(57)【要約】      （修正有）【課題】製造と組み立てに時間が所望以上の時間がかからないビークルのモノリシック複合材構造体を提供する。【解決手段】モノリシック複合材構造体４０２、モノリシック複合材構造体の第１端部４０８、およびモノリシック複合材構造体の第２端部４１０を含む方法と装置がもたらされる。前記モノリシック複合材構造体の前記第１端部は、ビークル内の構造体に接続されるよう構成された第１の形状４２２を有する。前記モノリシック複合材構造体の前記第２端部は、前記ビークルの本体に接続されるよう構成された第２の形状４２４を有する。【選択図】図４
2014034393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略平面形状を有するモノリシック複合材構造体（４０２）、
ビークル（３００）内の構造体に接続されるよう構成された第１の形状（４２２）を有する前記モノリシック複合材構造体（４０２）の第１端部（４０８）、および
前記ビークル（３００）の本体（３０８）に接続されるよう構成された第２の形状（４２４）を有する前記モノリシック複合材構造体（４０２）の第２端部（４１０）
を含む装置。
【請求項２】
前記構造体が前記ビークル（３００）内のフロア（３１０）である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記モノリシック複合材構造体（４０２）、前記第１端部（４０８）、および前記第２端部（４１０）がフレーム（４００）を形成する請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記モノリシック複合材構造体（４０２）内の任意の数の変形領域（４３２）であって、非平面領域および平面領域（４１８）の少なくとも１つから選択される前記任意の数の変形領域（４３２）をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記モノリシック複合材構造体（４０２）の前記第１端部（４０８）と前記第２端部（４１０）の間に配置された、前記モノリシック複合材構造体（４０２）内の任意の数の荷重領域（４２６）をさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記任意の数の荷重領域（４２６）は任意の数の非平面領域（４２０）である請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記モノリシック複合材構造体（４０２）内に任意の数の開口部（４３６）をさらに含む請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記第２端部（４１０）は前記第１端部（４０８）から延在する複数のフランジ（５５０）を含んでおり、前記複数のフランジ（５５０）は前記ビークル（３００）の前記本体（３０８）に接続されるよう構成されている、請求項１〜５のいずれか一項または請求項７に記載の装置。
【請求項９】
ビークル（３００）を操作する方法であって、
前記ビークル（３００）を操作すること、および
前記ビークル（３００）内の任意の数の構造体（３０４）を任意の数のフレーム（３０６）を有するサポートシステム（３０２）で支持することであって、前記任意の数のフレーム（３０６）のフレーム（４００）は、モノリシック複合材構造体（４０２）、前記ビークル（３００）内の前記任意の数の構造体（３０４）を支持するよう構成された第１の形状（４２２）を有する前記モノリシック複合材構造体（４０２）の第１端部（４０８）、および前記ビークル（３００）の本体（３０８）に接続されるよう構成された第２の形状（４２４）を有する前記モノリシック複合材構造体（４０２）の第２端部（４１０）を含む、前記支持すること
を含む方法。
【請求項１０】
前記任意の数の変形領域（４３２）が非平面領域と平面領域（４１８）の少なくとも１つから選択され、前記モノリシック複合材構造体（４０２）は任意の数の開口部（４３６）を有する、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してビークルに関し、具体的にはビークル用の構造体に関する。より具体的には、本発明はビークル用のサポートシステム内のフレームのための方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビークルの多くは、様々なコンポーネントが配置される本体を有している。たとえば、水上艦は船体の形態の本体を有する。別の例では、航空機は機体の形態の本体を有する。
【０００３】
航空機に関しては、各種コンポーネントへの支持を提供するサポートシステムが航空機の機体内に存在することがある。たとえば、航空機は機体の外板に接続する細長いビームを有することがある。これらの細長いビームは機体内のフロアを支持したり、航空機内の他の構造体に取り付けられたりする。このフロアは乗客の領域、貨物の領域、または航空機内の何らかの他の領域のためのものである。
【０００４】
さらに、曲線部材が機体の外板に取り付けられ、機体への支持を追加することがある。これらの曲線部材はたとえば、リブまたは他の種類の支持構造体である。さらに、機体に追加の支持を提供するため、部材がリブとビーム間でトラス構造を形成することがある。
【０００５】
現行では、これらの各種コンポーネントは金属あるいは複合材料で構成されている。これらの各種コンポーネントはファスナ、溶接継ぎ手、および他の適切な手段を介して相互に接続される。
【０００６】
航空機のサポートシステム内の構造体は様々な荷重に対し、所望の支持を提供するが、これらの構造体は通常、所望するものより複雑である。たとえば、ビームとリブの製造およびビームのリブへの接続及び／又はビーム間もしくはフレーム間にトラス構造を含めることは、所望以上の時間と労力がかかる。
【０００７】
製造中、これらの各種構造体は様々なプロセスを経て形成される。その後、これら構造体は、構造体の配置、構造体へのドリルでの穴あけ、ファスナの設置、構造体同士の溶接、シーラントの塗布、および他の適切な処理を含む処理を通して組み立てられる。これらの処理に要する時間によって、航空機または他のビークルの製造と組み立てに、所望以上の時間がかかる場合がある。したがって、少なくとも上述の問題点の一部、並びに他の潜在的な問題点を考慮に入れた方法および装置をもたらすことが望まれる。
【発明の概要】
【０００８】
一例示の実施形態においては、装置はモノリシック複合材構造体、前記モノリシック複合材構造体の第１端部、および前記モノリシック複合材構造体の第２端部を含む。前記モノリシック複合材構造体の前記第１端部は、ビークル内の構造体に接続されるよう構成された第１の形状を有する。前記モノリシック複合材構造体の前記第２端部は、前記ビークルの本体に接続されるよう構成された第２の形状を有する。
【０００９】
別の例示の実施形態においては、航空機のサポートシステムは複数のフレームを含む。前記複数のフレームの１フレームは、モノリシック複合材構造体、前記モノリシック複合材構造体の第１端部、および前記モノリシック複合材構造体の第２端部を含む。前記モノリシック複合材構造体の第１端部は、航空機内のフロアを支持するよう構成された第１の形状を有する。前記モノリシック複合材構造体の第２端部は、航空機の機体に接続されるよう構成された第２の形状を有する。
【００１０】
さらに別の実施形態では、ビークルを操作する方法が提示されている。ビークルは操作される。ビークル内の任意の数の構造体が、任意の数のフレームを有するサポートシステムで支持されている。前記任意の数のフレームの１フレームは、モノリシック複合材構造体、モノリシック複合材構造体の第１端部、およびモノリシック複合材構造体の第２端部を含む。前記モノリシック複合材構造体の前記第１端部は、前記ビークル内の前記任意の数の構造体を支持するよう構成された第１の形状を有する。前記モノリシック複合材構造体の前記第２端部は、前記ビークルの本体に接続されるよう構成された第２の形状を有する。
【００１１】
