(57)【要約】      （修正有）【課題】マルチボックス翼スパーを有する翼部分の構築を実現する装置および方法を提供する。【解決手段】複合材料の１つまたは複数の層を複数の翼マンドレル５００上に付着することにより航空機翼を構成することができる。翼マンドレルは、共に配置されると翼の形状を形成する。複合材料層が個々のマンドレルに付着された後、マンドレル同士は接している。その後、マンドレルは、複数の翼マンドレルに付けられた翼表面ツーリング５０６〜５１２を使用して圧縮される。複合材料はその後硬化される。硬化後、翼表面ツーリングおよびマンドレルは除去され、マルチボックス翼スパーおよび外板を有する翼が得られる。【選択図】図７
2014104975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機翼を製造する方法であって、
複数のフィラメント巻バイアスプライ（２００）および単一プライ（３００）を複数の分離した翼マンドレル（１００）の各々に付着することと、
前記複数の分離した翼マンドレル（１００）を当接させて、マルチボックス翼スパーレイアップを作り出すことと、
複数の翼表面ツーリングを前記マルチボックス翼スパーレイアップに当接させることと、
前記複数の翼表面ツーリングを圧縮して、前記マルチボックス翼スパーレイアップに圧力をかけることと、
前記マルチボックス翼スパーレイアップを硬化して、複数のマルチボックス翼スパーを有する前記航空機翼を形成することと
を含む方法。
【請求項２】
前記マルチボックス翼スパーレイアップを硬化することが、前記マルチボックス翼スパーレイアップに熱を加えることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記マルチボックス翼スパーレイアップを硬化することの後で、前記複数の分離した翼マンドレル（１００）の各々を除去することをさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記複数のフィラメント巻バイアスプライ（２００）および単一プライ（３００）を付着することは、巻バイアスプライ（２００）または単一プライ（３００）の十分な層を付加して、所望の翼厚または構造剛性を達成することを含む、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記複数のフィラメント巻バイアスプライ（２００）および単一プライ（３００）を付着することの後で、硬化性上翼外板および硬化性下翼外板をレイアップすることであって、前記マルチボックス翼スパーレイアップを硬化することにより、前記マルチボックス翼スパーレイアップと前記上翼外板および前記下翼外板とが共硬化されることと、
前記マルチボックス翼スパーレイアップを硬化することの後で、複数のリブ部分（７００）を設置することと
をさらに含む、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記マルチボックス翼スパーレイアップを硬化することの後で、前翼縁（８１４）または後翼縁（８１６）を設置することをさらに含む、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記複数のフィラメント巻バイアスプライ（２００）および単一プライ（３００）を付着することの後で、硬化性前翼縁（８１４）および硬化性後翼縁（８１６）をレイアップすることであって、前記マルチボックス翼スパーレイアップを硬化することにより、前記マルチボックス翼スパーレイアップと前記前翼縁（８１４）および前記後翼縁（８１６）とが共硬化されることをさらに含む、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の翼表面ツーリングを圧縮することは、前記複数のフィラメント巻バイアスプライ（２００）および単一プライ（３００）に張力をかけて、前記プライ内の複数の繊維の皺を最小限にすることをさらに含む、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
航空機胴体の少なくとも１つのビーム（例えば、８１２）に取り付けられた複数のマルチボックス翼スパー（６００）と、
上翼面と、
下翼面と、
複数の翼部分と
を備え、
前記複数のマルチボックス翼スパー、前記上翼面、および前記下翼面は、実質的に連続した繊維を含む複合材料層である、
翼。
【請求項１０】
前記複数のマルチボックス翼スパーの内部に配置された複数のリブ（７００）をさらに備える、請求項９に記載の翼。
【請求項１１】
前記複数のマルチボックス翼スパー（６００）、前記上翼面、および前記下翼面と共硬化された複合材料層を含む前翼縁（８１４）および後翼縁（８１６）をさらに備える、請求項９または１０に記載の翼。
【請求項１２】
