に並べてエポキシ樹脂等の樹脂を含有させたプリプレグである。ここで、緩衝体２３を第１複合部材２１及び第２複合部材２２よりも低剛性にする場合には、ＰＡＮ系炭素繊維の繊維方向を所定の方向としたり、ＰＡＮ系炭素繊維の中でも低剛性となる繊維を用いたり、ＰＡＮ系炭素繊維に浸される樹脂を低剛性のものとしたり、ＰＡＮ系炭素繊維の含有量を減らしたりする。具体的に、ＰＡＮ系炭素繊維の繊維方向を所定の方向とすることによって、緩衝体２３を低剛性にする場合、緩衝体２３は、荷重方向を繊維方向とするシートが、非荷重方向を繊維方向とするシートに比して少なくなるように、単層のシートを積層方向に複数積層する。例えば、一対の構造体２５が対向する方向のみが荷重方向である場合、荷重方向に直交する方向が非荷重方向となることから、緩衝体２３は、繊維方向が荷重方向と直交する９０°の状態のシートが多くなり、繊維方向が荷重方向と同じ方向となる０°の状態のシートが少なくなるように、シートが積層方向に積層される。また、一対の構造体２５が対向する方向が一方の荷重方向であり、また、一方の荷重方向に直交する方向が他方の荷重方向である場合、直交する２つの荷重方向に対して±４５°に交わる方向が非荷重方向となることから、緩衝体２３は、繊維方向が荷重方向と４５°で交わる４５°及び－４５°の状態のシートが多くなり、繊維方向が荷重方向と同じ方向となる０°及び９０°の状態のシートが少なくなるように、シートが積層方向に積層される。
　以上のように、実施例１によれば、第１複合部材２１は、ＰＡＮ系ＣＦＲＰを用いているため、外力によって破断し難いものとすることができ、第２複合部材２２は、ピッチ系ＣＦＲＰを用いているため、熱伝導性の高いものとすることができる。このため、第１複合部材２１に外力が与えられた場合、第１複合部材２１は破断し難いことから、一対の構造体２５を連結する強度部材として機能させることができる。また、発熱体２４から第２複合部材２２に熱が与えられた場合、第２複合部材２２は、熱伝導性が高いことから、熱を分散させたり、熱を逃がしたりすることができるため、第１複合部材２１及び第２複合部材２２が過剰に加熱されることを抑制することができる。ここで、第２複合部材２２は、隣接する構造体２５と分離して設けられていることから、構造体２５を介して第１複合部材２１の変形に追従して第２複合部材２２が変形することを抑制することができる。また、第２複合部材２２は、緩衝体２３を介して、第１複合部材２１と連結されていることから、第１複合部材２１と第２複合部材２２との相対的な変位を許容することができる。このため、第２複合部材２２には、第１複合部材２１の変形による荷重が、緩衝体２３を介して伝達されることから、第１複合部材２１の変形に追従して第２複合部材２２が変形することをより抑制することができる。以上から、発熱体２４から熱を受ける場合であっても、第２複合部材２２により発熱体２４の熱を好適に分散したり、逃がしたりすることで複合材構造１及び周囲空間への熱の滞留を抑制しつつ、第１複合部材２１を強度部材として機能させ、外力による第１複合部材２１及び第２複合部材２２の破損を抑制できる。
　また、実施例１によれば、緩衝体２３を波板部材とすることにより、一対の構造体２５が対向する荷重方向に緩衝体２３を変形し易い構造とすることができる。このため、緩衝体２３を、第１複合部材２１の荷重方向における変形に追従させ易く、第２複合部材２２に変形を伝え難い構成とすることができる。
　また、実施例１によれば、緩衝体２３を、ＰＡＮ系ＣＦＲＰとすることで、第１複合部材２１と緩衝体２３とを同程度の強度とすることができる。また、緩衝体２３は、第１複合部材２１と同程度の破断歪みとなるため、外力により第１複合部材２１が変形することによって、第１複合部材２１と緩衝体２３との間が破断することを抑制することができる。
　また、実施例１によれば、荷重方向における緩衝体２３の剛性を、非荷重方向における緩衝体２３の剛性に比して低くすることができる。このため、緩衝体２３を、非荷重方向に比べて荷重方向に変形し易い構成とすることができ、第１複合部材２１の荷重方向における変形に好適に追従して、緩衝体２３を変形させることができる。
