(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用時に流体タンクの壁である航空機パネルであって、
使用時に航空機の空気力学的表面である外面を有するスキン層と、
該スキン層における孔と、
超音波計測器と、
前記孔を埋め且つ前記タンクの外側から前記計測器にアクセスするために取り外されることができるアクセスパネルと
を具備し、
前記アクセスパネルが前記超音波計測器に据え付けられ且つ前記スキン層の外面と同一平面にある、航空機パネル。
【請求項２】
内層と、該内層及び前記スキン層よりも低い質量密度を有するコア材であって、前記内層と前記スキン層との間に定置されるコア材とを更に具備する、請求項１に記載のパネル。
【請求項３】
前記超音波計測器に接続される信号線であって、前記スキンパネルの内層と前記スキンパネルのスキン層との間に定置される信号線を更に具備する、請求項２に記載のパネル。
【請求項４】
前記スキンパネルの内層と前記スキンパネルのスキン層との間に定置される電線導管を更に具備する、請求項２に記載のパネル。
【請求項５】
前記電線導管が前記信号線を取り囲む、請求項３及び４に記載のパネル。
【請求項６】
前記電線導管が前記内層及びスキン層と係合する、請求項４又は５に記載のパネル。
【請求項７】
前記信号線及び／又は前記電線導管が前記コア材における孔又は凹部に収められる、請求項２〜６のいずれか１項に記載のパネル。
【請求項８】
前記計測器が、１以上の固定具を用いて組み立てられる振動子を具備する計測器組立体を具備する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のパネル。
【請求項９】
前記計測器が、前記内層と係合する傾斜面を具備し、且つ、該内層が、該傾斜面と係合する傾斜部を形成する、請求項２〜８のいずれか１項に記載のパネル。
【請求項１０】
前記振動子が前記固定具を用いてネジ接続によって組み立てられる、請求項８に記載のパネル。
【請求項１１】
前記計測器が前記コア材における穴又は凹部に収められる、請求項２〜１０のいずれか１項に記載のパネル。
【請求項１２】
前記計測器が前記内層及びスキン層と係合し且つ直に接触する、請求項２〜１１のいずれか１項に記載のパネル。
【請求項１３】
前記コア材が空気セルの配列を含む、請求項２〜１２のいずれか１項に記載のパネル。
【請求項１４】
前記コア材が発泡体又はハニカム材料を含んで成る、請求項２〜１３のいずれか１項に記載のパネル。
【請求項１５】
前記アクセスパネルが１以上の取り外し可能な締結具によって前記超音波計測器に据え付けられる、請求項１に記載のパネル。
【請求項１６】
前記超音波計測器が前記スキン層の内面と係合する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のパネル。
【請求項１７】
請求項２に記載の航空機のスキンパネルを製造する方法であって、
前記層のうちの第１の層に前記コア材及び測定器を配置することと、
その後、該コア材及び測定器の上に他方の層を載置することと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波計測器を備えた航空機のスキンパネルと、斯かるパネルの製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機用の超音波燃料計測システムが国際公開第２００５／０１５１３４号において記述される。超音波振動子がキャリアテープ（carrier tape）に取り付けられ、キャリアテープは燃料タンクの壁の内面に連結される。内側に据え付けられた斯かるシステムに伴う問題は、電機部品である電線及び振動子が潜在的に燃料に着火する可能性があることである。斯かるシステムに伴う別の問題は、振動子を修理又は検査するために、タンクに人が入らなければならないことである。このことは時間がかかり且つ困難である。
【０００３】
米国特許第５７６１９５５号明細書において示されるように、振動子を外側に据え付けることによって、これら両方の問題を解決することができる。しかしながら、航空機のスキンパネルの場合、振動子が抗力を増加させるであろうから、このことは受け入れられない。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の第一態様では、使用時に流体タンクの壁である航空機パネルであって、使用時に航空機の空気力学的表面である外面を有するスキン層と、スキン層における孔と、超音波計測器と、孔を埋め且つタンクの外側から計測器にアクセスするために取り外されることができるアクセスパネルとを具備する、航空機パネルが提供される。
