(57)【要約】【課題】航空機のための波形外板およびそれらの製造方法を提供すること。【解決手段】航空機のモーフィング構造のための外板（１）であって、１つまたは複数の波形（２）を備えた外板（１）が開示される。また、航空機のモーフィング構造のための外板を製造するための対応する方法であって、外板（１）を１つまたは複数の波形（２）を備えた所望の形態に整形するステップを含む方法が同じく開示される。一実施形態では、アルミニウム形成バー（５）が外板の材料中の折り目（７、８）の間に連続的に導入される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機のモーフィング構造のための外板であって、１つまたは複数の波形を備えた外板。
【請求項２】
前記波形がブレード波形または平衡波形を備えた、請求項１記載の外板。
【請求項３】
前記外板が前記波形の長さに沿って湾曲している、請求項１または２記載の外板。
【請求項４】
前記波形のうちの１つまたは複数の中にロッドが配置され、その末端から外側に向かって展開している、請求項１乃至３のいずれか記載の外板。
【請求項５】
前記外板の一部を覆うために個々の波形にフラップ部分が挿入され、前記波形から十分に遠くまで展開している、請求項１乃至４のいずれか記載の外板。
【請求項６】
前記フラップ部分が隣接する波形を覆っている、請求項５記載の外板。
【請求項７】
前記フラップ部分が前記波形の長さ全体にわたって展開している、請求項５または６記載の外板。
【請求項８】
前記フラップ部分が前記外板の基板材料に接続された個別の材料片を備えた、請求項５乃至７のいずれか記載の外板。
【請求項９】
前記フラップ部分が前記隣接する波形に対して移動可能である、請求項６記載の外板。
【請求項１０】
前記外板の構成を調整するための操作手段が前記波形のうちの１つまたは複数に提供された、請求項１乃至９のいずれか記載の外板。
【請求項１１】
前記操作手段が膨張式サックを備えた、請求項１０記載の外板。
【請求項１２】
航空機のモーフィング構造のための外板を製造する方法であって、
前記外板を１つまたは複数の波形を備えた所望の形態に整形するステップ
を含む方法。
【請求項１３】
前記外板が硬化性樹脂を含浸させた基板材料を使用して形成され、前記整形ステップの後に前記外板が硬化される、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記基板材料を整形する前記ステップが、
可撓性波形モールドを形成するステップと、
前記含浸基板材料を前記可撓性波形モールドに加えるステップと、
前記モールドおよびその上の前記基板材料を湾曲した剛直フォーマに加えることによってそれらを整形するステップと  を含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記基板材料を整形する前記ステップが、
一連の形成バーと形成バーの間に前記基板材料を折り込むステップ
を含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記基板材料中に形成される前記波形がそれらの長さに沿って湾曲する、請求項１２乃至１５のいずれか記載の方法。
【請求項１７】
前記基板材料が硬化に先立って非粘着物質の層で覆われる、請求項１２乃至１６のいずれか記載の方法。
【請求項１８】
前記硬化の前または後に、前記波形のうちの１つまたは複数にロッドが挿入される、請求項１２乃至１７のいずれか記載の方法。
【請求項１９】
個々の波形にフラップ部分が挿入される、請求項１２乃至１８のいずれか記載の方法。
【請求項２０】
航空機のためのモーフィング構造であって、請求項１乃至１１のいずれか１項記載の外板でできた第１および第２の表面を備え、前記第１および第２の表面が前記第１および第２の表面に所望の形状を付与するように適合された接続手段によって相互接続されたモーフィング構造。
【請求項２１】
添付の図面を参照して実質的に本明細書において説明されている、航空機のモーフィング構造のための外板を製造する方法。
【請求項２２】
添付の図面を参照して実質的に本明細書において説明されている、航空機のモーフィング構造のための外板。