　また、実施例１によれば、第２複合部材２２の伝熱方向における熱伝導性を、第２複合部材２２の非伝熱方向における熱伝導性に比して高くすることができるため、発熱体２４から受けた熱を伝熱方向に逃がし易い構成とすることができる。
　また、実施例１によれば、第１複合部材２１を、積層方向に直交する直交面内において等方性を有する構成とすることができる。つまり、第１複合部材２１を、直交面内において均一な強度に構成することができるため、構造体２５に連結される強度部材として好適に機能させることができる。
　また、実施例１によれば、第１複合部材２１側の緩衝体２３の谷部２３ｂを、第２複合部材２２側の緩衝体２３の山部２３ａに比して大きく変形させることができる。このため、緩衝体２３を、第１複合部材２１の変形に追従させ易いものとすることができるため、第１複合部材２１側の変形を好適に吸収することができる。また、緩衝体２３を、第１複合部材２１の変形を第２複合部材２２に伝え難いものとすることができるため、第２複合部材２２側との間の相対的な変位を小さいものとすることができ、緩衝体２３と第２複合部材２２との間が破断することを抑制することができる。
　なお、実施例１では、複合材構造１をヒートシールド１０に適用して説明したが、この構成に特に限定されず、発熱体２４からの熱を受ける航空部品であれば、いずれの航空部品にも適用可能である。例えば、高温となる航空用電子機器または各種システム機器に対向して配置される航空部品に適用してもよい。
　次に、図４及び図５を参照して、実施例２に係る複合材構造５１について説明する。図４は、実施例２に係る複合材構造の図１のＡ－Ａ断面図である。図５は、実施例２に係る複合材構造の変形前後の状態を示す説明図である。なお、実施例２では、実施例１と重複した記載を避けるべく、実施例１と異なる部分についてのみ説明し、実施例１と同様のものについては、同じ符号を付して説明する。実施例１では、緩衝体２３として、波状部材を用いたが、実施例２では、緩衝体５３として、パッド部材を用いている。以下、実施例２の複合材構造５１について説明する。
　図４に示すように、複合材構造５１は、ＰＡＮ系ＣＦＲＰを用いて構成される第１複合部材２１と、ピッチ系ＣＦＲＰを用いて構成される第２複合部材２２と、第１複合部材２１と第２複合部材２２との間に設けられる緩衝体５３とを備えている。なお、第１複合部材２１及び第２複合部材２２は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。
　緩衝体５３は、実施例１と同様に、ＰＡＮ系ＣＦＲＰを用いて構成され、第１複合部材２１と第２複合部材２２とを連結しており、第１複合部材２１及び第２複合部材２２よりも低剛性に形成される。このため、緩衝体５３は、第１複合部材２１と第２複合部材２２との相対的な変位を許容することができる。
　具体的に、緩衝体５３は、第１複合部材２１の荷重方向に直交する方向を長手方向とする長方体形状のパッド部材となっている。この緩衝体５３は、荷重方向に所定の間隔を空けて並べて複数設けられている。緩衝体５３は、第１複合部材２１側の面（図４の下面）が、第１複合部材２１に接合される第１接合面５３ｂとなっており、第２複合部材２２側の面（図４の上面）が、第２複合部材２２に接合される第２接合面５３ａとなっている。
　図５に示すように、緩衝体５３は、第１複合部材２１が変形すると、第１複合部材２１側となる第１接合面５３ｂの荷重方向における変形量が大きく、第２複合部材２２側となる第２接合面５３ａの荷重方向における変形量が小さくなる。
　この緩衝体５３は、実施例１と同様に、単層のシートを積層方向に複数積層することで形成される。単層のシートは、ＰＡＮ系炭素繊維の繊維方向を所定の方向に並べてエポキシ樹脂等の樹脂を含有させたプリプレグである。ここで、ＰＡＮ系炭素繊維の繊維方向を所定の方向とすることによって、緩衝体５３を低剛性にする場合、緩衝体５３は、荷重方向を繊維方向とするシートが、非荷重方向を繊維方向とするシートに比して少なくなるように、単層のシートを積層方向に複数積層する。なお、緩衝体５３におけるシートの積層については、実施例１と同様であるため、説明を省略する。
