(57)【要約】      （修正有）【課題】既知の構造体および方法に優る利点をもたらす、上側および下側の複合材一体型サンドイッチパネルを有する、荷重を担持する改良型複合材結合式ボックス構造体を提供する。【解決手段】複合材一体型サンドイッチパネル６２は、１つまたは複数のコア部分６６と、軸方向に配向された隣接するデンスパック８０とを挟む表面シート７０を有する。このボックス構造体は、複数の桁４０ａ，ｂ，ｃをさらに有する。各桁は、ウェブ１１２およびウェブ取付け具１１４を有し、軸方向に桁長さを有する。複数の桁は、デンスパックに配置されたウェブ取付け具を用いてパネル６２に連結されている。表面シートは、剪断方向におけるねじれ荷重および圧力荷重を主に担持し、軸方向における荷重はほとんど担持しないように構成されている。デンスパックは、軸方向における引張り荷重および圧縮荷重によるボックスのあらゆる有意な曲げを担持するように構成されている。【選択図】図３Ｂ
2014144770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側および下側の複合材一体型サンドイッチパネルであって、１つまたは複数のコア部分と、軸方向に配向された隣接するデンスパックとを挟む表面シートを有する、一体型サンドイッチパネルと、
各桁が、ウェブおよびウェブ取付け具を備え、前記軸方向に桁長さを有する複数の桁であって、前記デンスパックに配置された前記ウェブ取付け具を用いて前記一体型サンドイッチパネルに連結される、複数の桁と
を備え、
前記表面シートが、剪断方向におけるねじれ荷重および圧力荷重を主に担持し、軸方向における荷重はほとんど担持しないように構成され、前記デンスパックが、軸方向における引張り荷重および圧縮荷重によるボックスのあらゆる有意な曲げを担持するように構成される、荷重を担持するボックス構造体。
【請求項２】
前記表面シートがそれぞれ、実質的にバイアス配向プライから構成される表面シート複合材プライレイアップを有し、前記表面シート複合材プライレイアップが、前記表面シートにより連続したねじれ、剪断、および圧力荷重経路が主に得られるように設計される、請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記表面シートがそれぞれ、プラスまたはマイナス４５度（±４５°）あるいは約プラスまたはマイナス４５度（±４５°）に配向された繊維を有するバイアス配向プライを７０％〜８０％、９０度（９０°）または約９０度（９０°）に配向された繊維を有するプライを１０％〜２０％、かつゼロ度（０°）または約ゼロ度（０°）に配向された一方向繊維を有する一方向プライを０％〜２０％備える表面シート複合材プライレイアップを有する、請求項１または２に記載の構造体。
【請求項４】
前記デンスパックがそれぞれ、ゼロ度（０°）または約ゼロ度（０°）に配向された一方向プライから構成され、実質的に直交する一方向複合材テープ積層体を備えるデンスパック複合材プライレイアップを有し、前記デンスパック複合材プライレイアップが、前記デンスパックによりあらゆる有意な連続した曲げおよび軸方向における荷重経路が得られるように設計される、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項５】
前記デンスパックがそれぞれ、ゼロ度（０°）または約ゼロ度（０°）に配向された一方向繊維を有し、実質的に直交する一方向プライを７０％〜１００％、プラスまたはマイナス５０度（±５０°）からプラスまたはマイナス７５度（±７５°）の範囲の向きに配向された繊維を有するバイアス配向プライを０％〜２５％、かつ９０度（９０°）に配向された繊維を有するプライを０％〜１０％備えるデンスパック複合材プライレイアップを有する、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項６】
複数の安定化小骨をさらに備え、前記複数の安定化小骨および前記複数の桁が、前記一体型サンドイッチパネルに結合され、かつ前記一体型サンドイッチパネルの間に配設されて結合式ボックス構造体を形成し、各一体型サンドイッチパネルが、サンドイッチ構築部を用いて安定化され、したがって前記一体型サンドイッチパネルの間に配設される前記複数の安定化小骨の数を減少させることが可能となる、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項７】
１つまたは複数の機械固締具を備える１つまたは複数の損傷阻止要素をさらに備え、前記１つまたは複数の損傷阻止要素が、前記複数の安定化小骨を各一体型サンドイッチパネルに固締するように構成され、前記複数の桁を各一体型サンドイッチパネルに固締するように構成され、または前記複数の桁および前記複数の安定化小骨を各一体型サンドイッチパネルに固締するように構成される、請求項６に記載の構造体。
【請求項８】
