高能力プルオフのための航空機構造

本開示は一般に航空機に関し、詳細には航空機の構造に関する。より詳細には、本開示は、航空機用のストリンガおよび航空機用の他の構造設計に関する。

航空機の設計および製造において複合材料の割合はますます高まっている。航空機によってはその主要な構造体の50パーセント以上が複合材料でできている。複合材料は、航空機を軽量化するために使用されることがある。この軽量化によってペイロードおよび燃料効率が向上することがある。

さらに、複合材料によって、航空機のさまざまな構成部品の運用寿命が延びることもある。

複合材料は、2種類以上の異なる成分を組み合わせることによって生み出される強靭で軽量の材料であることがある。複合材料は例えば繊維および樹脂を含む。繊維と樹脂を組み合わせて、硬化した複合材料を形成することができる。

さらに、複合材料を使用することにより、航空機の部分を、より大きな部片またはセクションから形成することができる。例えば、つなぎ合わせて航空機の胴体を形成することができる複数の円筒形セクションから、航空機の胴体を製作することができる。他の例には、限定はされないが、翼を形成するために接合される翼セクション、安定板を形成するために接合される安定板セクションなどがある。

ストリンガは、複合材料から製造することができる構成部品の一例である。ストリンガは細長い部材であり、パネルなどの他の構造体に取り付けられるように構成される。例えば、航空機のスキンパネルにストリンガを取り付けることができる。このスキンパネルは、航空機の翼、胴体または他の構成部品で使用されることがある。ストリンガはさらに、荷重を支えかつ/または伝達するのを助けることができる。例えば、ストリンガは、スキンパネルから別の構造体へ荷重を伝達することができる。この別の構造体は例えばフレームまたは小骨である。所望の重量および性能特性を有するストリンガの設計は困難を伴うことがある。例えば、所望の性能特性を有するストリンガは、希望するよりも複雑になることがあり、または所望の重量よりも重くなることがある。複雑さが増すと、ストリンガを製造する時間および費用も増大することがある。

ストリンガが所望の重量を有する場合には、性能特性が、単一のストリンガが望ましい箇所に追加のストリンガが必要となるようなものになることがある。

したがって、上で論じた問題のうちのいくつかの問題ならびに場合によってはその他の問題を考慮に入れた方法および装置を提供することが有利であろう。

有利な一実施形態では、装置が、細長い複合部材、チャネルおよびいくつかの複合構造体を含む。細長い複合部材は、ある構造体に取り付けられるように構成された面を有する。チャネルはこの面上にあり、細長い複合部材のある長さに沿って延びる。いくつかの複合構造体は、チャネル内に配置されるように構成されており、細長い複合部材の前記面の一部分を前記構造体に取り付けるように構成されている。いくつかの複合構造体は、細長い複合部材を構造体から引き離す力に耐える細長い複合部材の能力を増大させるように構成されている。

他の有利な実施形態では、航空機用の構造系が、複合部材および充填構造体を含む。複合部材は、基底セクションおよび垂直セクションを有し、垂直セクションは、基底セクションに対して実質的に直角の方向に基底セクションから遠ざかるように延びてT字形の形状を形成する。垂直セクションは、垂直セクションの第1の位置および垂直セクションの第2の位置で基底セクションに接続し、第1の位置は湾曲した第1の形状を有し、第2の位置は湾曲した第2の形状を有する。第1の位置と第2の位置の間にはチャネルが形成されており、このチャネルは、複合部材のある長さに沿って延びる。複合部材は第1のヤング率を有する。充填構造体は、チャネルの形状と一致するように構成されたセグメントを含む。セグメントは、第1のヤング率から所望の範囲以内にある第2のヤング率を有する。

他の有利な実施形態では、細長い複合部材に対するプルオフ能力を増大させる方法が提供される。航空機を稼働させる。航空機の稼働に応答して、細長い複合部材の1つの面に取り付けられた構造体から細長い複合部材を引き離すように構成された力を発生させる。構造体に取り付けられた細長い複合部材の前記面上を、細長い複合部材のある長さに沿ってチャネルが延びる。このチャネル内においていくつかの複合構造体を使用することにより、細長い複合部材を構造体から引き離す力に耐える細長い複合部材の能力が増大する。このいくつかの複合構造体は、細長い複合部材の前記面の一部分を前記構造体に取り付けるように構成されている。

これらの特徴、機能および利点は、本開示のさまざまな実施形態において独立に達成することができ、または、他の実施形態においては、これらの特徴、機能および利点を組み合わせることができる。追加の詳細については、以下の説明および図面を参照することによって理解することができる。

これらの有利な実施形態に特有であると考えられる新規の特徴は、添付の特許請求の範囲に記載されている。しかしながら、これらの有利な実施形態、ならびに好ましい使用の形態、追加の目的およびその利点は、本開示の有利な一実施形態の以下の詳細な説明を添付図面を参照して読んだときに最もよく理解される。