【請求項２３】
添付の図面を参照して実質的に本明細書において説明されている、航空機のためのモーフィング構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機のための外板、詳細には航空機の翼または胴体のための外板に関する。
【背景技術】
【０００２】
無人航空機（ＵＡＶ）であれ、あるいはより大型の航空機であれ、航空機におけるモーフィング構造の使用が増加している。このような構造には、モーフィング構造によって強いられる運動に順応することができる外板が必要である。航空機の外板を構築するために使用されているたとえばシートアルミニウムなどの従来の材料は、低レベル（ほとんどの金属の場合、１％未満）を超えるひずみから完全に回復することはできない。ゴム材料は、大きいひずみからの回復能力が優れていることで知られているが、それらの強度および剛性は極めて限られている。
【０００３】
従来の航空機翼構造における波形材料の使用については知られている。このような材料は、翼の強度および剛性を増すために提供されているが、何らかの重大な構造上の運動の発生を許容するようには適合されていない。また、これらの外板が意図していることは、通常、翼の他の構造上の特徴によって提供される強度および剛性を補足することにすぎない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】旧ソ連特許発明者証第１８１６７１１  Ａ１号公報
【特許文献２】英国特許第０３９５１９４（Ａ）号公報
【特許文献３】英国特許第１１０９５８５（Ａ）号公報
【特許文献４】英国特許第０６０９３１１（Ａ）号公報
【特許文献５】米国特許第４２３２０９３  号公報
【特許文献６】米国特許第４６７５０６１  号公報
【特許文献７】独国特許第１９７０９９１７（Ｃ１）号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、いくつかの方向に対しては剛直かつ強力であり、その一方で他の方向に対しては可撓性であり、高いレベルの変形を許容することができる外板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、航空機のモーフィング構造のための外板であって、１つまたは複数の波形を備えた外板が提供される。
【０００７】
有利には、本発明の外板によれば、波形に沿ったたわみに対しては強く、かつ、耐性があり、また、波形に直角の方向に沿って可撓性である適合可能構造が提供される。いくつかの実施形態では、外板は、航空機に普通に見られる内部構造エレメント、たとえば翼を構築するために使用される桁および小骨などの必要性を回避するだけの十分な強度を有しており、必要な強度は外板自体が備えている。したがって、外板を使用して構築される航空機の重量を軽くすることができる。
【０００８】
特定の実施形態では、波形の長さに沿って外板を湾曲させることができる。そのため、これまでは利用することができなかった適応性が外板の可能用途に提供され、それにより波形に沿ったその強度および相対剛性が保持され、かつ、波形に対して直角方向におけるその可撓性が保持される。したがって、湾曲した外板を使用して不規則な形状の航空機コンポーネントを構築することができる。
【０００９】
他の実施形態では、外板の一部を覆うために、個々の波形の中にフラップ部分を挿入し、かつ、波形から十分に遠くまで展開させることができる。この方法によれば、実質的に滑らかな空力的外板表面を得ることができる。フラップは、波形から展開し、折り重ねられて隣接する波形を覆っていることが好ましい。また、フラップは、外板の表面全体が覆われ、かつ、実質的に滑らかになるよう、波形の長さ全体にわたって展開していることが好ましい。
【００１０】
また、本発明によれば、航空機のモーフィング構造のための外板を製造する方法であって、外板を１つまたは複数の波形を備えた所望の形態に整形するステップを含む方法が提供される。本発明による技法によれば、湾曲した波形外板あるいはもっと複雑な幾何構造の波形外板を製造することができる。
【００１１】