前記マルチボックス翼スパー（６００）の少なくとも１つが楕円形開口部（８０８）を含み、前記楕円形開口部（８０８）の外面が前記航空機胴体の内面に近接しており、前記楕円形開口部（８０８）の焦点が前記航空機胴体と前記翼との間に角度変位をもたらし、前記角度変位は直線翼の外形または後退翼の外形をもたらす、請求項９ないし１１のいずれか一項に記載の翼。
【請求項１３】
前記複数のマルチボックス翼スパー（６００）の少なくとも１つが、第２の翼の複数のマルチボックス翼スパー（６００）の少なくとも１つに取り付けられている、請求項９ないし１２のいずれか一項に記載の翼。
【請求項１４】
前記複数のマルチボックス翼スパー（６００）と共硬化された翼外板をさらに備える、請求項９ないし１３のいずれか一項に記載の翼。
【請求項１５】
実質的に連続した繊維を含む前記複合材料層は、共硬化または共結合された複合材料層である、請求項９ないし１４のいずれか一項に記載の翼。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
特定の従来の航空機翼構造は製造者によって様々であるが、通常、いくつかの製造工程を共通して有する。翼の全長に伸びる１つまたは複数の翼スパーが配置され、翼構造ジグ内に固定される。１つまたは複数のリブが、翼スパーに取り付けられて、翼をさらに支持する。リブを翼スパーに取り付けた後、一連の翼ストリンガがこの翼スパーに連結されて、さらなる構造的支持をもたらすと同時に、翼外板を支持する。燃料タンク、電子機器等の１つまたは複数の他の特徴物を取り付けた後で、必要に応じて、ストリンガで剛化された航空機翼外板は、翼スパーおよび翼リブに取り付けられる。翼外板は、限定されないがリベットまたは他の締結具の使用を含めて種々の方法を用いて取り付けることができる。その後、翼フラップ、後部スパーに取り付けられる補助翼、ならびに前後の操縦翼面などの他の航空機翼構成要素が、翼組立体に取り付けられる。
【０００２】
翼を構築する従来の技術は、比較的多数の部品を使用する可能性があり、時間と労力のかかる工程となり得る。部品の数により、翼の重量が増加すると同時に、翼の構築の複雑さが増す可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願第１３／６８５０２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の観点から、当技術分野では、使用する部品が少なく時間のかからない翼構築技術が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この「発明の概要」は、選択された概念を簡単に紹介するものであり、以下の「発明を実施するための形態」においてさらに説明される。この「発明の概要」は、特許請求されている主題の範囲を限定するために用いられることを意図するものではない。
【０００６】
装置および方法が、１つまたは複数の形成用マンドレルを使用してマルチボックス翼スパーおよび外板を実現する。本明細書において提供されている本開示の一態様によれば、航空機翼が、１つまたは複数の複合材料層を複数の翼マンドレル上に付着することにより構築されてもよい。翼マンドレルは、共に配置されると翼の形状を形成する。複合材料層が各個々のマンドレルに付着された後、マンドレル同士は当接している。追加材料が付加されて、翼の外板の全てもしくは一部またはマルチボックス翼スパーの最上部および／もしくは底部を形成してもよい。その後、マンドレルは、複数の翼マンドレルに付けられている翼表面ツーリング（ｓｕｒｆａｃｅ  ｔｏｏｌｉｎｇ）を使用して圧縮される。いくつかの例では、マンドレルの圧縮中、複合材料は引っ張られて、複合材料中の繊維を真っ直ぐにしてもよい。その後、複合材料は硬化される。硬化後、翼表面ツーリングおよびマンドレルは除去され、マルチボックス翼スパーおよび外板を有する翼がもたらされる。必要であれば、１つまたは複数のリブがマルチボックス翼スパーの内部に設置されて、さらに支持する。
【０００７】
別の態様によれば、翼が、翼を航空機の胴体に取り付けるいくつかのマルチボックス翼スパーを含むことができる。翼は、上面と、下面と、いくつかの翼部分とを有してもよい。マルチボックス翼スパーと、上翼面と、下翼面とは、実質的に連続した繊維から形成された共硬化複合材料層または共結合複合材料層であってもよい。
【０００８】
さらに別の態様によれば、航空機翼を形成するシステムが、航空機翼の上面、下面、前面、および後面に従って成形されたいくつかのマンドレルを含むことができる。また、このシステムは、いくつかのマンドレルを一緒に圧縮して、マンドレル上で複合材料層を硬化する圧縮装置を含むことができる。また、このシステムは、複合材料上の張力を維持するテンションブロックを含むことができる。
【０００９】
論じられている特徴、機能、および利点は、本開示の種々の構成において独立して達成されても、さらに他の構成に組み込まれてもよく、そのさらなる詳細は、以下の説明および図面を参照すると分かる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本明細書に提示されている種々の構成による、マルチボックス翼スパーを形成するのに使用されてもよい例示的なマンドレルの上面斜視図である。