前記ボックス構造体が、単体構成を有し、航空機翼ボックス、水平安定板、垂直安定板、尾翼面、および先尾翼を含む安定板ボックス、回転翼機ロータブレード、ヘリコプタブレード、飛行体片持ち翼構造体、飛行体トルクボックス構造体、風車ブレードを含む風車構造体、自動車スポイラを含む自動車構造体、およびボートロータブレードを含む船舶構造体を含めた輸送機翼ボックスのうちの１つを備える、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項９】
各一体型サンドイッチパネルが、硬質で、軸方向に剛性のデンスパックが前記一体型サンドイッチパネルおよび前記桁ウェブによって完全に安定化されているため、パネル剛比が増大している、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項１０】
前記複数の桁がそれぞれ、少なくとも２つの桁表面シートの間に挟まれたコア部分を備える桁サンドイッチ構築部を有し、各桁表面シートが、実質的に準等方性の複合材テープ積層体から構成される桁複合材プライレイアップを有する、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項１１】
飛行体用の結合式ボックス構造体を製作する方法において、
１対の一体型サンドイッチパネルを形成するステップであって、各パネルが、
コア部分を少なくとも２つの複合材表面シートの間に挟むことによって複合材外板を作製することであり、各複合材表面シートが、実質的にバイアス配向プライから構成される表面シート複合材プライレイアップを重ね合わせること、および前記表面シート複合材プライレイアップを、前記複合材外板により連続したねじれ、剪断、および圧力荷重経路が得られるように設計すること、および
複数のデンスパックを前記複合材外板に接合することであり、各デンスパックが、実質的に直交する一方向複合材テープ積層体から構成されるデンスパック複合材プライレイアップを重ね合わせること、および前記デンスパック複合材プライレイアップを、前記デンスパックにより連続した曲げおよび軸方向における荷重経路が得られるように設計すること
によって形成される、ステップと、
複数の桁および安定化小骨を前記１対の一体型サンドイッチパネルの間に結合するステップであって、それにより飛行体用の結合式ボックス構造体を形成し、前記結合式ボックス構造体が単体構成を有するステップと
を含む、方法。
【請求項１２】
各複合材表面シートを形成することが、プラスまたはマイナス４５度（±４５°）あるいは約プラスまたはマイナス４５度（±４５°）に配向された繊維を有するバイアス配向プライを７０％〜８０％、９０度（９０°）または約９０度（９０°）に配向された繊維を有するプライを１０％〜２０％、かつゼロ度（０°）または約ゼロ度（０°）に配向された一方向繊維を有する一方向プライを０％〜２０％備える表面シート複合材プライレイアップを重ね合わせることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
各デンスパックを形成することが、ゼロ度（０°）または約ゼロ度（０°）に配向された一方向繊維を有し、実質的に直交する一方向プライを７０％〜１００％、プラスまたはマイナス５０度（±５０°）からプラスまたはマイナス７５度（±７５°）の範囲の向きに配向された繊維を有するバイアス配向プライを０％〜２５％、かつ９０度（９０°）に配向された繊維を有するプライを０％〜１０％備えるデンスパック複合材プライレイアップを重ね合わせることをさらに含む、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数の桁および安定化小骨を前記１対の一体型サンドイッチパネルの間に結合するステップが、前記複数の桁および安定化小骨を、接着材料を備える結合要素を用いて前記１対の一体型サンドイッチパネルに二次的に結合することをさらに含む、請求項１１ないし１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数の桁を、コア部分を少なくとも２つの桁表面シートの間に挟むことによって、桁サンドイッチ構築部として作製することをさらに含み、各桁表面シートが、実質的に準等方性の複合材テープ積層体から構成される桁表面シート複合材プライレイアップを重ね合わせることによって形成される、請求項１１ないし１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、荷重を担持するボックス構造体、およびその製作方法に関し、より詳細には、輸送機関、および建築的構造体用の複合材結合式ボックス構造体、ならびにその製作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）複合材構造体などの複合材構造体は、強度重量比および耐食性が高く、また、その他の良好な特性のため、航空機、宇宙船、回転翼機、自動車、船舶、および他の輸送機関ならびに構造体の製造を含めて、多種多様な用途で使用されている。例えば、航空機の建造では、翼、尾翼セクション、胴体、および他の構成要素を形成するためにますます多くの量の複合材構造体が使用されてきている。