　以上のように、実施例２によれば、緩衝体５３をパッド部材とすることで、実施例１に比して、簡易な構造とすることができるため、緩衝体５３を容易に形成することが可能となる。
　次に、図６を参照して、実施例３に係る複合材構造６１について説明する。図６は、実施例３に係る複合材構造の外観斜視図である。なお、実施例３でも、実施例１と重複した記載を避けるべく、実施例１と異なる部分についてのみ説明し、実施例１と同様のものについては、同じ符号を付して説明する。実施例３では、一対の構造体２５が対向する荷重方向に直交する方向において、第２複合部材２２及び緩衝体２３が、所定の間隔を空けて複数に分割されている。
　図６に示すように、複合材構造６１は、ＰＡＮ系ＣＦＲＰを用いて構成される第１複合部材２１と、ピッチ系ＣＦＲＰを用いて構成される第２複合部材２２と、第１複合部材２１と第２複合部材２２との間に設けられる緩衝体２３とを備えている。この複合材構造６１は、外力が与えられると、第１複合部材２１に生じる荷重方向は、一対の構造体２５が対向する方向が一方の荷重方向となり、一方の荷重方向に直交する方向が他方の荷重方向となる。つまり、第２複合部材２２に対向する第１複合部材２１の対向面において、第１複合部材２１は、直交する２つの荷重方向に変形する。なお、図６に示す複合材構造６１を、図１のヒートシールド１０に適用する場合、一対の構造体２５が対向する一方の荷重方向は、円筒形状のナセル１２の軸方向となり、一方の荷重方向に直交する他方の荷重方向は、円筒形状のナセル１２の周方向となる。なお、第１複合部材２１は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。
　第２複合部材２２は、一方の荷重方向における長さが長く、他方の荷重方向における長さが短い板状に形成されている。第２複合部材２２は、他方の荷重方向に沿って、所定の間隔を空けて複数並べて設けられている。このとき、隣接する第２複合部材２２同士の間隔は、変形時において物理的な干渉が生じない間隔となっている。また、第２複合部材２２は、実施例１と同様に、一方の荷重方向の両端部が、隣接する両側の構造体２５に対し、所定の隙間を空けてそれぞれ対向して設けられている。
　緩衝体２３は、第１複合部材２１と複数の第２複合部材２２との間にそれぞれ設けられている。このため、緩衝体２３は、複数の第２複合部材２２に応じて複数設けられることから、複数の緩衝体２３は、複数の第２複合部材２２と同様に、他方の荷重方向に沿って、所定の間隔を空けて複数並べて設けられる。また、緩衝体２３は、実施例１と同様に、第１複合部材２１及び第２複合部材２２よりも低剛性に形成される。緩衝体２３は、山部２３ａと谷部２３ｂとが一方の荷重方向に交互に隣接する波板部材となっている。このため、緩衝体２３は、一方の荷重方向における変形が、他方の荷重方向における変形に比して、変形し易いものとなっている。
　このため、第１複合部材２１は、外力が与えられると、一方の荷重方向と他方の荷重方向とに変形する。このとき、第２複合部材２２及び緩衝体２３は、一対の構造体２５との間にそれぞれ所定の隙間を設けていることから、一方の荷重方向において、各第２複合部材２２には、第１複合部材２１から一対の構造体２５を介して荷重が与えられない。また、第２複合部材２２及び緩衝体２３は、隣接する他の第２複合部材２２及び緩衝体２３との間にそれぞれ所定の間隔を空けていることから、他方の荷重方向において、各第２複合部材２２には、第１複合部材２１から与えられる荷重を小さいものとすることができる。
　以上のように、実施例３によれば、一方の荷重方向に直交する他方の荷重方向に第１複合部材２１が変形する場合であっても、他方の荷重方向に第２複合部材２２及び緩衝体２３を分割することで、第１複合部材２１の変形に追従して第２複合部材２２が変形することを抑制することができる。