【図２】本明細書に提示されている種々の構成による、マンドレルにフィラメント巻バイアスプライを付着したところを示す、翼を形成するのに使用されてもよい例示的なマンドレルの上面斜視図である。
【図３】本明細書に提示されている種々の構成による、マンドレルに単一プライを付着したところを示す、翼を形成するのに使用されてもよい例示的なマンドレルの上面斜視図である。
【図４】本明細書に提示されている種々の構成による、マンドレル上の完成レイアップを示す、翼を形成するのに使用されてもよい例示的なマンドレルの上面斜視図である。
【図５】本明細書に提示されている種々の構成による、翼を形成するのに使用されてもよい複数の例示的なマンドレルの上面斜視図である。
【図６】本明細書に提示されている種々の構成による、互いに当接している複数の例示的なマンドレルの上面斜視図である。
【図７】本明細書に提示されている種々の構成による、圧縮前の翼表面ツーリングの上面斜視図である。
【図８】本明細書に提示されている種々の構成による、圧縮中の翼表面ツーリングの上面斜視図である。
【図９】本明細書に提示されている種々の構成による、硬化後に除去されている翼表面ツーリングの上面斜視図である。
【図１０】本明細書に提示されている種々の構成による、翼表面ツーリングおよびマンドレルの除去後にマルチボックス翼スパーおよび外板を有する翼の上面斜視図である。
【図１１】本明細書に提示されている種々の構成による、翼表面ツーリングおよびマンドレルの除去後に、マルチボックス翼スパーおよび外板を有する翼の上面斜視図であり、垂直リブの設置をさらに示す図である。
【図１２】本明細書に提示されている種々の構成による、マルチボックス翼スパーを有する２つの翼を備えた胴体部分の上面斜視図である。
【図１３】本明細書に提示されている種々の構成による、マルチボックス翼スパーを製造する例示的なルーチンの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の詳細な説明は、マルチボックス翼スパーを有する翼を提供する。前段で簡潔に論じた通り、従来の航空機翼は、通常、各々が個々の機能を実施する１つまたは複数のスパー、リブおよび翼ストリンガを含む、複数の構成要素を使用して構築されている。翼が構築された後、翼は、通常、航空機の胴体上の翼ボックスに取り付けられる。従来の航空機では、翼ボックスは、翼が取り付けられる、航空機の胴体上の強化構造構成要素である。従来の航空機翼の構築は、時間とコストのかかる工程となり得る。さらに、ポリマーまたは特に複合材料を含むある材料を使用して翼が構築される場合、翼の複数の部分で、比較的長い長さの切れ目のない材料の有用性が低減し、ポリマーおよび／または複合材料の強度が低下する。例えば、炭素繊維強化熱可塑性材を使用するとき、表面が繊維内の複数の断絶を含む場合、構造剛性の損失を補うために付加的な強化構造物または強化材を使用する必要があるので、その複合材を使用する利点が少なくなる可能性がある。
【００１２】
本明細書に記載されている概念を利用して、航空機翼を、共に配置されると翼の形状を形成する一連の形成用マンドレルを使用して構築することができる。複合材料、または他の適切な材料を、各形成用マンドレルに付着することができ、その後圧縮され、硬化されて、マルチボックス翼スパーを有する翼を形成することができる。他の構成では、複合材料の１つまたは複数の層が、形成用マンドレルの１つまたは複数の部分への層の付着の前に完全にまたは部分的に硬化されてもよい。その構成では、１つまたは複数の部分的にまたは完全に硬化された複合材料層が、他の部分的にまたは完全に硬化された複合材料層と共結合されてもよい。さらに、また、航空機翼に関する、本明細書に記載されている概念は、本開示および添付の特許請求の範囲の範囲から逸脱することなく、垂直安定板または水平安定板などの他の航空機構成要素に使用されてもよいことを理解されたい。
【００１３】
以下の詳細な説明では、本明細書の一部を成しかつ例示、特定の構成または例として示されている添付図面を参照する。ここで、いくつかの図を通して同様の数字が同様の要素を表す図面を参照すると、マルチボックス翼スパーを有する翼の製造が示されている。本明細書に開示されている種々の構成に従って構築されているマルチボックス翼スパーが、１つまたは複数のスパーおよび１つまたは複数の外板を有してもよく、このマルチボックス翼スパーおよび外板に関する本開示は、任意の数のスパーまたは外板に限定されないことを理解されたい。
【００１４】