有利な一実施形態に基づく航空機製造およびサービス法を示す図である。

有利な一実施形態を実装することができる航空機を示す図である。

有利な一実施形態に基づく構造系を示す図である。

有利な一実施形態に基づく構造系の透視図である。

有利な一実施形態に基づく構造系の断面図である。

有利な一実施形態に基づくヌードルを示す図である。

有利な一実施形態に基づく複合層の特性の値の表を示す図である。

有利な一実施形態に基づく複合層の特性の値の表を示す図である。

有利な一実施形態に基づく翼の内部の構造系を示す図である。

有利な一実施形態に基づく翼の内部の構造系を示す図である。

構造系を形成する、有利な一実施形態に基づくさまざまな段階中の構造系を示す図である。

構造系を形成する、有利な一実施形態に基づくさまざまな段階中の構造系を示す図である。

構造系を形成する、有利な一実施形態に基づくさまざまな段階中の構造系を示す図である。

構造系を形成する、有利な一実施形態に基づくさまざまな段階中の構造系を示す図である。

ヌードルの複合構造体がそれから形成される有利な一実施形態に基づくパネルを示す図である。

ヌードルの複合構造体がそれから形成される有利な一実施形態に基づくパネルを示す図である。

ヌードルの複合構造体がそれから形成される有利な一実施形態に基づくパネルを示す図である。

細長い複合部材に対するプルオフ能力を増大させる有利な一実施形態に基づくプロセスの流れ図である。

構造系を形成する有利な一実施形態に基づくプロセスの流れ図である。

充填構造体を形成する有利な一実施形態に基づくプロセスの流れ図である。

図面をより具体的に参照する。本開示の実施形態は、図1に示した航空機製造およびサービス法100および図2に示した航空機200の文脈で説明することができる。最初に図1を参照すると、有利な一実施形態に基づく航空機製造およびサービス法を示す図が示されている。生産準備中に、航空機製造およびサービス法100は、図2の航空機200の仕様および設計102ならびに資材調達104を含むことができる。

生産中には、航空機200の構成部品および部分組立品の製造106ならびにシステム統合108が実施される。就航112するために、航空機200はその後、認可および納入110を経ることがある。顧客による就航112の間、航空機200は、計画に従って定期保守およびサービス114を受ける。この定期保守およびサービスには、改修、再構成、改装およびその他の保守またはサービスが含まれる。

航空機製造およびサービス法100のそれぞれの工程は、システムインテグレータ、第3者および/またはオペレータが実行または実施することができる。これらの例ではオペレータが顧客であることがある。この説明の目的上、システムインテグレータは、限定はされないが、航空機製造会社および主要システムの下請会社を含むことができ第3者は、限定はされないが、任意の数の販売会社、下請会社および供給会社を含むことができ、オペレータは、航空会社、リース会社、軍、サービス組織などであることができる。

次に図2を参照すると、有利な一実施形態を実装することができる航空機を示す図が示されている。この例では、航空機200が、図1の航空機製造およびサービス法100によって生産されたものであり、航空機200は、複数の系統204および内装206を備える機体202を含むことができる。系統204の例は、推進系統208、電気系統210、油圧系統212および環境系統214のうちの1つまたは複数の系統を含む。その他の系統を含むこともある。航空宇宙産業の例を示したが、有利な別の実施形態を、自動車産業などの他の産業に対して使用することもできる。

本明細書に具体的に示される装置および方法は、航空機製造およびサービス法100の諸段階のうちの少なくとも1つの段階の最中に使用することができる。本明細書で使用されるとき、句「〜のうちの少なくとも1つ」は、品目のリストとともに使用されたときに、列挙された品目のうちの1つまたは複数の品目のさまざまな組合せを使用することができること、およびリスト中のそれぞれの品目の1つの品目だけが必要であることがあることを意味する。例えば、「品目A、品目Bおよび品目Cのうちの少なくとも1つ」は、限定はされないが、品目A、または品目Aと品目Bを含むことができる。この例は、品目A、品目B、品目C、または品目Bと品目Cを含むこともできる。

例示的な一例では、図1の構成部品および部分組立品の製造106において生産される構成部品または部分組立品を、航空機200が図1の就航112の間に生産される構成部品または部分組立品と同様の方法で製作または製造することができる。他の例として、いくつかの装置実施形態、方法実施形態またはそれらの組合せは、図1の構成部品および部分組立品の製造106、システム統合108などの生産段階の間に利用することができる。品目に言及するとき、「いくつかの」品目は1つまたは複数の品目を意味する。例えば、いくつかの装置実施形態は1つまたは複数の装置実施形態である。いくつかの装置実施形態、方法実施形態またはそれら組合せは、図1の航空機200の就航112の間ならびに/または保守およびサービス114の間に利用することができる。これらのいくつかの異なる有利な実施形態を使用することによって、航空機200の組立を大幅に促進し、かつ/または航空機200の費用を大幅に低減することができる。

これらの異なる有利な実施形態は、いくつかの異なる考慮事項を認識し、それらを考慮する。例えば、これらの異なる有利な実施形態は、ストリンガの現行の設計が、ヌードルと呼ばれる複合材料の使用を利用していることを認識し、そのことを考慮する。ヌードルは、ストリンガまたは他のタイプの細長い部材のある長さに沿って延びる領域またはチャネルの中に配置することができる複合材料である。

これらの異なる有利な実施形態は、現在、これらのヌードルが、ストリンガの製造を容易にするように設計されていることを認識し、そのことを考慮する。これらの異なる有利な実施形態は、ヌードルについてのさまざまな特性またはパラメータが、ストリンガの残り部分の特性またはパラメータと整合しないことがあることを認識し、このような整合の達成に留意して、このことを考慮する。

これらの異なる有利な実施形態は、ストリンガの中のヌードルのこのタイプの設計が、ストリンガをスキンパネルから引き離すのに必要な力の量などの所望の性能特性を低下させることがあることを認識し、そのことを考慮する。

したがって、これらの異なる有利な実施形態は、ストリンガが取り付けられた別の構造体からストリンガを引き離す可能性がある力に耐えるより大きな能力を有するストリンガのための方法および装置を提供する。これらの異なる有利な実施形態は、その中にヌードルが存在するベースを有する任意のタイプの細長い部材に対して、有利な一実施形態を使用することができることを認識し、そのことを考慮する。

有利な一実施形態では、装置が、細長い複合部材、チャネルおよびいくつかの複合構造体を含む。細長い複合部材は、ある構造体に取り付けられるように構成された面を有する。チャネルは、細長い複合部材のこの面上にあり、細長い複合部材のある長さに沿って延びる。いくつかの複合構造体は、チャネル内に配置されるように構成されており、細長い複合部材の前記面の一部分を前記構造体に取り付けるように構成されている。いくつかの複合構造体は、細長い複合部材を前記構造体から引き離す力に耐える細長い複合部材の能力を増大させるように構成されている。