【０００３】
既存の複合材航空輸送機翼および安定板のボックス構造体では、外側の複合材翼外板パネル、すなわち「外板」が、内側の翼フレームワークに機械的に取り付けられた、または結合されたものからなる一体的に剛性化されたパネル構造体を使用することができる。内側の翼フレームワークは通常、桁、小骨、および縦通材など、外板の強度、剛性、座屈耐性、および安定性を向上させる強化構造体からなることができる。
【０００４】
かかる複合材航空輸送機翼および安定板のボックス構造体は通常、左側外翼または安定板、右側外翼または安定板、および中央セクションを含めた３つの別個のセクションで作製され、その後かかるセクションが一体に組み立てられる。この作製プロセスでは、数多くの構成部品を組み立てるのに膨大な時間および労働力がかかることがあり、したがって製造費用が増大することになり得る。さらに、かかるセクションは、一次接合の目的で、締嵌め固締具などの機械固締具を多数用いて一体に接合されることがある。かかる固締具は、それらのセクションに十分な強度を与え、航空機の稼働中にこれらのセクションを一体に保持し、かつ様々な空力的荷重および応力に耐えるように、堅固で重い材料で製作されることがある。しかし、重い固締具を多数使用すると、航空機に重量が加わることになり得、したがって航空機の性能が低下する恐れがあり、その結果所与の飛行プロファイルに必要となる燃料が増大し得る。こうした燃料必要量の増大は、燃料費の増大を招くことになる。さらに、かかる固締具には、燃料密閉封止部がさらに必要となることがあり、したがって作製時間、労力、および費用が増大することがあり、その結果全体的な製造費用および稼働費用が増大することになり得る。さらに、多数の金属製固締具を、外側の複合材翼外板パネルに貫通させて装着することによって使用すると、翼への落雷の危険が増大する結果となり得る。
【０００５】
さらに、既存の複合材航空輸送機翼および安定板のボックス構造体は通常、既知の金属翼ボックスセミモノコック主荷重分布に従うことがある。本明細書では、「セミモノコック」とは、内側フレームワークを使用するのではなく、物体の外側または外部の外板および縦通材を用いることによって構造体荷重を支持し、その後無荷重担持外板で被覆するという建造手法を意味する。この手法では通常、従来のものに近い０°／±４５°／９０°（ゼロ度／プラスまたはマイナス４５度／９０度）の準等方性（例えば、繊維が平面において幾つかの、またはより多くの方向に配向されている）の、軸方向に剛性化されたプライレイアップ配向が必要となり、こうした配向によって、航空輸送機翼および安定板のボックスの曲げ（ｂｅｎｄｉｎｇ）およびねじれ（ｔｏｒｓｉｏｎ）が外板および縦通材の両方に分散されて、複数のフェイルセーフ荷重経路が得られることになる。しかし、かかる手法では、それらの複合材構成要素の有効性が損なわれることがあり、複合材航空輸送機翼および安定板のボックス構造体の安定性を維持するために、小骨および固締具取付け具の部品点数が大幅に増大することになり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、当技術分野では、既知の構造体および方法に優る利点をもたらす改良型複合材結合式ボックス構造体、およびその製作方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
改良型複合材結合式ボックス構造体、およびその製作方法を求める上記要求が満たされる。以下の詳細な説明で論じるように、改良型複合材結合式輸送機翼および安定板ボックス構造体、ならびにその製作方法の実施形態は、既存の構造体および方法に優る重要な利点をもたらすことができる。
【０００８】
本開示の実施形態では、荷重を担持するボックス構造体が提供される。このボックス構造体は、上側および下側の複合材一体型サンドイッチパネルを備える。この一体型サンドイッチパネルは、１つまたは複数のコア部分と、軸方向に配向された隣接するデンスパックとを挟む表面シートを有する。このボックス構造体は、複数の桁をさらに備える。各桁は、ウェブおよびウェブ取付け具を備え、軸方向に桁長さを有する。複数の桁は、デンスパックに配置されたウェブ取付け具を用いて一体型サンドイッチパネルに連結されている。表面シートは、剪断方向におけるねじれ荷重および圧力荷重を主に担持し、軸方向における荷重はほとんど担持しないように構成され、デンスパックは、軸方向における引張り荷重および圧縮荷重によるボックスのあらゆる有意な曲げを担持するように構成されている。
【０００９】