本発明の一態様によると、略平面形状を有するモノリシック複合材構造体、ビークル内の構造体に接続されるよう構成された第１の形状を有する前記モノリシック複合材構造体の第１端部、および前記ビークルの本体に接続されるよう構成された第２の形状を有する前記モノリシック複合材構造体の第２端部を含む装置がもたらされる。前記構造体は前記ビークル内のフロアであることが有利である。前記モノリシック複合材構造体、前記第１端部、および前記第２端部はフレームを形成することが有利である。前記モノリシック複合材構造体は、ビークルの操作中の荷重を支えるよう構成されることが有利である。前記モノリシック複合材構造体はビークルへの衝撃のエネルギーを放散するよう構成されることが有利である。前記モノリシック複合材構造体内の任意の数の変形領域がビークルへの衝撃のエネルギーの放散時に変形するよう構成されることが好ましい。前記任意の数の変形領域は非平面領域および平面領域の少なくとも１つから選択されることが好ましい。前記装置はさらに、前記モノリシック複合材構造体の前記第１端部と前記第２端部間に配置された任意の数の荷重領域を前記モノリシック複合材構造体内に含むことが有利である。前記任意の数の荷重領域は任意の数の非平面領域であることが好ましい。前記装置はさらに、前記モノリシック複合材構造体内に任意の数の開口部を含むことが有利である。第２端部は第１端部から延在する複数のフランジを含み、前記複数のフランジは前記ビークルの前記本体に接続されるよう構成されることが有利である。前記ビークルの前記本体は、機体および船体の１つから選択されることが有利である。前記ビークルは航空機、回転翼航空機、飛行船、ホバークラフト、船舶、水上艦、潜水艦、水陸両用ビークル、宇宙往還機、スペースシャトル、バス、列車、軍用車、および商用車の１つから選択されることが有利である。
【００１２】
本発明の一態様によると、複数のフレームを含む航空機のサポートシステムがもたらされる。前記サポートシステムは複数のフレームを含んでおり、前記複数のフレームの１フレームはモノリシック複合材構造体、前記航空機内のフロアを支持するよう構成された第１の形状を有する前記モノリシック複合材構造体の第１端部、前記航空機の機体に接続されるよう構成された第２の形状を有する前記モノリシック複合材構造体の第２端部を含む。
【００１３】
本発明の一態様によると、ビークルを操作する方法がもたらされる。前記方法は前記ビークルを操作すること、および前記ビークル内の任意の数の構造体を任意の数のフレームを有するサポートシステムで支持することを含んでおり、前記任意の数のフレームの１フレームはモノリシック複合材構造体、前記ビークル内の前記任意の数の構造体を支持するよう構成された第１の形状を有する前記モノリシック複合材構造体の第１端部、および前記ビークルの本体に接続されるよう構成された第２の形状を有する前記モノリシック複合材構造体の第２端部を含む。前記任意の数の構造体はビークル内のフロアであることが有利である。前記モノリシック複合材構造体は、ビークルの操作中の荷重を支えるよう構成されることが有利である。前記方法はさらに、前記ビークルへの衝撃のエネルギーに反応して、前記モノリシック複合材構造体内の任意の数の変形領域を変形させることを含むことが有利である。前記任意の数の変形領域は非平面領域および平面領域の少なくとも１つから選択されることが好ましい。前記モノリシック複合材構造体は任意の数の開口部を有することが有利である。
【００１４】
上述の特徴および機能は、本発明の様々な実施形態で独立に実現可能であるか、またはさらなる別の実施形態で組み合わせることが可能である。さらなる別の実施形態の詳細は以下の説明および図面を参照すると理解できる。
【００１５】
例示的な実施形態の特徴と考えられる新規の機能は、添付の特許請求の範囲に記載される。しかしながら、例示の実施形態と、好ましい使用モード、さらにはそれらの目的と特徴は、添付図面を参照しながら本発明の例示の一実施形態の以下の詳細な説明を読むことにより最もよく理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】例示的な実施形態に係る航空機を示す図である。
【図２】例示的な実施形態に係るサポートシステムの詳細図である。
【図３】例示的な実施形態に係るビークルのブロック図である。
【図４】例示的な実施形態に係るフレームのブロック図である。
【図５】例示的な実施形態に係るフレームの図である。
【図６】例示的な実施形態に係るフレームの側面図である。
【図７】例示的な実施形態に係るトリミングされていないフレームの図である。
【図８】例示的な実施形態に係るフレームの図である。
【図９】例示的な実施形態に係るフレームの断面図である。
【図１０】例示的な実施形態に係るフレームの端部の詳細図である。
【図１１】例示的な実施形態に係るフレームの端部の詳細図である。
【図１２】例示的な実施形態に係るフレームの断面図である。
【図１３】例示的な実施形態に係るフレームの断面図の一部分の詳細図である。
【図１４】例示的な実施形態によるフレームの図である。
【図１５】例示的な実施形態に係るフレームの側面図である。
【図１６】例示的な実施形態に係るビークルを操作するプロセスのフローチャートを示す。
【図１７】例示的な実施形態に係るフレームを形成するプロセスのフローチャートを示す。
【図１８】例示的な一実施形態に係る航空機の製造および点検方法を示している。
【図１９】例示的な実装形態が実装され得る航空機を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
例示的な実施形態は、１つ以上の各種検討事項を認識、かつ考慮している。たとえば、例示的な実施形態は、製造により長時間がかかることに加え、多数のコンポーネントを有するサポートシステム内の構造体に対する保守量が所望以上に増えることを認識かつ考慮している。たとえば、航空機のサポートシステム内のトラス構造は定期的な検査を必要とする可能性がある。これらの検査において、サポートシステム内の各コンポーネントが検査される可能性がある。さらに、これら各種コンポーネントの製造には所望以上のツールが必要になる可能性がある。たとえば、部品の印付け、部品の押し出し、部品の切断のためのツール、および他の処理が必要になる可能性がある。
【００１８】
よって、例示の実施形態ではモノリシック複合材構造体を含むサポートシステムのための方法と装置を提供する。これらのモノリシック複合材構造体は複合材料から形成されたフレームの形態を取る。
【００１９】
ここで図面を参照すると、具体的に図１では、一実施形態に係る航空機の例が示されている。この実施例では、航空機１００は、機体１０６に取り付けられた翼１０２および翼１０４を有する。航空機１００は、翼１０２に取り付けられたエンジン１０８と、翼１０４に取り付けられたエンジン１１０を含む。
【００２０】
機体１０６は尾部１１２を有する。水平安定板１１４、水平安定板１１６、および垂直安定板１１８が、機体１０６の尾部１１２に取り付けられている。
【００２１】
航空機１００は、一実施形態に係るサポートシステム１２０が実装され得る航空機の実施例である。この実施例では、航空機１００の露出ビューが示されている。この露出ビューでは、機体１０６の内装１２２がサポートシステム１２０とともに表示されている。この実施例では、サポートシステム１２０はフレーム１２４を含む。これらの実施例において、フレーム１２４はモノリシック複合材構造体である。
【００２２】
図のとおり、フレーム１２４は航空機１００の内装１２２内のフロア１２６を支持する。さらに、フレーム１２４は機体１０６に対する支持も提供する。これらの実施例では、フレーム１２４はフロア１２６と機体１０６の両方に接続できる。特に、特定の実装例によっては、フレーム１２４は機体１０６の外板または機体１０６の他の構造体に接続できる。次の図に、機体１０６のセクション１２８の詳細ビューが示されている。
【００２３】