図3を参照すると、有利な一実施形態に基づく構造系を示す図が示されている。これらの例示的な例では、構造系300が、ブロックの形態で示されている。これらの例示的な例では、構造系300が、航空機301の内部に位置する。示されているとおり、構造系300は、細長い複合部材302、いくつかの複合構造体304および構造体306を含む。

これらの示された例では、細長い複合部材302が、複合材料314の層312から形成される。例えば、複合材料314の複数の層312を積み上げ、整形して、細長い複合部材302の形状316にする。これらの例示的な例では、形状316をT字形の形状317とすることができる。

示されているとおり、細長い複合部材302のT字形の形状317は、細長い複合部材302の第1のセクション320と第2のセクション322とによって形成される。これらの例示的な例では、第1のセクション320を基底セクションと呼ぶことがあり、第2のセクション322を垂直セクションと呼ぶことがある。これらの例では、第1のセクション320と第2のセクション322を同じ構造体の部分とすることができる。当然ながら、例示的な他の例では、第1のセクション320および第2のセクション322を異なる構造体から形成することができる。

細長い複合部材302のT字形の形状317を形成するため、第2のセクション322は、第1のセクション320に対して実質的に直角に配置される。具体的には、第2のセクション322は、第1のセクション320に対して実質的に直角の方向に、第1のセクション320から遠ざかるように延びる細長い複合部材302の部分である。

これらの例示的な例では、第1のセクション320が実質的に平らである。また、第1のセクション320は不連続セクションである。具体的には、第1のセクション320は、第2のセクション322が第1のセクション320に接続する位置で不連続であることがある。

第2のセクション322は、第2のセクション322の第1の位置321および第2の位置323で第1のセクション320に接続する。第2のセクション322の第1の位置321は、第1の半径326を備える湾曲した第1の形状324を有する。第2のセクション322の第2の位置323は、第2の半径330を備える湾曲した第2の形状328を有する。

第1の半径326は、湾曲した第1の形状324に実質的に合致する円の半径である。第2の半径330は、湾曲した第2の形状328に実質的に合致する円の半径である。これらの例示的な例では、第1の半径326と第2の半径330を実質的に等しくすることができる。

第1のセクション320と第2のセクション322は、互いに対して、チャネル332を形成するように配置される。具体的には、第2のセクション322の第1の位置321と第2の位置323の間にチャネル332が形成される。第1の位置321の湾曲した第1の形状324の第1の半径326と第2の位置323の湾曲した第2の形状328の第2の半径330が、チャネル332の形状333を決定する。

これらの例示的な例では、細長い複合部材302の第1の面334にチャネル332が形成される。これらの例ではチャネル332が、細長い複合部材302のある長さに沿って延びる。細長い複合部材302はさらに、第1の面334の反対側に第2の面331を有する。

第1の面334は例えば、第1のセクション320と第2のセクション322の両方のセクションの底面であることができる。第1の面334は、構造体306に取り付けられるように構成される。構造体306は例えば、限定はされないが、スキンパネル、小骨、桁、ベースチャージ、ベースプレートおよび/または他の適当なタイプの構造体とすることができる。

例示的な一例では、細長い複合部材302の第1のセクション320の第1の面334が実質的に平らである。構造体306は、第1のセクション320の第1の面334に、この例示的な例では構造体306の表面337が第1のセクション320の第1の面334と直接に接触するように取り付けることができる。

これらの例示的な例では、異なるいくつかの方法で、細長い複合部材302などの第1の構成部品を構造体306などの第2の構成部品に取り付けることができる。例えば、接合、硬化、固定、接着、接続および/または2つの構成部品を互いに対して取り付ける他の適当な方法によって、第1の構成部品を第2の構成部品に取り付けることができる。

第1の位置321および第2の位置323のところの第2のセクション322の第1の面334は、チャネル332の第1の壁338および第2の壁340を形成する。このように、第1の位置321および第2の位置323のところの第2のセクション322の第1の面334は、細長い複合部材302に構造体306が取り付けられたときに、構造体306の表面337と直接に接触しないことがある。さらに、構造体306の表面337は、細長い複合部材302に取り付けられたときに第3の壁341を形成する。

チャネル332の中にいくつかの複合構造体304を配置することができる。いくつかの複合構造体304は、複合材料348の複数の層346からなることができる。示されているとおり、いくつかの複合構造体304は、チャネル332の形状333と実質的に一致する形状350を有する。いくつかの複合構造体304はチャネル332の充填構造体336を形成する。これらの例示的な例では充填構造体336をヌードルと呼ぶことがある。いくつかの複合構造体304はそれぞれ充填構造体336のセグメントである。

いくつかの複合構造体304は例えば、基部セグメント、頂部セグメント、および基部セグメントと頂部セグメントの間に位置する一組の中間セグメントを含むことができる。本明細書で使用されるとき、「一組の品目」は、ゼロまたは1つ以上の品目を意味する。例えば、一組の中間セグメントは空集合またはヌル集合であることがある。

これらの例示的な例では、いくつかの複合構造体304が、細長い複合部材302のいくつかの第2の特性354と実質的に整合するいくつかの第1の特性352を有する。いくつかの第1の特性352およびいくつかの第2の特性354は例えば、限定はされないが、熱膨張率、ヤング率および他の適当な特性のうちの少なくとも1つの特性を含むことができる。

例示的な一例として、いくつかの複合構造体304の層346は構成351を有することができる。層346の構成351は、いくつかの複合構造体304のいくつかの第1の特性352が細長い複合部材302のいくつかの第2の特性354と実質的に整合するように選択される。例えば、構成351では、いくつかの複合構造体304のヤング率の値が、細長い複合部材302のヤング率の値から所望の範囲以内にあることがある。