図１を参照すると、翼を形成するのに使用されてもよい例示的なマンドレルの上面斜視図が示されている。形成用（または翼）マンドレル１００が、（図１２に例として示されている）航空機翼の上面層に従って成形された上面層１０２を有してもよい。また、形成用（または翼）マンドレル１００は、航空機翼の下面層に従って成形された下面層１０４を有してもよい。上面層１０２および下面層１０４は、炭素繊維強化熱可塑性材などの１つまたは複数の複合材料層がマンドレル１００に付着されると結果として得られる形状は航空機翼の形状であるように成形されてもよい。さらに、上面層１０２および下面層１０４は、複合材料の繊維に屈曲および断絶が皆無かそれに近く、この複合材料から剛性の増大を実現するように成形されてもよい。また、形成用（または翼）マンドレル１００は、複数のマンドレルの１つまたは複数と当接している前面層と後面層とを有してもよい。
【００１５】
以下により詳細に記載されるように、複合材料を使用して構造物を形成する場合、通常、この材料中の不必要な屈曲または断絶を回避するばかりでなく、材料の１つまたは複数の部分に伸びる繊維の真直度を維持することが好ましい。通常の複合材料では、複合材料マトリクス中に真っ直ぐな繊維を有することが好ましい可能性がある。本開示は、複合材料マトリクス中の真っ直ぐな繊維の使用に限定されないことを理解されたい。本開示の種々の構成が、湾曲した繊維もしくは真っ直ぐな繊維またはそれらの組合せを使用する複合材料マトリクスを有する翼の構築において実施されてもよい。
【００１６】
硬化の前に複合繊維マトリクス中の繊維を真っ直ぐにすることが所望されるかまたは必要である場合、マンドレル１００はまた、テンションブロック１０６および１０８を有してもよい。テンションブロック１０６および１０８は、互いに別個にまたは併せて使用されて、複合材料マトリクスの繊維を「引っ張り」、このように真っ直ぐになった繊維マトリクスを実現してもよい。いくつかの構成では、（以下により詳細に記載されている）複合材料マトリクス中の繊維が、テンションブロック１０６および１０８の一方もしくは両方に取り付けられてもよく、またはテンションブロック１０６および／または１０８の周囲に形成されてもよい。テンションブロック１０６および１０８は、様々な圧力でマンドレル１００から外側に延出して、繊維マトリクス中の繊維に張力をもたらすように構成されてもよい。
【００１７】
前段で簡潔に論じた通り、繊維マトリクスの構築の構成およびマルチボックス翼スパーを有する翼の形成が、ここで、図２〜図１２に関連して記載される。図２では、（マンドレル１００の表面を覆う斜交平行模様で示されている）フィラメント巻バイアスプライ２００の第１の層が、マンドレル１００に巻き付けられているかまたは付着されている。必要な場合または所望の場合、フィラメント巻バイアスプライ２００は、テンションブロック１０６および／またはテンションブロック１０８を使用して張力を加え、フィラメント巻バイアスプライ２００の繊維を真っ直ぐにする助けとしてもよい。
【００１８】
フィラメント巻バイアスプライ２００がマンドレル１００に付着された後、図３に示されている通り、単一プライ層が付着される。単一プライ層３００がマンドレル１００に付着され、テンションブロック１０６および／またはテンションブロック１０８を使用してぴんと張られてもよい。本開示は、バイアスプライまたは単一プライの任意の特定の構成に限定されないことを理解されたい。例えば、バイアスプライ層の１つまたは複数の層が、単一プライ層の付加の前に付加されてもよい。同様に、単一プライの１つまたは複数の層が、１つまたは複数のバイアスプライ層の付着の間に付加されてもよい。
【００１９】
さらに、本開示は、構造目標またはコスト目標を達成するのに様々な組合せが用いられてもよいので、どちらかの種類の層の任意の数の層に限定されないことを理解されたい。例えば、限定としてではなく、所望の翼厚または構造剛性を達成するために、巻バイアスプライおよび／または単一プライの十分な層を付加することが望ましいかまたは必要である可能性がある。さらに、本開示は、いくつかの構成が同一層内にバイアスプライと単一プライとの組合せを用いる可能性があるので、１つの種類のプライを有する層に限定されないことを理解されたい。本開示および添付の特許請求の範囲の範囲から逸脱することなく、種々の構成に従って様々な組合せが使用されてもよい。
【００２０】
図４は、マンドレル１００上の完成複合材料マトリクス４００を示す。複合材料マトリクス４００は、例として図２および図３に関連して前段に記載されている方法などの、種々の積層技術および付着技術を用いて形成されてもよい。
【００２１】
図５は、マンドレル上に付着されている、完全に形成された複合材料マトリクスを有する一連のマンドレルの上面斜視図である。マンドレル装置５００が、個々のマンドレル５００ａ〜ｄを有する。マンドレル５００ａ〜ｄは、個々の複合材料マトリクス５０２ａ〜ｄを有する複合材料マトリクス５０２をその上に配置している。複合材料マトリクス５０２は、１つまたは複数の層、様々な組合せのプライから形成されてもよく、この時点で、完全にまたは部分的に未硬化であってもよい。図５に示されている通り、航空機翼の全体の形状は、マンドレル装置５００を見ると分かる可能性がある。
【００２２】