ここで図２を参照すると、例示の一実施形態に係るサポートシステムの詳細ビューが示されている。この実施例では、図１のセクション１２８に帰属する、機体１０６の内装１２２内のサポートシステム１２０のためのフレーム１２４が詳細に示されている。機体１０６の内装１２２の露出ビューには、フレーム２００、フレーム２０２、フレーム２０４、フレーム２０６、フレーム２０８、フレーム２１０、フレーム２１２、フレーム２１４、およびフレーム２１６が見える。
【００２４】
ここで、図３を参照すると、例示の一実施形態に係るビークルのブロック図が示されている。この実施例では、図１の航空機１００は、この図にブロック図で示されたビークル３００の物理的実装例である。
【００２５】
図示のとおり、ビークル３００は他のコンポーネントに加え、サポートシステム３０２を含む。サポートシステム３０２はビークル３００内の任意の数の構造体３０４に対する支持を提供するよう構成されている。本明細書で、項目と関連させて「任意の数の」を使用する場合は、１以上の項目を意味する。たとえば、任意の数の構造体３０４は、１以上の構造体３０４を意味する。
【００２６】
特に、サポートシステム３０２はフレーム３０６を含む。フレーム３０６はビークル３００内の任意の数の構造体３０４に対する支持を提供するよう構成されている。たとえば、フレーム３０６は、ビークル３００の構造体３０４内の本体３０８に対する支持を提供できる。
【００２７】
図のとおり、本体３０８は構造体３０４の１構造体であり、構造体３０４内にはコンポーネント、乗客、貨物、および他のオブジェクトを配置できる。これらの実施例では、本体３０８はビークル３００の本体であり得る。本体３０８は、たとえば限定はしないが、機体、船体、またはビークル３００の他の何らかの本体であってよい。
【００２８】
さらに、本体３０８に加えてまたは本体３０８の代わりに、フレーム３０６はビークル３００内の構造体３０４内部の他の構造体に対する支持を提供できる。たとえば、フレーム３０６は、ビークル３００内のフロア３１０に対する支持を提供できる。フロア３１０は、たとえば限定はしないが、乗客コンパートメント、カーゴ領域、操縦室、アビオニクスコンパートメント、または他の何らかの適切な領域等の領域のためのフロアであってよい。
【００２９】
これらの実施例では、フレーム３０６は複合材料３１２で構成される。複合材料３１２はマトリクスおよび補強材で構成されてよい。補強材はプライ、テープ、布、麻くずの形態の繊維、および他の適切な形態の繊維で構成できる。補強材は樹脂の形態のマトリクスで充填され、または含侵されてよい。補強材のレイヤを積層できる。前記レイヤの積層前または積層後に樹脂を追加できる。その後、この材料の組み合わせを硬化させてフレーム３０６を形成できる。
【００３０】
具体的には、フレーム３０６はモノリシック複合材構造体３１４であってよい。言い換えると、フレーム３０６の各フレームは単一構造体で構成できる。
【００３１】
言い換えると、フレーム３０６の１フレームを形成するため、各種コンポーネントを相互に接続しない。本明細書で使用しているように、第２コンポーネントに「接続されている」第１コンポーネントとは、第１コンポーネントが第２コンポーネントに直接的または間接的に接続可能であることを意味する。すなわち、第１コンポーネントと第２コンポーネント間には追加のコンポーネントが存在し得る。これら２つのコンポーネント間に１以上の追加コンポーネントが存在する場合は、第１コンポーネントは第２コンポーネントに間接的に接続されているとみなされる。第１コンポーネントが第２コンポーネントに直接的に接続されているとき、これら２つのコンポーネント間に追加コンポーネントは存在しない。
【００３２】
フレーム３０６がモノリシック複合材構造体３１４の形態を取るとき、一部の実施例では、フレーム３０６は単一硬化を介して形成される。単一硬化の場合、コンポーネントの二次的接合は発生せず、フレーム３０６の再硬化は実施されない。
【００３３】
サポートシステム３０２内にフレーム３０６を使用した場合、現行使用されているサポートシステムと比べて、フレーム３０６の製造および設置に要する時間を短縮できる。さらに、サポートシステム３０２内にフレーム３０６を使用すると、ビークル３００のコストも低減できる。
【００３４】
ここで図４を参照すると、例示の一実施形態に係るフレームのブロック図が示されている。この実施例では、フレーム４００は、図３のフレーム３０６の１フレームの一例である。
【００３５】
図のとおり、フレーム４００はモノリシック複合材構造体４０２で構成される。これらの実施例では、モノリシック複合材構造体４０２は略平面形状である。一部の実施例では、モノリシック複合材構造体４０２は非平面の機構を有してよい。
【００３６】
これらの実施例において、フレーム４００は第１側面４０４、第２側面４０６、第１端部４０８、第２端部４１０を有する。第１側面４０４と第２側面４０６は向かい合っている。この実施例では、第１側面４０４は第１表面４１２を有し、第２側面４０６は第２表面４１４を有する。第１表面４１２と第２表面４１４は略平面の表面である。一部の実施例では、モノリシック複合材構造体４０２は略平面形状を有するのに対し、これらの表面は平面でなくてもよい。言い換えると、モノリシック複合材構造体４０２の全般的な形態は略平面であるが、第１表面４１２と第２表面４１４のような表面は平面ではない構成を有することがある。
【００３７】
この実施例では、第１表面４１２と第２表面４１４は平面領域４１８を含む。さらに、第１表面４１２と第２表面４１４は任意の数の非平面領域４２０も含むことができる。任意の数の非平面領域４２０は平面領域４１８内の１つ以上の非平面領域である。さらに、第１表面４１２と第２表面４１４の平面領域４１８は非平面の機構４２１を含むことができる。
【００３８】
非平面の機構４２１は、第１表面４１２と第２表面４１４上にある機構であって、フレーム４００の強度を高めたり、フレーム４００の性能に対し所望のパラメータを付与したりできる。たとえば、フレーム４００上またはフレーム４００内部に正弦波のパターンが存在し得る。正弦波のパターンがフレーム４００上に存在するとき、第１表面４１２と第２表面４１４は非平面の表面となり得る。正弦波のパターンがフレーム４００の内装内部に使用されるとき、第１表面４１２と第２表面４１４は依然として平面領域４１８を有することができる。よって、非平面の機構４２１は、平面領域４１８または第１表面４１２と第２表面４１４を変更することなく、フレーム４００内に存在し得る。
【００３９】
一部の実施例では、任意の数の非平面領域４２０も非平面の機構を含み得る。もちろん、特定の実装によって、正弦波のパターン以外の他の非平面の機構を使用できる。
【００４０】
図のとおり、第１端部４０８は第１の形状４２２を有し、第２端部４１０は第２の形状４２４を有する。第１の形状４２２は、図３の構造体３０４の１構造体を支持するよう構成される。たとえば、第１の形状４２２は、図３に係るビークル３００の構造体３０４内部のフロア３１０を支持するよう構成される。
【００４１】
第２端部４１０は構造体３０４の別の構造体へ接続されるよう構成された第２の形状４２４を有する。この他の構造体はたとえば、図３のビークル３００の本体３０８等の構造体であってよい。
【００４２】
さらに、モノリシック複合材構造体４０２は任意の数の荷重領域４２６も含む。任意の数の荷重領域４２６は、モノリシック複合材構造体４０２内のフレーム４００のモノリシック複合材構造体４０２の第１端部４０８と第２端部４１０間に配置できる。
【００４３】
これらの実施例では、任意の数の荷重領域４２６は荷重４２８を支えるため構成される。荷重４２８は、図３のビークル３００の操作中に、フレーム４００にかかる荷重であってよい。これらの実施例では、任意の数の荷重領域４２６は任意の数の非平面領域４２０内に存在してよい。
【００４４】
これら特定の実施例では、任意の数の非平面領域４２０が任意の数の荷重領域４２６として機能するよう構成されている場合、任意の数の非平面領域４２０は細長い領域であってよい。特に、これらの細長い領域は、第１表面４１２および第２表面４１４上の両方にある非平面領域であるビードの形態を取ってよい。