さらに、いくつかの複合構造体304の層346は、細長い複合部材302の層312の第2の配置355に実質的に等しい第1の配置353を有することができる。いくつかの複合構造体304の層346の第1の配置353は、細長い複合部材302を貫く軸357に対する層346の配置である。具体的には、層346の第1の配置353は、細長い複合部材302を貫く軸357に対する層346の繊維の配置である。

例示的な一例として、第1の配置353は、軸357に対して約0度に配置された層346を約50パーセント、軸357に対して約45度に配置された層346を約40パーセント、軸357に対して約90度に配置された層346を約10パーセント含むことができる。この例示的な例では、細長い複合部材302の層312の第2の配置355が、第1の配置353と実質的に同じ百分率で実質的に同じように配置された層312を有することができる。

いくつかの複合構造体304は、構造体306を細長い複合部材302に取り付けるように構成される。より具体的には、いくつかの複合構造体304が、細長い複合部材302の第2のセクション322の第1の位置321および第2の位置323の第1の面334の部分に、構造体306の表面337の一部分を取り付ける。

いくつかの第1の特性352といくつかの第2の特性354が実質的に整合しているとき、力358に耐える細長い複合部材302の能力356は増大する。力358は、細長い複合部材302および構造体306に圧力が加わったときに生じる。例えば、航空機301が稼働しているときに、細長い複合部材302および構造体306に圧力が加わることがある。

例示的な一例として、細長い複合部材302および構造体306が航空機301の胴体の一部であるときには、航空機301の機室内の昇圧によって、細長い複合部材302および構造体306に圧力が加わることがある。例示的な他の例としては、細長い複合部材302および構造体306が航空機301の翼の一部であるときに、航空機301の翼の燃料タンク内の燃料の移動に応答して細長い複合部材302および構造体306に圧力が加わることがある。

これらの例示的な例では、細長い複合部材302および構造体306に加わる圧力が、構造体306の表面337に対して実質的に直角の方向ではあることがある。この圧力は力358を発生させる。力358は、細長い複合部材302の第1の面334に構造体306が取り付けられているときに細長い複合部材302を構造体306から引き離す任意の力を含むことができる。言い換えると、力358は、細長い複合部材302が構造体306に取り付けられている箇所に引張り荷重を生み出す任意の力を含む。

これらの例示的な例では、力358が、構造体306の表面337に対して実質的に直角であることがある。さらに、力358は、細長い複合部材302の第1のセクション320の第1の面334に対して実質的に直角であることがある。

図3の構造系300の図は、有利な実施形態の実現を可能にする方法に対する物理的または構造的限定を暗示することを意図したものではない。示された構成部品に加えておよび/または示された構成部品の代わりに、他の構成部品を使用することもできる。一部の構成部品が不要なこともある。さらに、図のブロックは、ある機能構成要素を例示するために示されている。有利な一実施形態では、実現するときに、これらのブロックのうちの1つまたは複数のブロックを結合および/または分割して、異なるブロックを形成することができる。

例えば、いくつかの例示的な例では、細長い複合部材302の第1の面334に2つ以上の構造体を取り付けることができる。例示的な一例として、構造体306に第2の構造体360を取り付けることができる。例えば、構造体306がベースチャージの形態をとるときには、第2の構造体360を、ベースチャージに取り付けられたスキンパネルとすることができる。いくつかの例示的な例では、ベースチャージが、細長い複合部材302の第2の配置355と同じ配置を有することができる。

例示的な他の例として、細長い複合部材302の第2のセクション322の第2の面331に第3の構造体362を取り付けることができる。第3の構造体362は例えば、小骨、桁または他の適当なタイプの構造体とすることができる。

例示的な他の例では、構造系300が、構造体306に取り付けられた細長い複合部材302に加えてまたは構造体306に取り付けられた細長い複合部材302の代わりに、1つまたは複数の複合部材を含むことができる。例えば、スキンパネルの形態の構造体306に複数のストリンガを取り付けて構造系300を形成することができる。

場合によっては、構造系300が、航空機301以外のプラットホームの内部に位置する。例えば、構造系300は、移動プラットホーム、静止プラットホーム、地上構造体、水中構造体、宇宙構造体、航空機、水上艦、戦車、兵員輸送車、列車、宇宙船、宇宙ステーション、人工衛星、潜水艦、自動車、発電所、橋、ダム、工場および建築物のうちの少なくとも1つのプラットホームから選択されたプラットホームの内部に位置することができる。

次に図4を参照すると、有利な一実施形態に基づく構造系の透視図が示されている。この例示的な例では、構造系400が、図3の構造系300の一実施態様の一例である。この図および図5、6および9〜17に示されているさまざまな構成部品を、図3の構成部品と組み合わせることもしくは図3の構成部品と一緒に使用することができ、またはこの2つを組み合わせることができる。さらに、この図のいくつかの構成部品は、図3にブロックの形態で示された構成部品を物理的構造体として実現することができる方法を示す例示的な例である。

示されているとおり、構造系400は、ストリンガ402、ベースチャージ404、スキン407およびヌードル406を含む。ストリンガ402は、図3の細長い複合部材302の一実施態様の一例である。ベースチャージ404は、図3の構造体306の一実施態様の一例であり、ヌードル406は、図3の充填構造体336の一実施態様の一例である。

この例示的な例では、ストリンガ402がブレード形ストリンガである。ストリンガ402は、第1の面403および第2の面405を有する。ストリンガ402はさらに、第1のセクション408および第2のセクション410を有する。この例では、第1のセクション408と第2のセクション410が同じ構造体の部分である。示されているとおり、第1のセクション408は不連続セクションである。

第2のセクション410は、第1のセクション408に対して、第2のセクション410が矢印411の方向に第1のセクション408から遠ざかるように延びるように配置されている。矢印411の方向は、第1のセクション408に対して実質的に直角である。