本開示の別の実施形態では、荷重を担持する結合式ボックス構造体を有する飛行体が提供される。この飛行体は、第１の先端部および第２の先端部を有するエーロフォイルフレームを備える。この飛行体は、エーロフォイルフレームに取り付けられた結合式ボックス構造体をさらに備える。この結合式ボックス構造体は、エーロフォイルフレームの第１の先端部から第２の先端部まで連続した、上側および下側の複合材一体型サンドイッチパネルを備える。この一体型サンドイッチパネルは、１つまたは複数のコア部分と、軸方向に配向された隣接するデンスパックとを挟む表面シートを有する。この結合式ボックス構造体は、複数の桁をさらに備える。各桁は、ウェブおよびウェブ取付け具を備え、各桁は、軸方向に桁長さを有する。複数の桁は、デンスパックに配置されたウェブ取付け具を用いて一体型サンドイッチパネルに連結されている。表面シートは、剪断方向におけるねじれ荷重および圧力荷重を主に担持し、軸方向における荷重はほとんど担持しないように構成されている。デンスパックは、軸方向における引張り荷重および圧縮荷重によるボックスのあらゆる有意な曲げを担持するように構成されている。
【００１０】
本開示の別の実施形態では、飛行体用の結合式ボックス構造体を製作する方法が提供される。本方法は、１対の一体型サンドイッチパネルを形成するステップを含む。各一体型サンドイッチパネルは、コア部分を少なくとも２つの複合材表面シートの間に挟むことによって複合材外板を作製することによって形成される。各複合材表面シートは、実質的にバイアス配向プライから構成される表面シート複合材プライレイアップを重ね合わせ（ｌａｙ  ｕｐ）ること、および表面シート複合材プライレイアップを、複合材外板により連続したねじれ、剪断、および圧力荷重経路が得られるように設計することによって形成される。各一体型サンドイッチパネルは、複数のデンスパックを複合材外板に接合することによってさらに形成される。各デンスパックは、実質的に直交する一方向複合材テープ積層体から構成されるデンスパック複合材プライレイアップを重ね合わせること、およびデンスパック複合材プライレイアップを、デンスパックにより連続した曲げおよび軸方向における荷重経路が得られるように設計することによって形成される。本方法は、複数の桁および安定化小骨を１対の一体型サンドイッチパネルの間に結合するステップであって、それにより飛行体用の結合式ボックス構造体を形成するステップをさらに含む。この結合式ボックス構造体は、単体構成を有する。
【００１１】
さらに、本開示は、以下の項に記載の実施形態を含む。
【００１２】
第１項  荷重を担持する結合式ボックス構造体を有する飛行体において、
第１の先端部および第２の先端部を有するエーロフォイルフレームと、
エーロフォイルフレームに取り付けられた結合式ボックス構造体であって、
エーロフォイルフレームの第１の先端部から第２の先端部まで連続した、上側および下側の複合材一体型サンドイッチパネルであって、１つまたは複数のコア部分と、軸方向に配向された隣接するデンスパックとを挟む表面シートを有する、一体型サンドイッチパネルと、
各桁が、ウェブおよびウェブ取付け具を備え、軸方向に桁長さを有する複数の桁であって、デンスパックに配置されたウェブ取付け具を用いて一体型サンドイッチパネルに連結される、複数の桁と
を備える、結合式ボックス構造体と
を備え、
表面シートが、剪断方向におけるねじれ荷重および圧力荷重を主に担持し、軸方向における荷重はほとんど担持しないように構成され、デンスパックが、軸方向における引張り荷重および圧縮荷重によるボックスのあらゆる有意な曲げを担持するように構成される、結合式ボックス構造体を有する飛行体。
【００１３】
第２項  一体型サンドイッチパネルに、エーロフォイルフレームの第１の先端部から第２の先端部まで結合され、かつそれらの一体型サンドイッチパネルの間に配設された複数の安定化小骨をさらに備える、第１項に記載の飛行体。
【００１４】
第３項  表面シートがそれぞれ、実質的にバイアス配向プライから構成される表面シート複合材プライレイアップを有し、表面シート複合材プライレイアップが、表面シートにより連続したねじれ、剪断、および圧力荷重経路が主に得られるように設計される、第１項に記載の飛行体。
【００１５】
第４項  デンスパックがそれぞれ、ゼロ度（０°）または約ゼロ度（０°）に配向された一方向プライから構成され、実質的に直交する一方向複合材テープ積層体を備えるデンスパック複合材プライレイアップを有し、デンスパック複合材プライレイアップが、デンスパックによりあらゆる有意な連続した曲げおよび軸方向における荷重経路が得られるように設計される、第１項に記載の飛行体。
【００１６】
第５項  各一体型サンドイッチパネルが、硬質で、軸方向に剛性のデンスパックが一体型サンドイッチパネルおよび桁ウェブによって完全に安定化されているため、パネル剛比が増大している、第１項に記載の飛行体。
【００１７】
第６項  飛行体用の結合式ボックス構造体を製作する方法において、
１対の一体型サンドイッチパネルを形成するステップであって、各パネルが、