【００４５】
これらの実施例では、フレーム４００のモノリシック複合材構造体４０２は、図３に係るビークル３００への衝撃に起因し得るエネルギー４３０を放散するよう構成できる。特に、モノリシック複合材構造体４０２は任意の数の変形領域４３２を含むことができる。
【００４６】
任意の数の変形領域４３２は、特定の実装によっては、任意の数の非平面領域４２０と平面領域４１８の少なくとも１つを含むことができる。本明細書において、「〜の少なくとも１つ」という表現が列挙された項目と共に使用される場合、当該列挙された項目の１つ以上の各種組み合わせが可能であることを意味し、かつ、当該列挙された各項目のうちの１つだけあればよいことを意味する。たとえば、「項目Ａ、項目Ｂ、および項目Ｃの少なくとも１つ」は、「項目Ａ」または「項目Ａと項目Ｂ」を含むことができ、これに限定されない。この例では、「項目Ａと項目Ｂと項目Ｃ」または「項目Ｂと項目Ｃ」も含まれ得る。
【００４７】
モノリシック複合材構造体４０２にかかるエネルギー４３０を放散させるとき、任意の数の変形領域４３２は変形してよい。任意の数の変形領域４３２は、モノリシック複合材構造体４０２内の任意の数の変形領域４３２内のレイヤ４３４構成によって形成できる。
【００４８】
さらに、モノリシック複合材構造体４０２は任意の数の開口部４３６も含むことができる。任意の数の開口部４３６は、任意の数の各種理由のために、形成できる。たとえば、フレーム４００の重量を低減するため、任意の数の開口部４３６を形成できる。
【００４９】
開口部４３６は、モノリシック複合材構造体４０２内の任意の数の変形領域４３２の作成を補助するために形成することもできる。開口部４３６のサイズと場所は、所望のエネルギー放散量に基づいて選択できる。
【００５０】
さらに、開口部４３６は各種目的のためのアクセスを提供できる。たとえば、開口部４３６は保守、検査、または保守と検査両方のためのアクセスを提供できる。さらに、開口部４３６はまたビークル３００の他のコンポーネントに対するアクセスを提供できる。これらのコンポーネントはたとえば限定はしないが、ワイヤ、フルードライン、光回線、配線、リンケージ、および他の適切なコンポーネントの少なくとも１つであってよい。
【００５１】
これらの実施例では、フレーム４００のモノリシック複合材構造体４０２を形成するために使用される複合材料のレイヤ４３８の積層中に、開口部４３６を形成できる。他の実施例では、複合材料のレイヤ４３８の硬化後に、開口部４３６を形成することができる。
【００５２】
これらの実施例では、フレーム４００は単一コンポーネントとして形成される。言い換えると、モノリシック複合材構造体４０２、第１側面４０４、第２側面４０６、第１端部４０８、第２端部４１０、およびフレーム４００内の他の機構は単一コンポーネントとして形成される。結果として、フレーム４００の様々な機構および部品は、フレーム４００を形成するため、相互に締結または接合されない。
【００５３】
これらの実施例では、複合材料のレイヤ４３８はフレーム４００内の様々なコンポーネントを形成する。複合材料のレイヤ４３８は積層および硬化が同時になされる。言い換えると、これらの実施例では、フレーム４００を製造するために単一硬化がなされる。同時硬化を介して同時に硬化するため、フレーム４００の様々な部品のために複合材料のレイヤ４３８を積層すること、およびこれらの材料を共に配置することも、単一硬化とみなされる。言い換えると、複合材料のレイヤ４３８の初回の硬化がなされた後、二次的な時点において複合材料のレイヤ４３８は硬化されない。
【００５４】
さらに、フレーム４００は材料４４０も含むことができる。材料４４０は複合材料のレイヤ４３８内または複合材料のレイヤ４３８間に配置できる。材料４４０は様々な形態をとり得る。たとえば限定はしないが、材料４４０は発泡体、プラスチック、金属、充填材、ハニカムコア、および他の適切な種類の材料であってよい。材料４４０は、任意の数の各種目的のために使用できる。たとえば、材料４４０を使用し、フレーム４００のモノリシック複合材構造体４０２内の平面領域４１８、任意の数の非平面領域４２０、任意の数の荷重領域４２６、任意の数の変形領域４３２、および他の適切な領域または構造体の少なくとも１つを形成できる。
【００５５】
フレーム４００の重量低減、フレーム４００の部分の強度向上、任意の数の変形領域４３２の作成、および他の適切な目的のため、材料４４０の選択をなし得る。材料４４０が複合材料のレイヤ４３８に含有される結果、フレーム４００のモノリシック複合材構造体４０２を形成するための複合材料のレイヤ４３８の硬化中、材料４４０が存在する。
【００５６】
このように、第１表面４１２と第２表面４１４上に平面領域４１８、任意の数の非平面領域４２０、及び／又は非平面の機構４２１を有するモノリシック複合材構造体４０２は、略平面の複合材構造体である。言い換えると、モノリシック複合材構造体４０２の第１表面４１２及び／又は第２表面４１４が非平面であっても、モノリシック複合材構造体４０２は略平面の形状を有する。
【００５７】
ビークル３００とビークル３００のサポートシステム３０２の図および図３と図４の各種コンポーネントは、例示の実施形態が実装できる方式に対する物理的または構造的な限定を示唆するものではない。図示したコンポーネントに加えてまたは代えて、他のコンポーネントを使用できる。コンポーネントの中には不必要になるものもある。また、ブロック図は一部の機能的コンポーネントを示すために提示されている。例示的な実施形態の実装時、１つ以上のこれらのブロックを結合、分割したり、あるいは１つ以上のこれらのブロックを別のブロックに結合および分割できる。
【００５８】
たとえば、開口部４３６をフレーム４００からなくしてもよい。他の実施例において、フレーム４００の一部の実装例には開口部４３６が存在するが、図３に係るサポートシステム３０２内のフレーム３０６の形成時には開口部は使用されず存在しない。これらの実施例では、サポートシステム３０２は図１の航空機１００等のビークルと共に使用するものとして記載されている。サポートシステム３０２は他の種類のビークルと共に使用できる。たとえば限定はしないが、サポートシステム３０２は回転翼航空機、飛行船、ホバークラフト、船舶、水上艦、潜水艦、水陸両用ビークル、宇宙往還機、スペースシャトル、バス、列車、軍用車、商用車、および他の適切なビークルの１つから選択されるビークルと共に使用できる。
【００５９】
ここで図５を参照すると、例示の一実施形態に係るフレームが示されている。フレーム５００は、図４のブロック図で示されるフレーム４００の物理的実装例である。この図ではフレーム５００の等角ビューが示されている。図のとおり、フレーム５００はモノリシック複合材構造体５０２の形態を取る。
【００６０】
図のとおり、フレーム５００は第１側面５０４、第２側面５０６、第１端部５０８、および第２端部５１０を有する。これらの実施例では、フレーム５００は図１の航空機１００内で使用可能なフレームの一例である。特に、フレーム５００は図１のサポートシステム１２０に示されるフレーム１２４内の１フレームの例である。
【００６１】
この実施例では、第１端部５０８は図１のフロア１２６等の航空機１００内部の構造体を支持するよう構成されている。見て取れるとおり、第１端部５０８は略平面で、航空機１００内のフロア１２６のコンポーネントを支持するよう構成されている。図のとおり、モノリシック複合材構造体５０２上の第１端部５０８はＴ形状を有することができる。第２端部５１０は機体１０６の内装へと接続されるよう構成された曲線形状を有する。当然ながら、第２端部５１０は機体１０６の形状によって、他の形状を有し得る。これらの実施例では、フレーム５００の第２端部５１０は、図１に係る航空機１００内の機体１０６への支持を提供するニール（ｋｎｅｅｌ）フレームとして機能できる。
【００６２】