【０００５】
スキン層においてアクセスパネルを提供することによって、タンクの外側から計測器を搭載し且つ検査及び／又は修理することができる。好ましくは、抗力を最小化するために、アクセスパネルはスキンパネルの外面とほぼ同一平面にある。
【０００６】
パネルは単一の層のみを備えたモノリシック（monolithic）構造を有することができる。代替的に、内層と、内層よりも低い質量密度を有するコア材と、スキン層とを有し、且つ、コア材が内層とスキン層との間に定置されるサンドイッチ構造を、パネルは有してもよい。このことは、計測器が、随意に信号線も、内層によって燃料又は燃料蒸気から遮断されることができるという利点を有する。層のうちの第１の層にコア材及び計測器を配置し、且つ、その後、コア材及び計測器の上に他方の層を載置することによって、サンドイッチ構造のスキンパネルを組み立てることができる。
【０００７】
好ましくは、超音波計測器はスキン層の内面と係合する。また、計測器はスキン層に固着されてもよい。
【０００８】
超音波計測器は、超音波振動子のみから構成されてもよく、又は、１以上の固定具を用いて組み立てられる振動子を具備する計測器組立体から構成されてもよい。計測器組立体は、内層と係合する傾斜面を有することができ、且つ、内層は、傾斜面と係合する傾斜部を形成する。典型的には、振動子は、内層と係合する平らな面を有する。
【０００９】
アクセスパネルはスキン層に据え付けられることができる。しかしながら、このことによって、スキン層において孔を形成しなければならないという問題が示され、スキン層が弱くされ且つ抗力が増加せしめられる。それ故に、より好ましくは、アクセスパネルは、超音波計測器に据え付けられ、典型的には１以上の取り外し可能な締結具によって超音波計測器に据え付けられる。
【００１０】
水又は油圧アクチュエータ用の流体のような代替的な流体が振動子によって観測されてもよいが、典型的には、流体タンクは燃料タンクである。典型的には、計測器は、タンクにおける流体の水位を観測するのに使用される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、サンドイッチ構造を有する航空機のスキンパネルを通した断面図である。
【図２】図２は、パネルの断面斜視図である。
【図３】図３は、計測器組立体の断面斜視図である。
【図４】図４は、パネルの製造における一つのステップを示す断面斜視図である。
【図５】図５は、パネルの製造における一つのステップを示す断面斜視図である。
【図６】図６は、パネルの製造における一つのステップを示す断面斜視図である。
【図７】図７は、パネルの製造における一つのステップを示す断面斜視図である。
【図８】図８は、パネルを包含する燃料タンクの概略図である。
【図９】図９は、モノリシック構造を有する航空機のスキンパネルの断面図である。
【図１０】図１０は、モノリシック構造を有する航空機のスキンパネルの断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、航空機のスキンパネルを通した断面図である。パネルは、複合材の内層１、複合材のスキン層２、アクセスパネル３、及び低密度の発泡コア材４を備えた、いわゆる「サンドイッチ」構造を有する。
【００１３】
また、超音波計測器組立体１４、信号線９、及び電線導管１０もスキンパネルの内層とスキンパネルのスキン層との間に定置される。信号線９は、図１では示されるが、他の図面からは省略される。
【００１４】
図３において示される計測器組立体１４は、（信号線９が取り付けられる）振動子５、ネジ穴（threaded bore）１６を備えた内側固定具１５、発泡充填剤１７、及び外側固定具１８を具備する。外側固定具１８は、内層１と係合する切頭円錐面１９を有する。内層１は、対応する切頭円錐形の傾斜部２０を形成し、ここで、図２において最も明確に見られるように、切頭円錐形の傾斜部２０は外側固定具１８の切頭円錐面と係合する。振動子５は、内側固定具におけるネジ穴１６とネジ接続を形成する雄ネジ部（outer thread）を有する。
【００１５】
図４〜図７は、パネルの製造における一連のステップを示す断面斜視図である。
【００１６】
複合材スキン層２は複合材の「プリプレグ」層の積層体を含み、積層体における各層は、エポキシ樹脂が含浸された一組の一方向炭素繊維を含んで成る。各層は、手作業で載置されることができ、又は自動テープ載置機によって一連のテープストリップとして載置されてもよい。
【００１７】