示されたこの例では、第2のセクション410が、第2のセクション410の第1の位置414で第1のセクション408の第1の部分412に接続し、第2のセクション410の第2の位置418で第1のセクション408の第2の部分416に接続する。第1の位置414は湾曲した第1の形状422を有する。第2の位置418は湾曲した第2の形状424を有する。

この例示的な例では、ストリンガ402の第1の面403にベースチャージ404が取り付けられている。具体的には、ベースチャージ404の第1の表面426が第1のセクション408の第1の面403と接触している。ベースチャージ404の第2の表面427にはスキン407が取り付けられている。示されているとおり、第1の表面426は、第2のセクション410の第1の面403とは接触しない。

ストリンガ402の第1の面403の、第2のセクション410の第1の位置414と第2の位置418の間に、チャネル428が形成されている。第1の面403の第1の位置414の部分がチャネル428の第1の壁415を形成し、第1の面403の第2の位置418の部分がチャネル428の第2の壁417を形成している。さらに、ベースチャージ404の第1の表面426がチャネル428の第3の壁419を形成している。このように、この例示的な例では、チャネル428が円錐形の形状430を有する。

チャネル428内にはヌードル406が位置する。ヌードル406は、いくつかの複合構造体431を含む。いくつかの複合構造体431は、図3のいくつかの複合構造体304の一実施態様の一例である。いくつかの複合構造体431は複数の複合層432からなる。複合層432は複合材料の層である。

複合層432の構成は、ヌードル406の形状433がチャネル428の形状430と実質的に一致するように選択される。さらに、ヌードル406があるときには、ヌードル406がないときまたは異なるタイプのヌードルが存在するときに比べて、ベースチャージ404および/またはスキン407からストリンガ402を引き離す力に耐えるストリンガ402の能力が増大する。この力の方向は矢印411の方向である。

示されているとおり、ヌードル406の複合層432は、第1の面403およびベースチャージ404の第1の表面426に対して実質的に直角に積み上げることができる。さらに、複合層432はそれぞれ、ストリンガ402を貫く軸438に対してある特定の角度を有するように配置することができる。

次に図5を参照すると、有利な一実施形態に基づく構造系の断面図が示されている。この例示的な例には、図4の線5−5に沿って切った図4の構造系400の断面が示されている。ストリンガ402の第2のセクション410はストリンガ402の第1のセクション408に対して実質的に直角に配置されている。

この例に示されているように、湾曲した第1の形状422は第1の半径500を備える。また、湾曲した第2の形状424は第2の半径502を備える。第1の半径500は、第1の面403の第1の位置414の湾曲した第1の形状422を形成する部分から、点504までの距離である。同様に、第2の半径502は、第1の面403の第2の位置418の湾曲した第2の形状424を形成する部分から、点506までの距離である。

湾曲した第1の形状422は、図3の湾曲した第1の形状324の一実施態様の一例である。湾曲した第2の形状424は、図3の湾曲した第2の形状328の一実施態様の一例である。この例示的な例では、湾曲した第1の形状422および湾曲した第2の形状424がそれぞれ円の一部分の形を有する。当然ながら、例示的な他の例では、湾曲した第1の形状422および湾曲した第2の形状424がそれぞれ、例えば卵形の一部分、弧、楕円の一部分または湾曲した他の適当なタイプの形状など、他の適当な形を有することができる。

次に図6を参照すると、有利な一実施形態に基づくヌードルを示す図が示されている。この例示的な例には、図4〜5のヌードル406がより詳細に示されている。示されているとおり、ヌードル406は、複合層432を含むいくつかの複合構造体431の構成601を有する。具体的には、いくつかの複合構造体431は、複合構造体602、複合構造体604および複合構造体606を含む。

複合構造体602は、図4のチャネル428の第3の壁419ならびに第1の壁415および第2の壁417の基部と接触するように構成されている。複合構造体606は、図4のチャネル428の第1の壁415および第2の壁417の頂部と接触するように構成されている。複合構造体604は、複合構造体602と複合構造体609の間に位置する。これらの複合構造体は、図4のチャネル428の形状430と実質的に一致するヌードル406の形状433を形成する。

複合構造体602、複合構造体604および複合構造体606をセグメントと呼ぶこともある。例えば、複合構造体602は基部セグメント、複合構造体606は頂部セグメント、複合構造体604は、基部セグメントと頂部セグメントの間の中間セグメントである。

この例示的な例では、複合構造体602が複合層608から形成されており、複合構造体604が複合層610から形成されており、複合構造体606が複合層612から形成されている。

ヌードル406の構成601は、ヌードル406の形状433が図4〜5のチャネル428の形状430と実質的に一致するように選択される。示されているとおり、複合構造体602の底面614は長さ616を有する。複合構造体604の底面618は長さ620を有し、複合構造体606の底面622は長さ624を有する。

さらに、複合構造体602は高さ626を有し、複合構造体604は高さ628を有し、複合構造体606は高さ630を有する。さらに、複合構造体602は、底面614における角度632を有し、複合構造体604は、底面618における角度634を有し、複合構造体606は、底面622における角度636を有する。

次に図7を参照すると、有利な一実施形態に基づく複合層の特性の値の表を示す図が示されている。この例示的な例では、表700が、図6のヌードル406内の複合構造体602の複合層608の特性の値を示している。

示されているとおり、表700は、層702、材料704、角度706および厚さ708を含む。層702は、複合層608内の特定の層を識別する。複合層608の実施形態のこれらの例示的な例では、複合層608が約20の複合材料層を含む。