種々の構成によれば、複合材料マトリクス５０２がマンドレル装置５００に付着された後、図６に示されている通り、マンドレル５００ａ〜ｄが互いに当接している。（図５のマンドレル５００ａ〜ｄのように例として示されている）個々のマンドレルが当接しており、（図５の複合材料マトリクス５０２ａ〜ｄのように例として示されている）複数の複合材料マトリクスから形成されている複合材料マトリクス５０２を有する、隣接するマルチボックス翼スパーレイアップを形成している。
【００２３】
本開示の種々の構成によるマルチボックス翼スパー構成を部分的にまたは完全に硬化し、形成するために、硬化システムが使用されてもよい。前段で論じた通り、複合材料の１つまたは複数の層が、形成用マンドレルで使用する前に、完全にまたは部分的に硬化されてもよい。その構成では、部分的にまたは完全に硬化された複合材料層は、１つまたは複数の接着剤層を使用して他の部分的にまたは完全に硬化された複合材料層と共結合されて、複合材料層を複合材料マトリクスの内部に固定してもよい。マルチボックス翼スパーを形成するシステムの例が図７に示されている。マンドレル装置５００を形成している個々のマンドレルが互いに当接した後、このように、一連の個々の複合材料マトリクスから複合材料マトリクス５０２を形成し、一連の表面ツーリングがマンドレル装置５００の様々な表面に付けられてもよい。マンドレル装置５００を形成しているマンドレルが当接した後、追加材料がスパーの表面全体に亘って付加されてもよいことを理解されたい。この追加材料は、例として、翼の外板を形成し、既に定位置にある複合材料を強化し、または様々な航空力学的特性または物理的特性をもたらすのに使用されてもよい。
【００２４】
追加のバイアスプライおよび単一プライを付加する様々な方法が当業者に既知であり、この方法に対して、本明細書に開示されている種々の構成は、複合材料を付着する任意の１つの特定の方法に依存しない。一構成では、最初のプライが複合材料マトリクス５０２に付加された後に、複合材料マトリクス５０２へ表面ツーリングを付ける前に、硬化性上翼外板、硬化性下翼外板、硬化性前翼縁、および硬化性後翼縁が、付着（またはレイアップ）されてもよい。
【００２５】
圧縮装置５０４は、前方外板表面ツーリング５０６と、下方外板表面ツーリング５０８と、後方外板表面ツーリング５１０と、上方外板表面ツーリング５１２とを有する。さらに、非硬化性材料が複合材料マトリクス５０２に付加されてもよいので、付加される材料の全てが「硬化性」材料である訳ではないことを理解されたい。表面ツーリング５０６、５０８、５１０および５１２は、個々にまたはまとめて圧縮され、このように、マンドレル装置５００の各表面上に圧力をかけて、複合材料マトリクス５０２を形成し、硬化することを助ける。いくつかの構成では、発熱体５１４が、表面ツーリング５０６〜５１２の１つまたは複数に適用されてもよい。圧力と熱との組合せは、所望の時間量で複合材料マトリクス５０２を完全にまたは部分的に硬化する可能性があるか、またはさらなる構造剛性をもたらす可能性がある。発熱体５１４は、蒸気および電流を含む、複合材料マトリクス５０２に熱を加える様々な手段を使用してもよい。図８は圧縮状態にある圧縮装置５０４を示し、マンドレル装置５００が圧縮装置５０４の外側に示されている。
【００２６】
複合材料マトリクス５０２が所望のレベルに硬化されると、図９により詳細に示されている通り、圧縮装置５０４が除去される。圧縮装置５０４の表面ツーリング５０６、５０８、５１０および５１２が、現在は硬化された複合材料マトリクス５０２の表面から除去され、マンドレル装置５００の個々のマンドレルが、複合材料マトリクス５０２から抜き出される。結果として得られる構造物は図１０に示されている。いくつかの構成では複合材料マトリクス５０２が完全に硬化される前に硬化機構（例えば、圧縮装置５０４または発熱体５１４）を除去することが所望されるかまたは必要である可能性があるので、本開示は完全に硬化している複合材料マトリクス５０２に限定されないことを理解されたい。本開示および添付の特許請求の範囲の範囲から逸脱することなく、本開示の種々の構成に従って、様々な硬化程度が用いられてもよい。
【００２７】
図１０は、マルチボックス翼スパーを備えた複合材料マトリクス５０２を示す上面斜視図である。当接しているマンドレルを覆って形成されている複合材料を使用することにより、複合材料マトリクス５０２は、軸Ｘ−Ｙに沿った複合材料マトリクス５０２に対して内側に延在しているスパー６００ａ〜ｅを中に配置し、このようにマルチボックス翼スパーを形成している。図７のマンドレル装置５００などのマンドレル装置を使用することにより、真っ直ぐで断絶（または望ましくない形で終端）していない可能性がある繊維が配置された複合材料マトリクス５０２を形成することができることが分かる。硬化後、複合材料マトリクス５０２は単一の連続した構造と見なされる可能性がある。複合材料マトリクス５０２をさらに強化することが望ましいかまたは必要である場合、１つまたは複数のリブ（またはリブ部分）が、複合材料マトリクス５０２内に設置されてもよく、その例が図１１のリブ７００により示されている。