本発明によれば、さらに、本発明による外板でできた第１の表面と、本発明による外板でできた第２の表面とを備えたモーフィング構造であって、第１および第２の表面が該第１および第２の表面に所望の形状を付与するように適合された接続手段によって相互接続されたモーフィング構造が提供される。
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、単なる例にすぎないが、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】波形に沿って湾曲した波形外板セクションの略図である。
【図２】波形に対して直角の追加曲率を有する図１の外板セクションの略図である。
【図３】ブレード波形を使用して製造された外板の略横断面図である。
【図４】平衡波形を使用して製造された外板の略横断面図である。
【図５】波形の中に配置されたロッドを備えた外板の略図である。
【図６】航空機のためのモーフィング構造の略横断面線図である。
【図７】波形と波形の間にフラップを利用した本発明の一実施形態を示す略図である。
【図８】波形と波形の間にフラップを利用した本発明の一実施形態を示す略図である。
【図９】波形と波形の間にフラップを利用した本発明の一実施形態を示す略図である。
【図１０】製造された図７、８および９による外板の横断面図である。
【図１１】操作手段を備えた外板の横断面図である。
【図１２】操作手段が起動された、図１１に示されている外板の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、一連の波形２を有する波形外板セクション１の略斜視図である。外板１は、硬化性樹脂を含浸させた基板材料を使用して形成されており、整形プロセスの後、樹脂を固めるために外板が硬化される。基板材料の整形は、マスターツールを使用して可撓性波形モールド（図示せず）を形成し、樹脂が含浸した基板材料を可撓性波形モールドに加え、かつ、モールドおよびモールド上の基板材料を湾曲した剛直フォーマ（図示せず）に加えることによってそれらを整形することによって実行される。
【００１５】
詳細には、可撓性波形モールドは、曲率を一切有していない波形剛直モールドを備えたマスターツールにシリコーンゴムを加えることによって構築される。シリコーンゴムが鋳造されると、結果として得られる可撓性ゴムモールドがマスターツールから除去される。予めエポキシ樹脂を含浸させた微粒子炭素繊維布、ガラス繊維布またはアラミド繊維布などの適切な補強材料を備えた基板材料の層が、適宜、硬化後におけるモールドからの外板の除去を容易にする融解処理可能非粘着剤であるＦＥＰ（フッ化エチレンプロピレン）で覆われる。次に、布地を確実にモールドの波形に加工するために、基板材料が可撓性ゴムモールドに加えられる。
【００１６】
アラミド布の繊維は、意図する波形に対して４５°の角度で配向されることが好ましい。このような配向により、折畳み部分における布地に強いられる曲率によって波形に沿って生じるウィークポイントの発生が減少する。図１の基準線３は、波形に対する繊維の配向を示している。
【００１７】
布地がモールドに加工されると、次に、意図する外板形状を有する湾曲したアルミニウムシートを備えたフォーマの上にモールドが置かれる。次に、樹脂を固めるためにこのアセンブリが硬化される。硬化すると、モールドから外板が除去される。
【００１８】
アセンブリを硬化させるためのオプションの１つは、知られている熱硬化プロセスを使用することである。この熱硬化プロセスの場合、アセンブリがバッグにされ、バッグが波形に加工され、薄いナイロンピール層がバッグと外板の間のブリーザとして使用される。
【００１９】
図２から分かるように、結果として得られる外板セクション１は、波形に対して直角の方向に可撓性であり、容易に所望の形状に折り畳むことができる。しかしながら、外板セクション１は、波形に沿った方向に対しては剛直であり、実質的にその波形形態を保持する。外板１は、拘束手段４によってその折畳み構成で保持されている。
【００２０】