さらに、この特定例においてわかるように、フレーム５００には当該フレームが略平面である領域とフレーム５００が非平面である領域が含まれる。図のとおり、平面領域５１２と非平面領域５１４が第１側面５０４の第１表面５１６上に存在する。特に、非平面領域５１４には、非平面領域５１８、非平面領域５２０、非平面領域５２２、非平面領域５２４、非平面領域５２６、および非平面領域５２８が含まれる。図のとおり、非平面領域５１４は平面領域５１２より隆起している。
【００６３】
これらの実施例では、第２側面５０６上の第２表面上に、対応する平面領域および非平面領域が存在する。フレーム５００のこのビューでは、対応する平面領域および非平面領域は見えない。
【００６４】
図のとおり、非平面領域５１４はフレーム５００の荷重領域を形成できる。非平面領域５１４が荷重領域として構成される場合、非平面領域５１４は図１に係る航空機１００の操作中にフレーム５００にかかり得る荷重を支持できる。
【００６５】
さらに、これらの実施例において、非平面領域５１４と平面領域５１２の部分のうち少なくとも１つを、変形領域として機能するよう構成できる。図のとおり、変形領域は、非平面領域５１４と平面領域５１２の部分のうち少なくとも１つの中に、任意の数の複合材料のレイヤ、任意の数の複合材料のレイヤの向き、および他の適切なパラメータの少なくとも１つを選択することを通して形成できる。たとえば、前記任意の数の複合材料のレイヤおよび前記任意の数の複合材料のレイヤの前記向きは、変形領域がフレーム５００内の他の領域より先に変形する可能性が高くなるように、選択できる。
【００６６】
これらの変形領域は、衝撃によりまたは他の何らかの源により生成されたエネルギーがフレーム５００にかかる際、変形できる。これらの変形領域の変形によって、フレーム５００にかかるエネルギー吸収をもたらす。
【００６７】
変形領域およびフレーム５００内のこれらの箇所の選択によって、フレーム５００によってエネルギーが吸収されることになる。結果的に、他の構造体に伝達されるエネルギー量を減少できる。このエネルギー吸収によって、乗客領域または貨物領域等の他の領域へのエネルギー伝達を減らすことができる。
【００６８】
これらの実施例では、フレーム５００はまた開口部５３０を含むことができる。開口部５３０はモノリシック複合材構造体５０２内部に形成される。これらの実施例では、開口部５３０は開口部５３２、開口部５３４、開口部５３６、開口部５３８、および開口部５４０を含む。任意の数の各種理由のためのアクセスを提供するため、開口部５３０をモノリシック複合材構造体５０２内部に形成できる。
【００６９】
たとえば、保守、検査、配線束、光回線、フルードライン、および図１に係る航空機１００内に存在し得る他のコンポーネントに対するアクセスを提供するため、開口部５３０が存在してよい。さらに、フレーム５００が設置されている領域内でコンパートメントが閉鎖された場合、開口部５３０は減圧通気機能も供給できる。
【００７０】
この実施例では、セクション５４１は図１に係る航空機１００内のフロア１２６等の構造体を支持するよう構成されている。この例では、第１端部５０８のセクション５４１はフレーム５００内のビームまたは他の支持構造体として機能できる。
【００７１】
さらに、第１端部５０８は他の構造体も支持できる。たとえば、第１端部５０８のセクション５４２とセクション５４４は、図に１係る航空機１００の内装１２２内のフロア１２６の上方にあるパネルを支持するよう構成できる。
【００７２】
別の実施例では、第２端部５１０はまたチャネル５４６を含むことができる。これらのチャネルは、図１に係る航空機１００の機体１０６内部のストリンガ等の構造体に適合するよう、第２端部５１０内部に形成できる。たとえば、チャネル５４６のうちのチャネル５４８は、ストリンガに適合するよう、またはストリンガがチャネル５４８を通ることができるように成形できる。
【００７３】
他の実施例では、チャネル５４６は存在しなくてもよい。さらなる他の実施例では、チャネル５４８はストリンガに適合するよう、あるいはストリンガがチャネル５４８を通ることができるようになっていなくてよい。フルードラインまたはファスナ等の他の機構は、任意のチャネル５４６を通過できる。フレーム５００が航空機の機体以外の他の構造体内に使用される場合、搬送要素へのアクセスを可能にしたり、または他の適切な目的のために、チャネル５４６を図１の航空機１００内に使用したりできる。
【００７４】
第２端部５１０は複数のフランジ５５０も有する。複数のフランジ５５０は、第２端部５１０を他の構造体へ接続する際、使用する構造体を提供できる。たとえば、複数のフランジ５５０のうちのフランジ５５２を機体１０６に接続できる。
【００７５】
さらなる他の実施例では、第１側面５０４は非平面の表面を有してよい。たとえば、第１側面５０４は正弦波のパターンの形状を有してよい。別の例では、第１側面５０４は非平面領域５１４を含まない可能性がある。 
【００７６】
ここで図６を参照すると、例示の一実施形態に係るフレームの側面図が示されている。ここに描かれている実施例では、フレーム５００の第１側面５０４が示されている。  
【００７７】
図のとおり、フレーム５００は長さ６００と高さ６０２を有する。長さ６００はたとえば約１８４インチ、一方、高さ６０２は約５３インチとしてよい。もちろん、図１に係る航空機１００等のプラットフォームの設計によって、長さ６００と高さ６０２に異なる値を持たせてよい。さらに、フレーム５００が航空機１００に使用される場合、航空機１００の機体１０６内のフレーム５００の箇所によって、フレーム５００は様々なサイズを持つことができる。例を挙げると、機体１０６の他のセクション、たとえば図１の翼１０２と翼１０４近くのセクションと比較して、機体１０６の尾部セクション１１２においては、フレーム５００はサイズがより小さくてよい。
【００７８】
ここで図７を参照すると、例示的な実施形態に係るトリミングされていないフレームが示されている。トリミングされていないフレーム７００は、フレーム５００がトリミングされて開口部５３０、チャネル５４６、または図５と６のフレーム５００の他の機構を含むようになる前の、フレーム５００の一例である。
【００７９】
この例示的な実施例では、非平面領域５１４がトリミングされていないフレーム７００内に存在する。図のとおり、第１側面５０４の第１表面５１６は、略平面である。もちろん、特定の実装によって、トリミングされていないフレーム７００の表面は、非平面の機構を含んでよい。
【００８０】
これらの実施例では、トリミングされていないフレーム７００上に存在する非平面領域５１４を有するトリミングされていないフレーム７００が表示されているが、トリミングされていないフレーム７００の他の例は非平面領域５１４を含まなくてよい。さらに、非平面領域５１４に加え、他の機構がトリミングされていないフレーム７００上に存在してよい。さらなる別の実施例では、トリミングされていないフレーム７００のトリミングは不要であってよい。
【００８１】
ここで図８を参照すると、例示的な実施形態に係るフレームが示されている。フレーム８００は、図４のブロック図で示されるフレーム４００の物理的実装のもう１つの例である。この図ではフレーム８００の等角ビューが示されている。図のとおり、フレーム８００はモノリシック複合材構造体８０２の形態を取る。
【００８２】
図のとおり、フレーム８００は、第１側面５０４の第１表面５１６上に正弦波パターン８０４を有する。これらの実施例でにおいて、フレーム８００は、第２側面５０６の表面上にも、正弦波パターン８０５を有してよい。特定の実装によって、フレーム８００の強度を強化するため、またはフレーム８００の他の所望の機能を提供するため、正弦波パターン８０４を選択できる。他の実施例では、フレーム８００は第１側面５０４と第２側面５０６の表面に、正弦波８０５以外の異なるパターンを有してよい。
【００８３】
ここで図９を参照すると、例示の一実施形態に係るフレームの断面図が示されている。この表示の例において、フレーム５００の断面図は、図６のライン９‐９に沿って切り取ったものである。
【００８４】