コア部分を少なくとも２つの複合材表面シートの間に挟むことによって複合材外板を作製することであり、各複合材表面シートが、実質的にバイアス配向プライから構成される表面シート複合材プライレイアップを重ね合わせること、および表面シート複合材プライレイアップを、複合材外板により連続したねじれ、剪断、および圧力荷重経路が得られるように設計すること、および
複数のデンスパックを複合材外板に接合することであり、各デンスパックが、実質的に直交する一方向複合材テープ積層体から構成されるデンスパック複合材プライレイアップを重ね合わせること、およびデンスパック複合材プライレイアップを、デンスパックにより連続した曲げおよび軸方向における荷重経路が得られるように設計すること
によって形成されるステップと、
複数の桁および安定化小骨を１対の一体型サンドイッチパネルの間に結合するステップであって、それにより飛行体用の結合式ボックス構造体を形成し、この結合式ボックス構造体が単体構成を有する、ステップと
を含む、方法。
【００１８】
第７項  複数の桁および安定化小骨を、１つまたは複数の機械固締具を備える１つまたは複数の損傷阻止要素を用いて各一体型サンドイッチパネルに固締することをさらに含む、第６項に記載の方法。
【００１９】
第８項  固締具をボックス構造体境界線の外側に配置することによって、結合式ボックス構造体におけるいくつかの固締具を減少させることをさらに含み、その結果結合式ボックス構造体への落雷の危険が低減する、第６項に記載の方法。
【００２０】
第９項  複数の桁および安定化小骨を１対の一体型サンドイッチパネルの間に結合するステップが、１つまたは複数の桁閉鎖接合部を形成することであり、それにより複数の桁を各一体型サンドイッチ外板パネルのデンスパックに結合することをさらに含む、第６項に記載の方法。
【００２１】
上記で論じてきた特徴、機能、および利点は、本開示の様々な実施形態において独立に実現することも、さらに他の実施形態において組み合わせることもでき、そのさらなる詳細については、以下の説明および図面を参照すると理解することができる。
【００２２】
本開示は、以下の詳細な説明を、好ましい例示的な実施形態を示す添付の図面とともに参照すればよりよく理解することができるが、添付の図面は必ずしも原寸に比例して描かれているわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】本開示のボックス構造体の実施形態を組み込んだ飛行体の斜視図である。
【図１Ｂ】本開示のボックス構造体の実施形態の１つの後方から前方に見た斜視図である。
【図２Ａ】本開示のボックス構造体の実施形態の１つの上側表面の部分平面図である。
【図２Ｂ】桁に接合された本開示の一体型サンドイッチパネルの一実施形態を示す、図２Ａの線２Ｂ−２Ｂに沿った断面図である。
【図２Ｃ】アクセス開口を示す、本開示のボックス構造体の実施形態の１つの下側表面の部分平面図である。
【図３Ａ】多数の桁構成を有する、本開示のボックス構造体の実施形態の１つの部分斜視図である。
【図３Ｂ】多数の桁構成の近接図を示す、図３Ａの線３Ｂ−３Ｂに沿った断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｂの円３Ｃの近接断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｂの円３Ｄの近接断面図である。
【図３Ｅ】図３Ｂの円３Ｅの近接断面図である。
【図４】〜
【図１０】本開示のボックス構造体の実施形態で使用することができる桁閉鎖接合部の様々な実施形態を示す図である。
【図１１】航空機の生産および点検方法を示す流れ図である。
【図１２】航空機のブロック図である。
【図１３】本開示の方法のある実施形態を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、添付の図面を参照しながら、本開示の実施形態について以下でより完全に説明するが、添付の図面には、本開示の実施形態のいくつかが示され、その全てが示されているわけではない。実際には、いくつかの異なる実施形態を実現することができ、本明細書に記載の実施形態のみに限定されるものと解釈すべきではない。そうではなく、これらの実施形態は、本開示が完全となり、本開示の範囲を当業者に十分伝達するように示すものである。
【００２５】
次に、図を参照すると、図１Ａは、本開示の方法３００（図１３参照）の実施形態の１つによって製作または作製されたボックス構造体１２の実施形態を組み込んだ航空機などの飛行体１０の斜視図である。図１Ａに示すように、飛行体１０は、エーロフォイルフレーム１４を有する輸送機翼構造体１３を備える。エーロフォイルフレーム１４は、前縁１５、第１の先端部１６、後縁１７、第２の先端部１８、および複数の操縦面１９を含む。図１Ａに示すように、一実施形態では、ボックス構造体１２は、輸送機翼構造体１３のエーロフォイルフレーム１４に取り付ける、または組み込むことができる輸送機翼ボックス構造体１２ａを備えることができる。