さらに、材料704は、層がそれから形成された材料の具体的なタイプを識別する。この例示的な例では、全ての複合層608が同じタイプの材料からなる。角度706は、図4のストリンガ402を貫く軸438に対して層が配置された角度を識別する。示されているとおり、異なる層を、軸438に対して異なる角度に配置することができる。厚さ708は層の厚さを識別する。これらの例示的な例では、全ての複合層608が実質的に同じ厚さを有する。

図6の複合構造体604の複合層610は、複合層608と実質的に同じ特性を有することができる。例えば、複合層610も、実質的に同じ材料からなり、実質的に同じ厚さを有する約20の層を含むことができる。さらに、図4の軸438に対して複合層608と実質的に同じ角度を有するように、複合層610の異なる層を配置することもできる。

次に図8を参照すると、有利な一実施形態に基づく複合層の特性の値の表を示す図が示されている。この例示的な例では、表800が、図6のヌードル406内の複合構造体606の複合層612の特性の値を示している。図7の表700と同様に、表800は、層802、材料804、角度806および厚さ808を含む。図4の湾曲した第1の形状422および湾曲した第2の形状424のそれぞれにおいて説明した層のそれぞれの特性の実施形態を、図7に記載された層のそれぞれの特性と組み合わせることができる。

次に図9を参照すると、有利な一実施形態に基づく翼の構造系を示す図が示されている。この例示的な例では、構造系900が、図3の航空機301などの航空機の翼901の内部に位置する。

構造系900は、スキンパネル904に取り付けられたストリンガ902を含む。この例示的な例では、ストリンガ902がハット形ストリンガである。この示された例では、図3の充填構造体336などの充填構造体(この図には示されていない)によって、それぞれのストリンガ902の少なくとも一部分を、ベースチャージ(この図には示されていない)に取り付けることができる。ストリンガ902用のこのベースチャージ(図示せず)が、ストリンガ902をスキンパネル904に接続している。

さらに、示されているように、ストリンガ902およびスキンパネル904には小骨906が取り付けられている。この示された例では、小骨906が、シヤタイ付きの小骨である。充填構造体(図示せず)は、ストリンガ902および/または小骨906をスキンパネル904から矢印908の方向に引き離す力に耐えるストリンガ902の能力を増大させる。

次に図10を参照すると、有利な一実施形態に基づく翼の構造系を示す図が示されている。この例示的な例では、構造系1000が、図3の航空機301などの航空機の翼1001の内部に位置する。

構造系1000は、スキンパネル1004に取り付けられたストリンガ1002を含む。この示された例では、ストリンガ1002がハット形ストリンガである。

図3の充填構造体336などの充填構造体(図示せず)を使用して、ストリンガ1002の部分をスキンパネル1004に取り付けると、ストリンガ1002をスキンパネル1004から矢印1008の方向に引き離す力に耐えるストリンガ1002の能力が増大する。この力に耐える能力がこのように増大することにより、スキンパネル1004に小骨1006を取り付けられることなく、ストリンガ1002に小骨1006を取り付けることが可能になる。

次に図11〜14を参照すると、構造系を形成する、有利な一実施形態に基づくさまざまな段階を示す図が示されている。これらの図は、図3の構造系300などの構造系の形成の一例を提供する。

次に図11を参照すると、複数の複合層1100が積み上げられている。複合層1100は、図3の複合材料314の層312の一実施態様の一例である。複合層1100を使用して、図3の細長い複合部材302の形状316などの細長い複合部材の形状を形成することができる。図12では、複合層1100の上に加熱要素1200が置かれている。この例示的な例では加熱要素1200が加熱ブランケットである。加熱要素1200の上にはさらに絶縁要素1202が置かれている。この例示的な例では絶縁要素1202が絶縁ブランケットである。複合層1100の上に置かれた加熱要素1200および絶縁要素1202によって、複合層1100が加熱される。例示的な一例では、複合層1100を整形してストリンガの形状を形成するために、複合層1100が華氏約110度まで加熱される。

次に図13を参照すると、複合層1100が加熱されて形状1300が形成されている。形状1300を有する複合層1100はストリンガ1302を形成する。この例示的な例では、ストリンガ1302の中にチャネル1304が形成されている。

図14では、チャネル1304の中にヌードル1400が置かれている。ヌードル1400は例えば、図6のヌードル406を使用して実現することができる。ヌードル1400およびストリンガ1302の上にベースチャージ(図示せず)を置くことができる。次いで、ベースチャージの上にスキンパネル(図示せず)を置くことができる。次いで、ストリンガ1302、ヌードル1400、ベースチャージおよびスキンパネルを硬化させる。この硬化は、これらの異なる構成部品を一緒に加熱することによって実行することができる。これらの異なる構成部品は例えば、オーブン、オートクレーブ、または構成部品を加熱するように構成された他の適当な装置内で硬化させることができる。

場合によっては、これらの構成部品を袋に入れることができる。次いで、これらの構成部品を加熱し、同時にこの袋を真空にして、圧力および熱を発生させ、それによってこれらの構成部品を組み付けることにより構造系を形成することができる。

次に図15〜17を参照すると、ヌードルの複合構造体がそれから形成される有利な一実施形態に基づくパネルを示す図が示されている。これらの複合構造体を切断して、図6のヌードル406などのいくつかのヌードルを形成することができる。

次に図15を参照すると、パネル1500は複数の複合層からなる。パネル1500は高さ1501を有する。パネル1500を切断して、複合構造体1502、1504および1506を形成する。これらの複合構造体は実質的に同じ形状およびサイズを有する。複合構造体1502、1504および1506を形成する方法と同様の方法で、図6の複合構造体602を形成することができる。当然ながら、パネル1500から追加の複合構造体を切り出すこともできる。

図16では、パネル1600が複数の複合層からなる。パネル1600は高さ1601を有する。パネル1600を切断して複合構造体1602、1604および1606を形成する。これらの複合構造体は実質的に同じ形状およびサイズを有する。複合構造体1602、1604および1606を形成する方法と同様の方法で、図6の複合構造体604を形成することができる。