この実施例では、非平面領域５２４は、第１側面５０４の第１表面５１６上および第２側面５０６の第２表面９００上に存在する。図のとおり、非平面領域５２４はモノリシック複合材構造体５０２の固体部分として形成される。たとえば、フレーム５００の他の領域と比較して、複合材料のレイヤ９０２内の追加レイヤが非平面領域５２４内に存在し得る。特定の実装に応じて、複合材料のレイヤ９０２の実際に選択されるレイヤの数は異なってよい。たとえば、選択されるプライの種類、選択される樹脂の種類、所望の積載量、および他の適切な要因によって、使用されるレイヤの数と向きが決まる。たとえば、レイヤの数は約２０レイヤ、約４０レイヤ、約７５レイヤ、または他の何らかのレイヤの数であってよい。
【００８５】
図のとおり、非平面領域５２４はフレーム５００の荷重領域であってよい。言い換えると、非平面領域５２４は、フレーム５００にかかり得る荷重を支持するよう構成できる。さらなる他の実施例では、非平面領域５２４は変形を通してエネルギーを吸収するよう構成されている変形領域の一部であってもよい。フレーム５００のセクション９０４の詳細図が図１０に、フレーム５００のセクション９０５の詳細図が図１１に示されている。
【００８６】
ここで図１０を参照すると、例示の一実施形態に係るフレームの端部の詳細図が示されている。この実施例では、図９のセクション９０４の詳細な図が示されている。
【００８７】
図のとおり、第１端部５０８はＴ形状を有している。この実施例では、複合材料のレイヤ９０２は、フレーム５００の第１端部５０８を形成するよう構成されている。複合材料のレイヤ９０２に加え、ヌードル１００４も複合材料のレイヤ９０２内に含まれる。この実施例では、ヌードル１００４は、第１端部５０８にある半径部１００６の充填物として構成された任意の数の複合材料のレイヤである。プライがヌードル１００４に封入されるように、プライが置かれる。さらに、ヌードル１００４は硬化プロセス中、接着材料ラップを含める、または含めないことができる。この接着材料ラップは、複合材料のレイヤ９０２内のプライ間の接合の一体性を高めることができる。
【００８８】
この実施例では、ヌードル１００４は三角形の断面を有する。ヌードル１００４を採用すると、複合材料のレイヤ９０２内の隙間１００８を充填でき、すべての表面を結合することができる。ヌードル１００４を採用すると、第１端部５０８の強度を高めることができる。さらに、ヌードル１００４を使用すると、半径部１００６の層間剥離とゆがみを低減できる。
【００８９】
ここで図１１を参照すると、例示の一実施形態に係るフレームの端部の詳細図が示されている。この実施例では、図９のセクション９０５の詳細な図が示されている。
【００９０】
図のとおり、第２端部５１０はＴ形状を有している。この実施例では、複合材料のレイヤ９０２は、フレーム５００の第２端部５１０を形成するよう構成されている。複合材料のレイヤ９０２に加え、ヌードル１１０４も複合材料のレイヤ９０２内に含まれる。この実施例では、ヌードル１１０４は、第２端部５１０にある半径部１１０６の充填物として構成された任意の数の複合材料のレイヤで構成されている。さらに、ヌードル１１０４は硬化プロセス中、接着材料ラップを含める、または含めないことができる。これらの接着材料ラップは、複合材料のレイヤ９０２内のプライ間の接合の一体性を高めることができる。
【００９１】
この実施例では、ヌードル１１０４は三角形の断面を有する。ヌードル１１０４を採用すると、複合材料のレイヤ９０２内の隙間１１０８を充填でき、すべての表面を結合することができる。ヌードル１１０４を採用すると、第２端部５１０の強度を高めることができる。さらに、ヌードル１１０４を使用すると、半径部１１０６の層間剥離とゆがみを低減できる。
【００９２】
ここで図１２を参照すると、一実施形態に係るフレームの断面図が示されている。この表示の例において、フレーム５００の断面図は、図６のライン１２‐１２に沿って切り取ったものである。このフレーム５００の断面図は、フレーム５００の別の実装の一例である。
【００９３】
この実施例では、非平面領域５２４は、第１側面５０４の第１表面５１６上および第２側面５０６の第２表面１２００上の両方に存在する。この実施例では、非平面領域５２４は、図９の断面図で示されたフレーム５００の実装例と比べ、モノリシック複合材構造体５０２の固体部分ではない。
【００９４】
代わりに、非平面領域５２４は充填物質１２０２を含む。この実施例では、充填物質１２０２は、フレーム５００のセクション１２０８内の複合材料のレイヤ１２０６間に配置される。充填物質１２０２は、任意の数の各種材料から選択できる。たとえば限定はしないが、充填物質１２０２は発泡体、プラスチック、金属、ハニカムコア、および他の適切な種類の充填物質であってよい。セクション１２０８の詳細図が図１３に示されている。
【００９５】
ここで図１３を参照すると、例示の一実施形態に係るフレームの断面図の一部分の詳細が示されている。この図では、図１２のセクション１２０８の詳細ビューを示している。
【００９６】
図のとおり、充填物質１２０２がフレーム５００のセクション１３００とセクション１３０２内に配置されている。セクション１３００とセクション１３０２は、複合材料のレイヤ１２０６間に配置される。もちろん、この充填物質１２０２の配置例は、説明のためだけにすぎず、複合材料のレイヤ１２０６間に充填物質１２０２を配置できる方式を制限する意図ではない。別の実施例では、充填物質１２０２の２つのセクションの代わりに、充填物質１２０２の１つのセクションのみが存在してよい。
【００９７】
ここで図１４を参照すると、例示的な実施形態に係るフレームが示されている。この実施例では、フレーム１４００は、図４のブロック図で示されるフレーム４００の物理的実装のもう１つの例である。この図ではフレーム１４００の等角ビューが示されている。図のとおり、フレーム１４００は平面複合材構造体１４０２の形態を取る。もちろん、一部の実施例では、フレーム１４００は非平面の機構を含むことができる。
【００９８】
図のとおり、フレーム１４００は第１側面１４０４、第２側面１４０６、第１端部１４０８、および第２端部１４１０である。図のとおり、フレーム１４００は、図１に係る航空機１００内部のサポートシステム１２０内にフレーム１２４を実装するために使用できるフレームの別の一例である。
【００９９】
この実施例では、第１端部１４０８は、フロア１２６等の航空機１００内部の構造体を支持するよう構成されている。見て取れるとおり、第１端部１４０８は略平面で、図１に係る航空機１００内のフロア１２６のコンポーネントを支持するよう構成されている。図のとおり、平面複合材構造体１４０２上の第１端部１４０８はＴ形状を有することができる。第２端部１４１０は航空機１００の機体１０６の内装外板へと接続されるよう構成された曲線形状を有する。
【０１００】
図のとおり、フレーム１４００は、平面領域１４１２と非平面領域１４１４を第１側面１４０４の第１表面１４１６上に含む。特に、非平面領域１４１４には、非平面領域１４１８、非平面領域１４２０、非平面領域１４２２、非平面領域１４２４、非平面領域１４２６、および非平面領域１４２８が含まれる。対応する非平面領域が第２側面１４０６上の第２表面上にあるが、それらはフレーム１４００のこのビューでは見えない。非平面領域１４１４は、図１に係る航空機１００の操作中にフレーム１４００にかかり得る荷重を支持するための、フレーム１４００の荷重領域を形成できる。
【０１０１】
この特定例では、フレーム１４００の平面複合材構造体１４０２内に開口部は存在しない。開口部はオプションであり、特定の実装に応じて省略してよい。
【０１０２】
ここで図１５を参照すると、例示の一実施形態に係るフレームの側面図が示されている。ここに描かれている実施例では、図１４に係るフレーム１４００の第１側面１４０４が示されている。
【０１０３】
図４〜１５のフレームは、図４のブロック図で示されたフレーム４００の物理的実装例である。図５〜１３のフレーム５００および図１４と図１５のフレーム１４００の例は、フレーム４００を実装できる方式に対する物理的または構造的制限を示唆する意図ではない。
【０１０４】