輸送機翼ボックス構造体１２ａは、飛行体１０の胴体２２の頂部部分２０（図１Ａ参照）の上に取り付けることも、中央部分２１（図１Ａ参照）を貫通して取り付けることも、または下側部分（図示せず）に取り付けることもできる。図１Ａに示すように、飛行体１０は、水平安定板２４ａおよび垂直安定板２４ｂを備える１つまたは複数の安定板構造体２４をさらに備える。水平安定板２４ａなどの安定板構造体２４は、第１の先端部１６ａおよび第２の先端部１８ａを有するエーロフォイルフレーム１４ａを組み合わせて有することができる。別の実施形態では、図１Ａに示すように、ボックス構造体１２は、１つまたは複数の安定板構造体２４のエーロフォイルフレーム１４ａに取り付ける、または組み込むことができる安定板ボックス構造体１２ｂを備えることができる。好ましくは、ボックス構造体１２は結合式であり、単体（一体）構成２６（図１Ａ参照）を有し、ボックス構造体１２全体にわたって１つまたは複数の連続した荷重経路２８をもたらす。
【００２６】
本開示の実施形態では、図１Ａ〜図２Ｃに示すように、荷重を担持するボックス構造体１２が提供される。上記で論じたように、ボックス構造体１２は、一実施形態では、図１Ａに示すように、輸送機翼ボックス構造体１２ａを備えることができ、別の実施形態では、安定板ボックス構造体１２ｂを備えることができる。特に、ボックス構造体１２は、例えば、航空機翼ボックス構造体、水平安定板、垂直安定板、尾翼面、および先尾翼を含む安定板ボックス構造体、回転翼機ロータブレード、ヘリコプタブレード、飛行体片持ち翼構造体、飛行体トルクボックス構造体、またはトルクボックス型の構造体などの適切な別のボックス構造体アーキテクチャを備えることができる。図１Ａに示す飛行体１０は、一般に商用の旅客機を代表するものであるが、本明細書で開示するように、ボックス構造体１２の１つまたは複数の実施形態はまた、他のタイプの飛行体にも使用することができる。より具体的には、本開示の実施形態の教示は、他の旅客機、貨物輸送機、軍用機、回転翼機、およびトルクボックス型の構造体など、ボックス構造体アーキテクチャを有する他のタイプの飛行体にも応用することができる。さらに、本開示の実施形態の教示は、風車ブレードを含む風車構造体、自動車スポイラを含む自動車構造体、ボートロータブレードを含む船舶構造体、およびトルクボックス型の構造体など、ボックス構造体アーキテクチャを利用した他の輸送機関または建築的構造体にも応用することができる。
【００２７】
図１Ｂは、輸送機翼ボックス構造体１２ａの形などのボックス構造体１２の実施形態の１つの後方から前方に見た斜視図である。図１Ａ〜図１Ｂに示すように、ボックス構造体１２は、好ましくは第１の端部３０、第２の端部３２、本体３４（図１Ａ参照）、前縁３６（図１Ａ参照）、および後縁３８（図１Ａ参照）を有する。ボックス構造体１２は、上側表面１１ａ（図２Ａ参照）および下側表面１１ｂ（図２Ｃ参照）をさらに有する。図２Ａは、本開示のボックス構造体１２の実施形態の１つの上側表面１１ａの部分平面図である。図２Ｃは、本開示のボックス構造体１２の実施形態の１つの下側表面１１ｂの部分平面図である。
【００２８】
図１Ｂおよび２Ａに示すように、ボックス構造体１２は、１対の一体型サンドイッチパネル６２に結合または接合され、かつそれらの１対の一体型サンドイッチパネル６２の間に配設された複数の桁４０および複数の安定化小骨４８を備える。図３Ａに示すように、各桁４０は、ウェブ１１２およびウェブ取付け具１１４を備え、軸方向に桁長さを有する。図１Ｂおよび２Ａにさらに示すように、複数の桁４０は、好ましくは前桁４２、後桁４４、および中間桁４６を含めた３つの桁４０を備える。前桁４２は、好ましくはボックス構造体１２の前縁３６に沿って翼長方向に配置される。後桁４４は、好ましくはボックス構造体１２の後縁３８に沿って翼長方向に配置される。中間桁４６は、好ましくはボックス構造体１２の本体３４の中央に沿って翼長方向に配置される。複数の桁４０は、湾曲形状４１（図１Ｂ参照）で構築することができる。図１Ｂに示すように、複数の桁４０は、好ましくはエーロフォイルフレーム１４の第１の先端部１６と第２の先端部１８との間で連続し、前桁４２および後桁４４は、好ましくはエーロフォイルフレーム１４の第１の先端部１６から第２の先端部１８まで連続している。複数の桁４０は、ボックス構造体１２に強度を与えることができ、軸方向の力および曲げモーメントを担持することができる。
【００２９】
一実施形態では、複数の桁４０は、少なくとも２つの桁表面シート９８の間に挟まれたコア部分６６を備える桁サンドイッチ構築部９７（図１０参照）を用いて形成することができる。各桁表面シート９８は、好ましくは実質的に準等方性の複合材テープ積層体８７（図１０参照）から構成される桁表面シート複合材プライレイアップ１０３（図１０参照）を有する。一実施形態では、複数の安定化小骨４８は、少なくとも２つの表面シートに挟まれたコア部分を備える、桁サンドイッチ構築部９７（図１０参照）と同様のサンドイッチ構築部を用いて形成することができる。各小骨表面シート（図示せず）は、好ましくは桁表面シート複合材プライレイアップ１０３（図１０参照）の実質的に準等方性の複合材テープ積層体８７と同様の実質的に準等方性の複合材テープ積層体から構成される小骨表面シート複合材プライレイアップ（図示せず）を有する。