さらに、図17では、パネル1700が複数の複合層からなる。パネル1700は高さ1701を有する。パネル1700を切断して複合構造体1702および1704を形成する。これらの複合構造体は実質的に同じ形状およびサイズを有する。複合構造体1702および1704を形成する方法と同様の方法で、図6の複合構造体606を形成することができる。

図15、16および17で形成された複合構造体を互いの上に積み重ねてヌードルを形成することができる。例示的な一例では、複合構造体1602の上に複合構造体1502を積み重ね、複合構造体1702の上に複合構造体1602を積み重ねて、ヌードルを形成することができる。これらの複合構造体を積み重ねて、細長い複合部材の特定のチャネルと実質的に一致する形状を有するヌードルを形成する。

他の例として、複合構造体1604の上に複合構造体1504を積み重ね、複合構造体1704の上に複合構造体1604を積み重ねて、別のヌードルを形成することができる。このヌードルは、複合構造体1502、1602および1702を積み重ねることによって形成されたヌードルと実質的に同じサイズおよび形状を有する。

例示的な他の例では、部分1706などのパネル1700の別の部分に別の切断を実施して、ヌードルの別の複合構造体を形成することができる。例示的な一例として、パネル1700を切断して複合構造体1708を形成することができる。複合構造体1708は、複合構造体1502、1602および1702と同じヌードルで使用することができ、または別のヌードルで使用することもできる。

次に図18を参照すると、細長い複合部材に対するプルオフ能力を増大させる有利な一実施形態に基づくプロセスの流れ図が示されている。図18に示されたプロセスを実施して、図3の細長い複合部材302に対するプルオフ能力を増大させることができる。

このプロセスは、航空機を稼働させることによって始まる(操作1800)。具体的には、操作1800で、このプロセスは、細長い複合部材および細長い複合部材の1つの面に取り付けられた構造体に圧力を加える。細長い複合部材は例えばストリンガとすることができる。構造体は例えばスキンパネルとすることができる。

航空機の稼働に応答して、このプロセスは、細長い複合部材を構造体から引き離すように構成された力を発生させる(操作1802)。この操作の後、このプロセスは終了となる。この力の方向は、構造体の表面に対して実質的に直角である。この例示的な例では、構造体に取り付けられた側の細長い複合部材の面上を、細長い複合部材のある長さに沿って、チャネルが延びる。

いくつかの複合構造体は、細長い複合部材を構造体から引き離す力に耐える細長い複合部材の能力が増大するような態様で細長い複合部材のこの面の一部分を構造体に取り付けるように構成される。細長い複合部材を構造体から引き離す力に耐える細長い複合部材のこの能力が細長い複合部材に対するプルオフ能力である。

次に図19を参照すると、構造系を形成する有利な一実施形態に基づくプロセスの流れ図が示されている。図19に示されたプロセスを実施して、図3の構造系300を形成することができる。

このプロセスは、細長い複合部材のための層を積み上げることによって始まる(操作1900)。これらの層は例えば複合材料の層とすることができる。細長い複合部材は例えば、ストリンガ、スティフナまたは他の適当なタイプの細長い複合部材とすることができる。このプロセスは次いで、これらの層を整形して、構造体に取り付けられるように構成された面を有する細長い複合部材の形状を形成する(操作1902)。操作1902は、例えばこれらの層を加熱して細長い複合部材の形状を形成することによって実行することができる。構造体は例えば、スキンパネル、ベースチャージおよび/または実質的に平らな表面を有する他の構造体とすることができる。構造体に取り付けられるように構成された面上には、細長い複合部材のある長さに沿って延びるチャネルが存在する。

その後、このプロセスは、チャネル内にいくつかの複合構造体を配置する(操作1904)。これらのいくつかの複合構造体は、細長い複合部材のこの面の一部分を構造体に取り付けるように構成された充填構造体を形成する。これらのいくつかの複合構造体は、細長い複合部材を構造体から引き離す力に耐える細長い複合部材の能力を増大させる。

このプロセスは次いで、細長い複合部材のこの面に対して構造体を配置する(操作1906)。

例えば、操作1906では、構造体の表面が複合構造体のこの面の少なくとも一部分と直接に接触するような態様で、細長い複合部材の上に構造体を配置することができる。このプロセスは次いで、細長い複合部材の形状を有するこれらの層を、チャネル内のいくつかの複合構造体および構造体と一緒に硬化させて、構造系を形成する(操作1908)。この操作の後、このプロセスは終了となる。

次に図20を参照すると、充填構造体を形成する有利な一実施形態に基づくプロセスの流れ図が示されている。図20に示されたプロセスを実施して、図3の充填構造体336を形成することができる。

このプロセスは、細長い複合部材のチャネルの一部分の中に配置する複合構造体を形成するための複合層を積み上げる(操作2000)。複合構造体は、細長い複合部材のチャネル内に充填構造体を配置するためのものである。次いで、複合構造体のための複合層を圧縮してパネルを形成する(操作2002)。この圧縮は、パネルを形成するために複合層に圧力を加えることによって実行される。このパネルは、実質的に複合構造体の所望の高さである高さを有する。

その後、このプロセスは、パネルを切断して複合構造体を形成する(操作2004)。操作2004では、チャネルの対応する部分と実質的に一致するサイズおよび形状を有する複合構造体が形成されるように選択された角度で切断を実施することができる。

このプロセスは次いで、充填構造体に必要ないくつかの複合構造体を形成するのに、追加の複合構造体が必要かどうかを判定する(操作2006)。追加の複合構造体が必要ない場合、このプロセスは、充填構造体のための複合構造体が2つ以上形成されたかどうかを判定する(操作2008)。充填構造体のための複合構造体が2つ以上形成されていない場合、このプロセスは終了である。2つ以上の複合構造体が形成された場合、このプロセスは、それらの複合構造体を互いに対して取り付ける(操作2010)。この操作の後、このプロセスは終了となる。操作2010では、それらの複合構造体の全体形状が細長い複合部材のチャネルの形状に実質的に一致するように、それらの複合構造体を互いに対して、積み重ねて、横に並べて、および/または他の適当な方法で取り付けることができる。