【００２８】
さらに、本明細書に記載されている概念を利用して、本明細書に開示されている種々の構成に従って形成されている翼が、従来の翼ボックスを必要とすることなく、航空機の胴体部分に連結されてもよい。例示的な技術が、２０１２年１１月２６日に出願された「Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｓｔｒｉｎｇｅｒｓ」と題する同時係属特許出願（第１３／６８５０２４号）に記載されている。図１２は、本明細書に記載されている技術に従って形成されている翼が従来の翼ボックスを使用せずに胴体に取り付けられている１つのそのような構成を示す。また、本明細書に提示されている概念は、従来の翼ボックスに取り付けられる、本明細書に記載されている技術による翼を形成するのに用いられてもよいことを理解されたい。
【００２９】
本明細書に開示されている種々の構成に従って構築される複合材料マトリクス８００および８０２は、胴体部分８０４に連結することができる複数の翼スパーを有する。複合材料マトリクス８００および８０２は、様々な特徴を備えた様々な形状で形成されてもよく、この複合材料マトリクスに関する本開示は、任意の１つの特定の構成に限定されないことを理解されたい。例示的な翼スパー８０６が、明確にするために図１２に識別されているが、複合材料マトリクス８００および８０２は、さらなる翼スパーを有してもよいことを理解されたい。例示的な翼スパー８０６は、楕円形開口部８０８を有してもよい。
【００３０】
複合材料マトリクス８００／８０２と胴体部分８０４との間の角度変位に応じて、楕円形開口部８０８は外周および形状が変化し得る。すなわち楕円形開口部８０８の焦点は、半径と同様に変化し得る。例えば、スパー８０６がおおよそ９０度の角度で胴体部分８０４に取り付けられてもよい真っ直ぐな翼外形の航空機では、楕円形開口部８０８は円形である可能性がある。図１２に示されているものなどの別の例では、スパー８０６は、後退翼外形で胴体部分８０４に取り付けられてもよい。このように、楕円形開口部８０８は、航空機内に内部空間を提供しかつ胴体に円周方向に取り付けられるために、形状がより長円形である可能性がある。「Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｓｔｒｉｎｇｅｒｓ」と題する同時係属出願に開示されておりかつ円周方向ストリンガ８１０として確認されるストリンガなどの１つまたは複数の円周方向胴体ストリンガが、胴体部分８０４にさらなる構造支持をもたらす可能性がある。複合材料マトリクス８００および／または８０２により形成されているマルチボックス翼スパーが、クラウンビーム部分８１２などの航空機胴体の１つまたは複数のビームに取り付けられてもよい。胴体は、クラウンビーム８１２またはキールビーム（図示せず）を含むがそれらに限定されない１つまたは複数の種類のビームを有してもよいことを理解されたい。
【００３１】
また、図１２は、本明細書に開示されている種々の構成を使用して形成されてもよい翼の様々な部分を示す。複合材料マトリクス８０２は、前翼縁８１４と、後翼縁８１６と、上面層８１８と、下面層８２０とを有するように示されている。前翼縁８１４、後翼縁８１６、上面層８１８、および下面層８２０の１つまたは複数が、本明細書に開示されている種々の構成に従って硬化性または結合可能であってもよい。さらに、前翼縁８１４、後翼縁８１６、上面層８１８、および下面層８２０の１つまたは複数は、その他のものとは別個に形成され、後で取り付けられてもよい。いくつかの構成では、前翼縁８１４および／または後翼縁８１６は、上面層８１８および／または下面層８２０と共に形成されてもよい。このように、図７の圧縮装置５０４などの圧縮装置では、前翼縁８１４は、図７の前方外板表面ツーリング５０６を使用して形成されている前方外板であってもよく、後翼縁８１６は、後方外板表面ツーリング５１０を使用して形成されている後部外板表面であってもよい。
【００３２】
ここで図１３を参照すると、マルチボックス翼スパーを構築する例示的なルーチン９００が詳細に記載されている。別段の指示がない限り、図に示されており本明細書に記載されているものより多くの作業過程またはより少ない作業過程が実施されてもよいことを理解されたい。さらに、別段の指示がない限り、これらの作業過程はまた、本明細書に記載されているものとは異なる順序で実施されてもよい。
【００３３】
ルーチン９００が作業過程９０２で開始し、１つまたは複数のバイアスプライおよび／または単一プライが一連の形成用マンドレルに付着される。いくつかの構成では、バイアスプライおよび／または単一プライ内の繊維を、マンドレル上での１つまたは複数のテンションブロックの使用によりぴんと張ることができる。作業過程９０２から、ルーチン９００は作業過程９０４に続き、それにより、形成用マンドレルは互いに当接されて、マルチボックス翼スパーレイアップを作り出す。いくつかの構成では、マルチボックス翼スパーレイアップは、バイアスプライおよび／または単一プライの１つまたは複数の層から形成されている複合材料マトリクスを含む。上述の通り、追加プライが形成工程の様々な段階で付加されてもよい。