【００３０】
図１Ｂおよび２Ａにさらに示すように、複数の安定化小骨４８は、ボックス構造体１２ａを支持し、輸送機翼構造体１３（図１Ａ参照）内で個々の燃料タンクを分離している。複数の安定化小骨４８は、好ましくはボックス構造体１２の本体３４内の複数の桁４０と交差している。図１Ｂおよび２Ａに示すように、複数の安定化小骨４８は、好ましくはサージ燃料タンク５２に隣接し、かつ前桁４２と後桁４４との間を横断するタンク端部小骨５０を備えることができる。図１Ｂおよび２Ａに示すように、複数の安定化小骨４８は、好ましくは前桁４２と中間桁４６との間を横断する、または後桁４４と中間桁４６との間を横断する支柱取付け小骨５４をさらに備えることができる。図１Ｂおよび２Ａに示すように、複数の安定化小骨４８は、好ましくはフラップトラック、および前桁４２と、中間桁４６と、後桁４４との間を横断する中間桁終端小骨５６をさらに備えることができる。図１Ｂおよび２Ａに示すように、複数の安定化小骨４８は、好ましくはボックス構造体１２の中心線小骨６０付近にあり、前桁４２と、中間桁４６と、後桁４４との間を横断する、胴体一体化小骨５８の側面をさらに備えることができる。安定化小骨４８は、複数の桁４０および一体型サンドイッチパネル６２の間で荷重を伝達することができる。
【００３１】
図２Ａ、２Ｂ、２Ｃに示すように、ボックス構造体１２は、１対の一体型サンドイッチパネル６２を備える。好ましくは、一体型サンドイッチパネル６２は、複合材一体型サンドイッチパネルである。この１対の一体型サンドイッチパネル６２は、好ましくはエーロフォイルフレーム１４（図１Ａ参照）の第１の先端部１６から第２の先端部１８まで連続し、このエーロフォイルフレーム１４にボックス構造体１２を取り付けることができる。一体型サンドイッチパネル６２は、好ましくは上側一体型サンドイッチパネル６２ａ（図２Ａ参照）、および下側一体型サンドイッチパネル６２ｂ（図２Ｃ参照）を備える。図２Ｂは、桁４０に接合された一体型サンドイッチパネル６２の一実施形態を示す、図２Ａの線２Ｂ−２Ｂに沿った断面図である。
【００３２】
図２Ｂに示すように、各一体型サンドイッチパネル６２は、一体型サンドイッチパネル６２の安定性を増大させるサンドイッチ構築部を有する。図２Ｂにさらに示すように、一体型サンドイッチパネル６２はそれぞれ、１つまたは複数のコア部分６６と、軸方向に配向された隣接するデンスパック８０とを挟む、複合材外板表面シートなどの表面シート７０（図２Ｂ参照）を備える。図２Ｂに示すように、コア部分６６とデンスパック８０とは、２つの表面シート７０の間に挟まれている。複合材外板６４（図２Ｂ参照）が、好ましくはコア部分６６を２つの複合材外板表面シートなど、少なくとも２つの表面シート７０の間に挟むことよって形成されている。コア部分６６は、好ましくはハニカムコア６８（図２Ｂ参照）を備える。しかし、コア部分６６はまた、フォームコア、繊維強化材を有するフォームコア、独立気泡フォーム、トラス構造体、または当業者には理解される適切な別のコア材料もしくは構造体を備えることもできる。デンスパック８０は、ある種の桁キャップ１０８である（図２Ｂ参照）。本明細書では、「デンスパック」とは、一体型サンドイッチパネルの、複合材外板表面シートなどの表面シートに取り付けられ、桁キャップとして働く、ある種の桁キャップを意味する。図３Ａに示すように、複数の桁４０は、デンスパック８０に配置されたウェブ取付け具１１４を用いて一体型サンドイッチパネル６２に連結されている。
【００３３】
図２Ｂにさらに示すように、表面シート７０は、外側表面シート７２および内側表面シート７４を備えることができる。図２Ｂに示すように、一実施形態では、外側表面シート７２および内側表面シート７４の形などの表面シート７０はそれぞれ、実質的にバイアス配向プライ８６から構成される表面シート複合材プライレイアップ７６を有する。本明細書では、「バイアス配向プライ」とは、ゼロ度（０°）または約ゼロ度（０°）以外の角度、および９０度（９０°）以外の角度にあるいかなるプライも意味し、本明細書では、「約ゼロ度（０°）」とは、ゼロ度（０°）から１０度（１０°）の範囲を意味する。好ましくは、バイアス配向プライ８６は、プラスまたはマイナス４５度（±４５°）あるいは約プラスまたはマイナス４５度（±４５°）に配向された繊維を有するプライを備える。本明細書では、「約プラスまたはマイナス４５度（±４５°）」とは、プラスまたはマイナス４０度（±４０°）からプラスまたはマイナス５０度（±５０°）の範囲を意味する。