図３および４は、それぞれブレード波形および平衡波形を有する外板セクション１の略横断面図である。これらの図は、外板を製造するための代替技法を示したものであり、外板の整形は、一連の形成バー５の間に基板材料を折り畳むことによって実施される。バー５が１つずつ置かれ、別のバーを加える前に必要に応じて材料が折り畳まれる。既に説明したように、材料には予めエポキシ樹脂を含浸させることができる。バーは、アルミニウムからなっていても、あるいはナイロンまたはＰＴＦＥなどの他の適切な材料からなっていてもよい。
【００２１】
形成バー５を使用することにより、材料中への折畳みの導入に引き続いて個々のバー５が連続的に加えられるため、とりわけ波形の輪郭が明確になる。基板材料を波形モールドに加工する技法の場合、材料とモールドとの間の完全な接触を保証することは困難であり、一般的には隙間が残ることになる。
【００２２】
図３に使用されている特定のプロセスは以下の通りである。予め含浸済みのアラミド布がＦＥＰで覆われ、熱硬化を利用する場合、薄いナイロンピール層が材料の両側のブリーザとして配置され、また、材料の組合せがオートクレービングのためのバッグにされる。第１のアルミニウムバーが材料の端に置かれ、次に材料が折り上げられて第１の折り目７が形成される。第２のバーが折り目７に対して配置され、次に材料がその上端で折り返されて波形頂点１０が形成される。次に第２のバーが除去され、バーが材料に対して配置され、下に向かって展開する第２の折り目８が形成される。すべてのバーが使い果たされるまで、あるいはすべての材料が折り畳まれるまでこのプロセスが繰り返される。錘および／またはテープを使用して、結果として得られるアセンブリを所定の位置で保持することができる。次に、通常通りに硬化が実行され、バーおよび追加層を除去することによってモールドから外板が除去される。
【００２３】
図４に使用されているプロセスは、実質的に図３のプロセスに類似しているが、第１の折り目６が形成され、該第１の折り目６に対して第２のバーが置かれ、かつ、第２のバーの周りに材料が折り畳まれると、平衡波形構造を維持するために第２のバーが所定の位置に残される。この場合も、すべての材料が折り畳まれるまで折畳みプロセスを繰り返すことができる。
【００２４】
結果として得られる外板の形状は形成バーの形状で決まり、広範囲にわたる様々な形態を取ることができる。たとえばバーを湾曲させることができ、かつ／または連続的に変化する幾何構造をバーに持たせ、複雑な外板形状を生成することができる。上で説明した技法を使用して、波形に沿って湾曲していない外板ならびに波形に沿って湾曲している外板を製造することができることを理解されたい。
【００２５】
図５は、外板セクション１の一実施例を示したもので、波形２のうちの１つまたは複数の中に、その末端部分から外側に向かって展開させることができるロッド１１が配置されている。ロッド１１は、これらの波形の各々に提供されることが好ましい。ロッド１１は、たとえば炭素合成物から構築することができ、このロッド１１を使用して外板セクションが航空機胴体の他の外板セクションまたは他の部品などの他のコンポーネントに接続される。実際には、ロッドは、折畳みプロセスの間にロッド１１を挿入することにより、上で言及した逐次バー技法を使用して最も都合良く組み込むことができる。ロッド１１は、図３に関連して説明した方法を使用して挿入される場合、波形頂点１０における第１の折り目７と第２の折り目８の間の所定の位置に保持されることが有利である。ロッド１１を備えることによって波形頂点１０が丸くなる。別法として、成形プロセスおよび硬化プロセス後に、外板の中にロッドを組み込むことも可能である。
【００２６】
図６は、ロッド１１を利用することができる方法の一例を示したものである。コネクタ１２を備えた接続手段が適切な構成でロッドと係合して、第１の外板セクション１３と第２の外板セクション１４を相互接続し、それによりモーフィング構造が形成される。コネクタ１２は、外板構造に所望の形状を付与するために適切な任意の方法で配置することができる。また、適宜、コネクタを調整可能にすることによってモーフィング構造の幾何構造を変更することも可能である。さらに、外板は波形に沿って剛直であるため、コネクタ１２は、互いに必ずしも同じ平面に存在している必要はない。この点に関して、波形に沿って走っているロッドへのアクセスを可能にするノッチ（図示せず）を外板の中に切り欠くことも可能であり、それによりロッドをコネクタ１２に結合することができる。