【００３４】
作業過程９０４から、ルーチン９００は判定９０６に続き、複合材料マトリクスの硬化の前に単一プライまたはバイアスプライの追加層が付加されるべきかどうかの判定が成される。一構成では、マルチボックス翼スパーと翼外板の１つまたは複数の部分とを一緒に形成し、硬化することが望ましい。別の構成では、所望の翼厚または構造剛性が、追加プライが付加されることを必要とする可能性がある。判定９０６で追加プライ層が付加されるべきであるという場合、ルーチン９００は作業過程９０８に続き、追加層がレイアップに付着される。
【００３５】
レイアップへの追加層が付着されるべきでないと判定された９０６場合、またはレイアップへの追加層が付着された９０８後、ルーチン９００は作業過程９１０に続き、それにより、複合材料マトリクスの種々の表面に表面ツーリングが付けられる（当接される）。いくつかの構成では、表面ツーリングはいくつかの機能を果たす可能性がある。例えば、表面ツーリングは、複合材料マトリクスの表面にある形状を作り出すように構成されている１つまたは複数の表面を有してもよい。また、表面ツーリングは、複合材料マトリクスに圧力をかけかつ／または熱を加え、複合材料マトリクスを硬化し、かついくつかの例ではレイアップ中に複合材料マトリクスの減量を実現するのに使用されてもよい。
【００３６】
作業過程９１０から、ルーチン９００は作業過程９１２に続き、それにより、表面ツーリングは、硬化工程になるまで複合材料マトリクス上で圧縮される。いくつかの構成では、圧力に加えて、１つまたは複数の表面ツーリングに熱を加え、複合材料マトリクスの種々の表面を加熱することが望ましい。したがって、作業過程９１２はまた、加熱作業過程を含むことができる。
【００３７】
作業過程９１２から、ルーチン９００は作業過程９１４に続き、それにより、マルチボックス翼スパーレイアップの複合材料マトリクスは硬化される。いくつかのさらなる構成では、作業過程９１２および／または作業過程９１４において、複合材料マトリクスの一端または両端から複合材料マトリクスの内部のプライに張力をかけて、複合材料マトリクスの内部の繊維の皺量を減少させかつ複合材料マトリクスの内部の繊維の真直度を増大させることが望ましい可能性がある。硬化サイクルが完了すると、ルーチン９００は作業過程９１６に続き、それにより、表面ツーリング（および熱）が複合材料マトリクスから除去される。さらに、マンドレルが複合材料マトリクスから引き抜かれ、マルチボックス翼スパーを有する翼部分を形成する。
【００３８】
さらに、本開示は、以下の条項に基づく実施形態を含む：
１．航空機翼を製造する方法であって、
複数のフィラメント巻バイアスプライおよび単一プライを複数の分離した翼マンドレルの各々に付着することと、
前記複数の分離した翼マンドレルを当接させて、マルチボックス翼スパーレイアップを作り出すことと、
複数の翼表面ツーリングを前記マルチボックス翼スパーレイアップに当接させることと、
前記複数の翼表面ツーリングを圧縮して、前記マルチボックス翼スパーレイアップに圧力をかけることと、
前記マルチボックス翼スパーレイアップを硬化して、複数のマルチボックス翼スパーを有する前記航空機翼を形成することと
を含む、方法。
２．前記マルチボックス翼スパーレイアップを硬化することが、前記マルチボックス翼スパーレイアップに熱を加えることをさらに含む、条項１に記載の方法。
３．前記マルチボックス翼スパーレイアップを硬化することの後で、前記複数の分離した翼マンドレルの各々を除去することをさらに含む、条項１に記載の方法。
４．前記複数のフィラメント巻バイアスプライおよび単一プライを付着することは、巻バイアスプライまたは単一プライの十分な層を付加して、所望の翼厚または構造剛性を達成することを含む、条項１に記載の方法。
５．前記複数のフィラメント巻バイアスプライおよび単一プライを付着することの後で、硬化性上翼外板と硬化性下翼外板とをレイアップすることをさらに含み、前記マルチボックス翼スパーレイアップを硬化することが、前記マルチボックス翼スパーレイアップと前記上翼外板と前記下翼外板とを共硬化する、条項１に記載の方法。
６．前記マルチボックス翼スパーレイアップを硬化することの後で、複数のリブ部分を設置することをさらに含む、条項１に記載の方法。
７．前記マルチボックス翼スパーレイアップを硬化することの後で、前翼縁または後翼縁を設置することをさらに含む、条項１に記載の方法。
８．前記複数のフィラメント巻バイアスプライおよび単一プライを付着することの後で、硬化性前翼縁および硬化性後翼縁をレイアップすることをさらに含み、前記マルチボックス翼スパーレイアップを硬化することが、前記マルチボックス翼スパーレイアップと前記前翼縁と前記後翼縁とを共硬化する、条項１に記載の方法。