図４において示されるように、スキン層２は孔３０が切り取られる。次に、図５において示されるように、計測器組立体１４、電線導管１０、及びコア材４がスキン層の上に配置される。計測器組立体１４はコア材における円形孔に収められ、且つ電線導管１０はコア材における細長い孔に収められる。計測器組立体１４及び電線導管１０は、両側でコア材と係合するように、コア材４におけるそれらの各孔に圧入（push fit）として受容される。
【００１８】
次に、図６において示されるように、内層１が、計測器組立体１４、電線導管１０、及びコア材４の上に載置される。内層１はスキン層２と同じ構造を有する。すなわち、内層１は複合材の「プリプレグ」層の積層体を含み、積層体における各層は、エポキシ樹脂が含浸された一組の一方向炭素繊維を含んで成る。各層は、手作業で載置されることができ、又は自動テープ載置機によって一連のテープストリップとして載置されてもよい。
【００１９】
発泡コア材４は、複合材の内層１及び複合材のスキン層２よりも低い質量密度を有する。
【００２０】
電線導管１０は、コア材４と同じ厚みを有するので、内層１及び外側スキン２の両方と係合し且つ内層１及び外側スキン２の両方を支持する。傾斜部における低い角度のおかげで、内層１を比較的容易に載置することができる。
【００２１】
次に、信号線９が、その自由端が振動子の下の開放チャンバ３１に入るまで、電線導管１０に沿って挿通される。その後、信号線の自由端が振動子に接続される。この作業のためのアクセスは、スキン層における開放孔３０によって提供される。スクリュー端子（screw terminal）、圧着（crimping）、又は任意の他の適切な方法によって、信号線９を振動子に接続することができる。
【００２２】
最終的に、孔３０は、その周囲において、一連のネジ（図示せず）によって内側固定具１５にアクセスパネル３をネジ締めすることによって閉じられる。内側固定具１５にアクセスパネル３をネジ締めすることによって、締結具がスキン２を貫通する必要が全くないことに留意すべきである。孔３０の周囲において、内側固定具１５のフランジ２１がスキン層２の内面と係合することによって、アクセスパネル３及び計測器組立体は、孔３０から落ちるのが妨げられる。修理又は検査の目的のために振動子にアクセスすることが必要であれば、アクセスパネル４は後にネジが外されることができる。
【００２３】
図８は、図１から図７のスキンパネルを包含する航空機の燃料タンクの概略図である。図８に示されるように、使用時に、内層１は、燃料４０を収容する燃料タンクの壁であり、且つ、スキン層２及びアクセスパネル３は、空気の流れ４１に曝される航空機の空気力学的表面を形成する。この結果、内層１が（燃料漏れを防ぐために）破壊されることなく且つスキン層２及びアクセスパネル３が（抗力を最小化するために）滑らかであることが望ましい。
【００２４】
振動子は燃料内に超音波４３を発信する。超音波は燃料／空気界面４４から反射されて超音波エコーを発生し、超音波エコーは振動子で受信されて信号線９を介して航空機の胴体のような遠隔位置における処理装置４５に発信される。その後、処理装置４５は、超音波エコーの到着の時間に基づいて燃料の水位を推定する。具体的には、各燃料タンクについて、振動子がタンク上の既知の測定位置にあると仮定した場合、超音波の飛行時間と、タンク内に保持された燃料の高さとの間には直接的な相関関係がある。
【００２５】
図９及び図１０は、本発明の第２実施形態に係る、モノリシック構造を有する航空機のスキンパネルの断面斜視図である。パネルは、単一の複合材のスキン層５２、アクセスパネル５３、及び超音波計測器組立体５４を有する。
【００２６】
計測器組立体５４は、振動子５５と、ネジが切られたカップ（threaded cup）５７及びチャネル５８を備えた「植木鉢状」ハウジング５６とを具備し、信号線（図示せず）は振動子５５に取り付けられ、チャネル５８は電線導管として作用する。振動子５５は雄ネジ部を有し、雄ネジ部はカップ５７とネジ接続を形成する。
【００２７】
ハウジング５６はアクセスパネル５３の周囲においてスキン層５２の内面に固着され、且つアクセスパネル５３はハウジング５６にボルト固定される。
【００２８】
本発明が、一つ以上の好ましい実施形態に関して上述されてきたが、添付の特許請求の範囲において定義された発明の範囲を逸脱することなく種々の変更又は修正がなされうることが理解されるであろう。
【図１】
0005628813.tif 000002
【図２】
0005628813.tif 000003
【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】
0005628813.tif 000008
【図８】
0005628813.tif 000009
【図９】
0005628813.tif 000010
【図１０】
0005628813.tif 000011