【００２７】
図７乃至１０は、外板の他の実施形態を示したもので、外板の一部を覆うために個々の波形の中にフラップ部分１５が挿入され、波形から十分に遠くまで展開している。フラップ部分は隣接する波形を覆い、かつ、波形の長さ全体にわたって展開していることが好ましい。一連のフラップを外板の表面に沿って提供することにより、表面が実質的に滑らかになり、なおかつ波形の可撓性が提供される。フラップ部分は、外板の基板材料に接続された、隣接する波形に対して移動させることができる個別の材料１５片を備えている。
【００２８】
次に、フラップ１５を外板に組み込むプロセスについて、図１０を参照して説明する。ここでは布地がＦＥＰで覆われているのはその一方の面のみ、たとえば下面のみであるが、この場合も外板セクションのメインボディには予め含浸済みのアラミド布が使用されている。プロセスは、アルミニウムフォーマバー５が布地の下面に使用されており、また、Ａｌバーの代わりにシリコーンゴムバー１６が布地の上面に使用されている点を除き、図４を参照して説明したプロセスに類似している。ＳｉゴムバーはＡｌバーより約３ｃｍ長く、そのため、硬化したアセンブリからそれらを手で握って引っ張り出すことができる。個々のＳｉゴムバーが挿入される前に、予め含浸済みの布条片１５が外板に対して挿入される。この条片も同じく一方の面のみにＦＥＰコーティングが施されている。ＦＥＰコーティングが施されているのは、布条片１５の面のうちの外板とは反対側の面であり、一方、外板のメインボディに施されているＦＥＰコーティングは、条片とは反対側の面（つまり下面）であり、したがって条片は、外板と対向している面で外板に粘着し、それ以外のどこにも粘着しない。Ａｌバーの代わりにＳｉゴムバーを外板の上面に対して使用する利点は、硬化プロセスの間、Ｓｉゴムが外板に粘着せず、硬化温度を継続して存在させることができることである。すべてのＡｌバーおよびＳｉゴムバーが所定の位置に配置されると、アセンブリ全体がバッグにされ、かつ、硬化される。モールドからの除去は、Ｓｉゴム条片を引っ張り出し、かつ、ツーリングバーおよびＦＥＰ開放層を除去することによって実施される。結果として得られる波形外板は、依然として可撓性である実質的に滑らかな表面を有している。
【００２９】
図７は、平面構成のフラップを備えた波形外板を示したものである。図８は、外板の凹面にフラップを備えた湾曲構成の外板１を示したものであり、一方、図９は、フラップ１５が外板の凸面に配置された、他の方向に湾曲した外板を示したものである。いずれの場合においても、提供される表面は実質的に滑らかである。空力的には、航空機の翼および胴体は滑らかな表面を有していることが望ましいことは明らかである。
【００３０】
図１１および１２に示されている本発明の他の実施形態では、外板の構成を調整するための操作手段１７が波形のうちの１つまたは複数に提供されている。操作手段は、一対の波形の間に配置された膨張式サック１７を備えることができ、図１２に示されているようにサックを膨張させることによって波形を押し離し、それにより外板の折畳みの程度を変更することができる。
【００３１】
本明細書において説明されている形成プロセスおよび折畳みプロセスは、すべて、手動で実行することも、あるいは自動化されたプロセスを使用して実行することもできる。
【符号の説明】
【００３２】
１  波形外板セクション（外板、外板セクション）
２  波形
３  波形に対する繊維の配向を示す基準線
４  拘束手段
５  形成バー（アルミニウムフォーマバー）
６、７  第１の折り目
８  第２の折り目
１０  波形頂点
１１  ロッド
１２  コネクタ
１３  第１の外板セクション
１４  第２の外板セクション
１５  フラップ部分（個別の材料片、布条片）
１６  シリコーンゴムバー
１７  膨張式サック（操作手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2010100282.tif 000012
【図１１】
2010100282.tif 000013
【図１２】
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