操作2006を再び参照する。充填構造体のために追加の複合構造体が必要な場合、このプロセスは、前述の操作2000に戻って新たな複合構造体を形成する。

示されたさまざまな実施形態の流れ図およびブロック図は、有利な一実施形態の装置および方法の可能ないくつかの実施態様の構造、機能および操作を例示する。この点に関して、流れ図またはブロック図中のそれぞれのブロックは、操作またはステップのモジュール、セグメント、機能および/または部分を表すことがある。

有利な一実施形態のいくつかの代替実施態様では、ブロック内に記載された1つまたは複数の機能が、図に記載された順番とは異なる順番で実施される。例えば、場合によっては、含まれる機能に応じて、連続して示された2つのブロックが実質的に同時に実行されたり、またはそれらのブロックが逆順で実行されたりすることがある。さらに、流れ図またはブロック図に示されたブロックの他に、別のブロックが追加されることもある。

このように、これらの有利なさまざまな実施形態は、ストリンガが取り付けられた別の構造体からストリンガを引き離す可能性がある力に耐える増大した能力を有するストリンガを提供する。有利な一実施形態では、構造系が、細長い複合部材、いくつかの複合構造体および構造体を含む。細長い複合部材は、この構造体に取り付けられるように構成された面と、細長い複合部材のこの面上のチャネルとを有する。チャネルは、細長い複合部材のある長さに沿って延びる。いくつかの複合構造体は、チャネル内に配置されるように構成されている。

いくつかの複合構造体はさらに、細長い複合部材の前記面の一部分を前記構造体に取り付けるように構成されている。いくつかの複合構造体は、細長い複合部材を構造体から引き離す力に耐える細長い複合部材の能力を増大させるように構成されている。

このように、これらの異なる有利な実施形態は、航空機の翼の内部において、シヤタイ付きの小骨に比べてより多くの中間小骨を使用することを可能にする構造系を提供する。中間小骨は、シヤタイ付きの小骨に比べて軽量である。ストリンガが取り付けられたスキンパネルからストリンガを引き離す可能性がある力に耐える増大した能力を有するストリンガを使用すれば、翼のシヤタイ付きの小骨に加えておよび/または翼のシヤタイ付きの小骨の代わりに中間小骨を使用して、翼を軽量化することができる。

一実施形態では、基底セクションおよび垂直セクションを有する複合部材を含み、垂直セクションが、基底セクションに対して実質的に直角の方向に基底セクションから遠ざかるように延びてT字形の形状を形成する航空機用の構造システムが開示される。

一変形実施形態では、垂直セクションが、垂直セクションの第1の位置および垂直セクションの第2の位置で基底セクションに接続し、第1の位置が湾曲した第1の形状を有し、第2の位置が湾曲した第2の形状を有し、湾曲した第1の形状と湾曲した第2の形状が実質的に同じ半径を有する。

追加の一変形実施形態では、第1の位置と第2の位置の間にチャネルが形成されており、このチャネルは、複合部材のある長さに沿って延び、複合部材が第1のヤング率を有する。他の変形実施形態では、充填構造体が、チャネルの形状と一致するように構成されたセグメントを含み、セグメントが、第1のヤング率から所望の範囲以内にある第2のヤング率を有する。さらに、複合部材は第1の熱膨張率を有することができ、充填構造体は、第1の熱膨張率に実質的に等しい第2の熱膨張率を有する。

一実施形態では、構造体に取り付けられるように構成された面を有する細長い複合部材と、細長い複合部材のある長さに沿って延びる前記面上のチャネルと、このチャネルの中に配置されるように構成され、細長い複合部材の前記面の一部分を前記構造体に取り付けるように構成されているいくつかの複合構造体とを含む装置が開示される。

一変形実施形態では、いくつかの複合構造体が、細長い複合部材を構造体から引き離す力に耐える細長い複合部材の能力を増大させるように構成される。他の変形実施形態では、細長い複合部材を構造体から引き離す力に耐える細長い複合部材の能力が増大するような態様で細長い複合部材のいくつかの第2の特性と実質的に整合するいくつかの第1の特性を、いくつかの複合構造体が有する。

他の変形実施形態では、いくつかの複合構造体の第1のヤング率の値が細長い複合部材の第2のヤング率の値から所望の範囲以内となる構成を有する層を、いくつかの複合構造体が含む。

他の変形実施形態では、細長い複合部材および前記構造体が、移動プラットホーム、静止プラットホーム、地上構造体、水中構造体、宇宙構造体、航空機、水上艦、戦車、兵員輸送車、列車、宇宙船、宇宙ステーション、人工衛星、潜水艦、自動車、発電所、橋、ダム、工場および建築物のうちの1つのプラットホームから選択されたプラットホームの内部に位置する。他の変形実施形態では、細長い複合部材が、ストリンガとスティフナのうちの一方から選択される。

有利なさまざまな実施形態の以上の説明は、例示および説明のために示したものであり、この説明が網羅的であること、またはこの説明がこれらの実施形態を開示された形態に限定することは意図されていない。当業者には多くの修正および変更が明白である。さらに、これらの有利なさまざまな実施形態は、有利な他の実施形態に比べて異なる利点を提供することができる。選択された1つまたは複数の実施形態は、実用的用途である実施形態の原理を最もよく説明するため、および企図された特定の使用に対して適当なさまざまな変更を含むさまざまな実施形態の開示を他の当業者が理解することを可能にするために選択され、説明されたものである。