たとえば、一部の実施例においては、第１端部５０８のセクション５４２とセクション５４４を省略してよい。さらなる他の実施例では、非平面領域１４１４をフレーム１４００から省略できる。別の実施例として、フレーム５００の第２端部５１０およびフレーム１４００の第２端部１４１０は、表示された曲線形状以外の異なる形状を有してよい。第１端部５１０と第２端部１４１０の形状は、本体の形状または、これらの端部が接続されるよう構成された接続先の他の構造体、もしくはこれらの端部が支持するよう構成された支持先の他の構造体の形状によって、変わり得る。さらなる別の実施例では、フレーム５００のチャネル５４６は省略できる。
【０１０５】
他の実施例では、第１端部５０８はＴ形状以外の異なる形状を有してよい。たとえば、第１端部５０８はＬ形状または何らかの他の適切な形状を有してよい。
【０１０６】
図４〜１５の各種コンポーネントは航空機の機体に関連して示されているが、図４のフレーム４００、図５のフレーム５００、および図１４のフレーム１４００は、航空機の機体以外の他の箇所にある支持構造体として使用できる。さらに、荷重を支持するために、フレーム４００、フレーム５００、およびフレーム１４００を使用しなくてもよい。たとえば限定はしないが、フレーム４００、フレーム５００、およびフレーム１４００は航空機の翼の内装の中にある支持構造体として使用したり、船舶の外殻を内殻に接続するため、潜水艦の隔壁を支持するため、宇宙往還機の推力受け板を支持するため、あるいは何らかの他の適切な目的のために使用したりすることができる。
【０１０７】
図１および図４〜15に示される各種コンポーネントは、図２と図３のコンポーネントと組み合わせたり、図２と図３のコンポーネントと共に使用したりすることができ、あるいはこれら２つの組み合わせが可能である。さらに、図１および図４〜１５のコンポーネントの一部は、図２〜４のブロック図に示されたコンポーネントの物理的構造体としての実装方法を示す例である。
【０１０８】
ここで図１６を参照すると、一実施形態に係るビークルを操作するプロセスのフローチャートが示されている。図１６のプロセスは図３に係るビークル３００等のビークルを使用して実装でき、特に一実施例としての図１に係る航空機１００に実装できる。
【０１０９】
このプロセスは、ビークルの操作から開始する（処理１６００）。ビークルのこの操作には、ビークルの移動またはビークルの静止位置におけるビークルの他の操作が含まれてよい。
【０１１０】
この後、ビークル内の任意の数の構造体が、ビークル内の前記任意の数の構造体とビークルの本体を支持するよう構成された任意の数のフレームを有するサポートシステムによって支持され（処理１６０２）、この後、プロセスは、終了する。
【０１１１】
ここで図１７を参照すると、一実施形態に係るフレームを形成するプロセスのフローチャートが示されている。図１７のプロセスを使用して、図４のフレーム４００、図５のフレーム５００、図１４のフレーム１４００等のフレームを製造できる。
【０１１２】
プロセスは、任意の数の複合材料のレイヤおよび前記任意の数の複合材料のレイヤの向きを識別することから開始する（処理１７００）。次に、プロセスは、前記任意の数の複合材料のレイヤをツール上に、識別した前記任意の数の複合材料のレイヤの前記向きに積層する（処理１７０２）。これらの複合材料のレイヤは、当該レイヤ内に注入された樹脂を既に含んでいてよい。樹脂が注入された複合材料のレイヤは、プリプレグと言われることがある。さらに、前記ツール上に配置された前記任意の数の複合材料のレイヤは、前記ツールの一部または前記ツールの全部を覆ってもよい。
【０１１３】
次にプロセスは、前記任意の数の複合材料のレイヤ上に材料を配置すべきかどうかを判断する（処理１７０４）。この材料は、充填物または図４の材料４４０について記載された材料等の何らかの他の適切な材料であってよい。材料が前記任意の数の複合材料のレイヤ上に配置される場合、前記材料と前記材料の向きが識別される（処理１７０６）。その後、前記材料が、前記任意の数の複合材料のレイヤ上の前記ツール上に、前記材料について識別された前記向きに積層される（処理１７０８）。
【０１１４】
次に、フレームを形成するために、追加の複合材料のレイヤが必要かどうかの判断がなされる（処理１７１０）。追加の複合材料のレイヤが必要な場合は、プロセスは前述の処理１７００に戻る。複合材料のレイヤを様々な向きに積層するため、プロセスは処理１７００に戻ってよい。
【０１１５】
処理１７００に何回か反復して戻るこのプロセスによって、フレームに様々な厚みを有する様々な部分をもたらすことができる。さらに、複合材料のレイヤおよび向きの選択を利用して、第１端部４０８、第２端部４１０、平面領域４１８、非平面領域４２０、任意の数の荷重領域４２６、任意の数の変形領域４３２、開口部４３６、および図４のフレーム４００の他の適切な機構の少なくとも１つを含む機構を形成できる。もちろん、この図に示されるプロセス中において、キャッププライまたはヌードル等の他の機構を複合材料のレイヤに追加できる。
【０１１６】
あるいは、追加の複合材料のレイヤが不要な場合、プロセスは前記任意の数の複合材料のレイヤと前記任意の数の複合材料のレイヤ間にある何らかの材料を硬化させて、フレームを形成する（処理１７１２）。この硬化処理は、前記ツール上に積層された前記任意の数の複合材料のレイヤに加熱することによってなされる。この熱はオーブン、オートクレーブ、または他の適切なプロセスによって生成できる。さらに、前記硬化処理中に、前記任意の数の複合材料のレイヤをバッグで覆って、真空引きすることができる。また、場合によっては、オートクレーブを使用して、前記任意の数の複合材料のレイヤに加圧できる。
【０１１７】
さらに、前記任意の数の複合材料のレイヤを硬化する前に、前記任意の数の複合材料のレイヤが積層済みの前記ツールの上部に別のツールを配置できる。この二次的ツールはたとえば、カウルプレートまたはツール圧板であってよい。
【０１１８】
この後、フレームがトリミングされ（処理１７１４）、この後プロセスは終了する。フレームをトリミングすると、不要な余分な材料を除去できる。さらに、フレームのトリミング処理を使用して、フレーム内の各種機構を形成できる。たとえば、フレームをトリミングして、開口部、チャネル、およびフレームの他の適切な機構を形成できる。
【０１１９】
処理１７０４を再度参照するが、材料が前記任意の数の複合材料のレイヤ上に配置されない場合、プロセスは前述の処理１７１０に進む。位置決めと検査のためおよび組み立て時の部品の位置決めに使用される物理的工具の必要性をなくすため、組み立ての統合機能として後日の使用のために、他の機能を前記部品に追加できる。たとえば、硬化処理中に、目的位置を前記ツール内に罫書きすると、後続のツールに伝達できる。後の設置時に前記目的位置はレーザーで検出できる。硬化処理中に、任意の数の目的位置を前記ツール内に罫書きして、後続のツールに伝達できる。
【０１２０】
図示した各種実施形態のフローチャートおよびブロック図は、例示的な実施形態で実装可能な装置および方法の構造、機能、および処理を示している。この点に関して、フローチャートまたはブロック図の各ブロックは、処理またはステップのモジュール、セグメント、機能及び／又は部分を表わしている可能性がある。
【０１２１】
一実施形態の代替的な実装の中には、ブロック図に記載された１つまたは複数の機能が、図に記載の順序以外で実行されるものがある。たとえば、場合によっては、連続して示されている２つのブロックが略同時に実行でき、あるいはそれらのブロックは関与する機能によっては、時として逆順に実行されることがあり得る。また、フローチャートまたはブロック図に示されたブロックに加えて、他のブロックを追加できる。
【０１２２】
本発明の一部の実施形態は、図１８に示す航空機の製造および点検方法１８００、ならびに図１９に示す航空機１６００に照らして説明することができる。先に図１８を参照すると、一実施形態に係る航空機の製造および点検方法が示されている。このプロセスを使用して、図４のフレーム４００及び／又は他のコンポーネントを製造できる。製造前の段階では、航空機の製造および点検方法１８００には、図１９の航空機１９００の仕様および設計１８０２、ならびに材料の調達１８０４が含まれ得る。