　なお、実施例１から３では、各複合部材２１，２１及び緩衝体２３，５３をプリプレグにより形成する方法を説明したが、これに限らず、ドライクロスに樹脂を注入する方法、または不織布にした樹脂と炭素繊維を合わせて積層硬化する方法等により成形してもよい。
１　複合材構造
１０　ヒートシールド
１１　ガスタービンエンジン
１２　ナセル
１５　伝熱部材
１６　連結部材
２１　第１複合部材
２２　第２複合部材
２３　緩衝体
２４　発熱体
２５　構造体
５１　複合材構造（実施例２）
５３　緩衝体（実施例２）
６１　複合材構造（実施例３）

Claims (9)

  1. 　発熱体に対向して配置され、ＰＡＮ系炭素繊維を含む第１複合部材と、
    　前記発熱体と前記第１複合部材との間に配置され、ピッチ系炭素繊維を含む第２複合部材と、
    　前記第１複合部材と前記第２複合部材との間に設けられ、前記第１複合部材及び前記第２複合部材を連結すると共に、前記第１複合部材及び前記第２複合部材よりも低剛性となる緩衝体と、を備え、
    　前記第１複合部材は、隣接する構造体に連結して設けられる一方で、前記第２複合部材及び前記緩衝体は、前記構造体と分離して設けられることを特徴とする複合材構造。
  2. 　前記緩衝体は、前記第１複合部材に接合される谷部と、前記第２複合部材に接合される山部とが交互に隣接する波板部材であることを特徴とする請求項１に記載の複合材構造。
  3. 　前記緩衝体は、前記第１複合部材に接合される第１接合面と、前記第２複合部材に接合される第２接合面とを有するパッド部材であることを特徴とする請求項１に記載の複合材構造。
  4. 　前記緩衝体は、ＰＡＮ系炭素繊維を含む複合部材であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の複合材構造。
  5. 　前記第２複合部材と対向する前記第１複合部材の対向面内において、前記第１複合部材に生じる荷重の方向を荷重方向とし、前記荷重方向に交わる所定の方向を非荷重方向とすると、
    　前記緩衝体は、前記荷重方向を繊維方向とする前記ＰＡＮ系炭素繊維が、前記非荷重方向を繊維方向とする前記ＰＡＮ系炭素繊維に比して少ないことを特徴とする請求項４に記載の複合材構造。
  6. 　前記第１複合部材と対向する前記第２複合部材の対向面内において、前記発熱体から受けた熱を伝達する所定の方向を伝熱方向とし、前記伝熱方向に交わる所定の方向を非伝熱方向とすると、
    　前記第２複合部材は、前記伝熱方向を繊維方向とする前記ピッチ系炭素繊維が、前記非伝熱方向を繊維方向とする前記ピッチ系炭素繊維に比して多いことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の複合材構造。
  7. 　前記第１複合部材は、前記ＰＡＮ系炭素繊維を含んで構成される単層のシートを、前記第１複合部材と前記第２複合部材とが対向する方向を積層方向として、疑似等方積層することで形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の複合材構造。
  8. 　前記第２複合部材と対向する前記第１複合部材の対向面内において、前記第１複合部材に生じる荷重の方向を一方の荷重方向とし、一方の前記荷重方向に交わる所定の方向を他方の荷重方向とすると、
    　前記第２複合部材及び前記緩衝体は、他方の前記荷重方向において、所定の隙間を空けて複数に分割されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の複合材構造。
  9. 　前記緩衝体は、前記第１複合部材側が、前記第２複合部材側に比して大きく変形することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の複合材構造。
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