９．前記複数の翼表面ツーリングを圧縮することは、前記複数のフィラメント巻バイアスプライおよび単一プライに張力をかけて、前記プライ内の複数の繊維の皺を最小限にすることをさらに含む、条項１に記載の方法。
１０．  航空機胴体の少なくとも１つのビームに取り付けられている複数のマルチボックス翼スパーと、
上翼面と、
下翼面と、
複数の翼部分と
を含み、
前記複数のマルチボックス翼スパー、前記上翼面、および前記下翼面は、実質的に連続した繊維を含む複合材料層である、
翼。
１１．前記翼は、前記複数のマルチボックス翼スパーの内部に配置されている複数のリブをさらに含む、条項１０に記載の翼。
１２．前記翼は、前記複数のマルチボックス翼スパーと前記上翼面と前記下翼面と共硬化された複合材料層を含む前翼縁と後翼縁とをさらに含む、条項１０に記載の翼。
１３．前記マルチボックス翼スパーの少なくとも１つが楕円形開口部を含む、条項１０に記載の翼。
１４．前記楕円形開口部の外面が前記航空機胴体の内面に近接している、条項１３に記載の翼。
１５．前記楕円形開口部の焦点が前記航空機胴体と前記翼との間に角度変位をもたらし、前記角度変位は直線翼の外形または後退翼の外形をもたらす、条項１３に記載の翼。
１６．前記複数のマルチボックス翼スパーの少なくとも１つが、第２の翼の複数のマルチボックス翼スパーの少なくとも１つに取り付けられている、条項１０に記載の翼。
１７．前記複数のマルチボックス翼スパーと共硬化された翼外板をさらに含む、条項１０に記載の翼。
１８．実質的に連続した繊維を含む前記複合材料層は、共硬化または共結合された複合材料層である、条項１０に記載の翼。
１９．航空機翼を形成するシステムであって、
前記航空機翼の上面層に従って成形された上面層、
前記航空機翼の下面層に従って成形された下面層、および
複数のマンドレルの１つまたは複数と当接している前面層および後面層であり、前記複数のマンドレルの前記上面層は前記航空機翼の上面に従って成形されており、前記複数のマンドレルの前記下面層は前記航空機翼の下面に従って成形されている、前面層および後面層
を含む、複数のマンドレルと、
前記航空機翼を形成している１つまたは複数の複合材料層上で張力を維持するテンションブロックと、
前記航空機翼を形成している前記１つまたは複数の複合材料層を機械的に硬化する圧縮装置であり、
前記複数のマンドレルの前記後面層に圧力をかける後方外板表面ツーリング、
前記複数のマンドレルの前記上面層に圧力をかける上方外板表面ツーリング、
前記複数のマンドレルの前記下面層に圧力をかける下方外板表面ツーリング、および
前記複数のマンドレルの前記前面層に圧力をかける前方外板表面ツーリング
を含む、圧縮装置と
を含む、システム。
２０．前記航空機翼を形成している前記１つまたは複数の複合材料層を熱的に硬化する発熱体をさらに含む、条項１９に記載のシステム。
【００３９】
上述に基づいて、マルチボックス翼スパーを有する翼部分を構築する技術が本明細書に提示されていることを理解されたい。前述の主題は、単に例示として提供されており、限定的と見なされるべきではない。様々な修正および変更が、例示され、記載されている例示構成および用途を追随することなく、以下の特許請求の範囲に記載されている、本開示の真の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載されている主題に対して施されてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１００  形成用（または翼）マンドレル
１０２  上面層
１０４  下面層
１０６、１０８  テンションブロック
２００  フィラメント巻バイアスプライ
３００  （フィラメント巻）単一プライ層
４００、５０２、５０２ａ〜ｄ、８００、８０２  複合材料マトリクス
５００  マンドレル装置
５００ａ〜ｄ  マンドレル
５０４  圧縮装置
５０６  前方外板表面ツーリング
５０８  下方外板表面ツーリング
５１０  後方外板表面ツーリング
５１２  上方外板表面ツーリング
５１４  発熱体
６００ａ〜ｅ  スパー
７００  リブ
８０４  胴体部分
８０６  翼スパー
８０８  楕円形開口部
８１０  円周方向ストリンガ
８１２  クラウンビーム部分
８１４  前翼縁
８１６  後翼縁
８１８  上面層
８２０  下面層
【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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【外国語明細書】
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2014104975000002.pdf
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