【０１２３】
製造段階では、図１９の航空機１９００のコンポーネントとサブアセンブリの製造１８０６とシステムインテグレーション１８０８が行われる。その後、図１９の航空機１９００は認可および納品１８１０を経て、運航１８１２に供される。顧客による運航１８１２中、図１９の航空機１９００は、定期的な保守および点検１８１４（改造、再構成、改修、およびその他の保守または点検を含み得る）がスケジュール設定される。
【０１２４】
航空機の製造および点検方法１８００の各プロセスは、システムインテグレーター、サードパーティ、及び／又はオペレータによって実施または実行されてよい。これらの実施例では、オペレータは顧客であってよい。本明細書の目的では、システムインテグレーターは、任意の数の航空機製造者、および主要システムの下請業者を含むことができ（これらに限定せず）、サードパーティは、任意の数のベンダー、下請業者、および供給業者を含むことができ（これらに限定せず）、オペレータは航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などであってよい。
【０１２５】
次に図１９を参照すると、例示的な実施形態が実装され得る航空機が示されている。この実施例では、航空機１９００は、図１８の航空機の製造および点検方法１８００によって製造され、航空機１９００は複数のシステム１９０４と内装１９０６を有する機体１９０２を含むことができる。システム１９０４の例には、推進システム１９０８、電気システム１９１０、油圧システム１９１２、および環境システム１９１４の１つ以上が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれてよい。航空宇宙産業の例が示されたが、船舶産業および宇宙探査機産業等の他の産業にも、各種実施形態を適用することができる。
【０１２６】
本明細書で具現化される装置および方法は、図１８の航空機の製造および点検方法１８００の少なくとも１つの段階で採用可能である。
【０１２７】
一実施例では、図１８のコンポーネントとサブアセンブリの製造１８０６で製造されるコンポーネントまたはサブアセンブリは、航空機１９００が図１８の運航１８１２中に製造されるコンポーネントまたはサブアセンブリと同様の方法で、作製または製造できる。さらに別の実施例では、１つ以上の装置の実施形態、方法の実施形態、またはこれらの組み合わせを、図１８のコンポーネントとサブアセンブリの製造１８０６並びにシステムインテグレーション１８０８等の製造段階で利用することができる。１つ以上の装置の実施形態、方法の実施形態、またはこれらの組み合わせを、図１８の航空機１９００の運航１８１２中、及び／又は保守および点検１８１４中に、利用することができる。任意の数の各種例示的な実施形態の利用により、航空機１９００の組み立てを大幅に効率化し、及び／又はコストを削減することができる。
【０１２８】
つまり、例示の実施形態によって、ビークルの製造に要する時間、費用、労力を低減できる。特に、一実施形態に係るフレームを使用するサポートシステムによって、航空機内の構造体のためのサポートシステムを形成するために必要なコンポーネント数を減らすことができる。たとえば、図４のフレーム４００を使用すると、各種構造体に単一のフレームを取り付けられる。一方、フレーム４００を用いない場合、フレーム４００と同様の機能を提供するには、ビーム、ビーム支持体、フレーム、シェアタイアングル、接続金具、および他のコンポーネントの組み立ておよび相互接続が必要になる。
【０１２９】
さらに、フレーム４００は、変形領域を押しつぶすことによるエネルギー放散、減圧通気、および他の適切な機能等の他の機能を提供することもできる。さらに、フレーム４００は、ビークルの各種部分に発生し得る様々な荷重に対し、より容易にカスタマイズできる。また、フレーム４００を用いると、サポートシステムに要する保守と点検の量が低減できる。たとえば、フレーム４００の使用を通して、ファスナ、溶接接合部、および他のコンポーネントの点検を減らすことができる。さらに、フレーム４００を使用すると、構造体の事前組み込みの必要性を低減できる。
【０１３０】
各種例示の実施形態の記載は、例示および説明を目的として提示しており、網羅的なものであること、あるいは開示された形態の実施形態に限定する意図ではない。当業者には、多くの修正例および変形例が自明である。さらに、異なる例示の実施形態は、他の例示の実施形態と比較した際、異なる機能を提供することができる。記載の実施形態は、実施形態の原理、実際の用途を最もよく説明するため、および当業者が様々な実施形態の開示内容と、想定される特定の用途に適する各種修正例を理解するため選択されている。
【符号の説明】
【０１３１】
１００    航空機
１０２    翼
１０４    翼
１０６    機体
１０８    エンジン
１１０    エンジン
１１２    尾部
１１４    水平安定板
１１６    水平安定板
１１８    垂直安定板
１２０    サポートシステム
１２２    内装
１２４    フレーム
１２６    フロア
１２８    セクション
２００    フレーム
２０２    フレーム
２０４    フレーム
２０６    フレーム
２０８    フレーム
２１０    フレーム
２１２    フレーム
２１４    フレーム
２１６    フレーム
５００    フレーム
５０２    モノリシック複合材構造体
５０４    第１側面
５０６    第２側面
５０８    第１端部
５１０    第２端部
５１２    平面領域
５１４    非平面領域
５１６    第１表面
５１８    非平面領域
５２０    非平面領域
５２２    非平面領域
５２４    非平面領域
５２６    非平面領域
５２８    非平面領域
５３０    開口部
５３２    開口部
５３４    開口部
５３６    開口部
５３８    開口部
５４０    開口部
５４１    セクション
５４２    セクション
５４４    セクション
５４６    チャネル
５４８    チャネル
５５０    フランジ
５５２    フランジ
６００    長さ
６０２    高さ
７００    トリミングされていないフレーム
８００    フレーム
８０２    モノリシック複合材構造体
８０４    正弦波パターン
８０５    正弦波パターン
９００    第２表面
９０２    複合材料のレイヤ
９０４    セクション
９０５    セクション
１００４    ヌードル
１００６    半径部
１００８    隙間
１１０４    ヌードル
１１０６    半径部
１１０８    隙間
１２００    第２表面
１２０２    充填物質
１２０６    複合材料のレイヤ
１２０８    セクション
１３００    セクション
１３０２    セクション
１４００    フレーム
１４０２    平面複合材構造体
１４０４    第１側面
１４０６    第２側面
１４０８    第１端部
１４１０    第２端部
１４１２    平面領域
１４１４    非平面領域
１４１６    第１表面
１４１８    非平面領域
１４２０    非平面領域
１４２２    非平面領域
１４２４    非平面領域
１４２６    非平面領域
１４２８    非平面領域
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【外国語明細書】
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2014034393000002.pdf
2014034393000003.pdf
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