より好ましくは、表面シート複合材プライレイアップ７６は、プラスまたはマイナス４５度（±４５°）あるいは約プラスまたはマイナス４５度（±４５°）に配向された繊維を有するバイアス配向プライ８６を７０％〜８０％、９０度（９０°）または約９０度（９０°）、ただし「約９０度（９０°）」とは、８５度（８５°）から９５度（９５°）の範囲を意味するが、そのように配向された繊維を有するプライを１０％〜２０％、かつゼロ度（０°）または約ゼロ度（０°）に配向された一方向繊維を有する一方向プライ８５（図２Ｂ参照）を０％〜２０％備えることができる。最も好ましくは、表面シート複合材プライレイアップ７６は、プラスまたはマイナス４５度（＋／−４５°）あるいは約プラスまたはマイナス４５度（＋／−４５°）に配向された繊維を有するバイアス配向プライ８６を８０％、９０度（９０°）または約９０度（９０°）に配向された繊維を有するプライを１０％、かつゼロ度（０°）または約ゼロ度（０°）に配向された一方向繊維を有する一方向プライ８５を１０％備えることができる。表面シート７０は、剪断方向におけるねじれ荷重および圧力荷重を主に担持し、軸方向における荷重はそれほど担持しないように構成されている。表面シート複合材プライレイアップ７６は、好ましくはボックス構造体１２（図１Ａ参照）全体にわたって、かつ輸送機翼構造体１３（図１Ａ参照）または安定板構造体２４（図１Ａ参照）全体にわたって、表面シート７０により連続したねじれ、剪断、および圧力荷重経路２８（図１Ａ参照）だけが得られるように設計されている。
【００３４】
複合材外板表面シートの形などの表面シート７０は、バイアス配向プライ８６、好ましくはプラスまたはマイナス４５度（±４５°）あるいは約プラスまたはマイナス４５度（±４５°）に配向された繊維を有するバイアス配向プライ８６、９０度（９０°）または約９０度（９０°）に配向された繊維を有するプライ、および／またはゼロ度（０°）または約ゼロ度（０°）に配向された一方向繊維を有する一方向プライ８５を、金型工具などの工具上で、所望の表面シート複合材プライレイアップ７６として重ね合わせることによって形成することができ、こうした表面シート７０を、コア部分６６が間に充填されることになる空間を表面シート７０の間で画定するように配置する、あるいはコア部分６６を挟むように、コア部分６６の上にそれらの表面シート７０を配置する。
【００３５】
図２Ｂにさらに示すように、各一体型サンドイッチパネル６２は、１つまたは複数のコア部分６６に隣接し、かつ好ましくはボンディングによって表面シート７０に接合され、表面シート７０と一体化されたデンスパック８０をさらに備える。図２Ｂに示すように、一実施形態では、各デンスパック８０は、好ましくはゼロ度（０°）または約ゼロ度（０°）に配向された一方向プライから構成され、実質的に直交する一方向複合材テープ積層体８４から構成されるデンスパック複合材プライレイアップ８２を有する。本明細書では、「約ゼロ度（０°）」とは、ゼロ度（０°）から１０度（１０°）の範囲を意味する。別の実施形態では、より好ましくは、デンスパック複合材プライレイアップ８２は、ゼロ度（０°）または約ゼロ度（０°）に配向された一方向繊維を有する一方向プライ８５から構成され、実質的に直交する一方向複合材テープ積層体８４を７０％〜１００％、プラスまたはマイナス５０度（±５０°）からプラスまたはマイナス７５度（±７５°）、より好ましくはプラスまたはマイナス６５度（±６５°）の範囲の向きに配向された繊維を有するバイアス配向プライ８６を０％〜２５％、かつ９０度（９０°）に配向された繊維を有するプライを０％〜１０％備えることができる。最も好ましくは、デンスパック複合材プライレイアップ８２は、ゼロ度（０°）または約ゼロ度（０°）に配向された一方向繊維を有し、実質的に直交する一方向プライを８０％、プラスまたはマイナス５０度（±５０°）からプラスまたはマイナス７５度（±７５°）、より好ましくはプラスまたはマイナス６５度（±６５°）の範囲の向きに配向された繊維を有するバイアス配向プライを２０％、かつ９０度（９０°）に配向された繊維を有するプライを０％備えることができる。
【００３６】
デンスパック８０は、軸方向における引張り荷重および圧縮荷重によるボックスのあらゆる有意な曲げを担持するように構成されている。デンスパック複合材プライレイアップ８２は、ボックス構造体１２（図１Ａ参照）全体にわたって、かつ輸送機翼構造体１３（図１Ａ参照）または安定板構造体２４（図１Ａ参照）全体にわたって、デンスパック８０によりあらゆる有意な連続した曲げおよび軸方向における荷重経路２８（図１Ａ参照）が得られるように設計されている。デンスパック８０は、好ましくはエーロフォイルフレーム１４（図１Ａ参照）の第１の先端部１６（図１Ａ参照）と第２の先端部１８（図１Ａ参照）との間で連続している。
【００３７】
一体型サンドイッチパネル６２、桁４０、および／または安定化小骨４８などのボックス構造体１２の構成要素を製作するために使用される複合材料は、炭素、ガラス、または織状、不織、および編状構成のポリアラミド繊維などの既知の複合材料を含むことができる。原材料の段階で、繊維をテープ、フィラメント、および／または布シートに形成することができ、そこに未硬化樹脂を予備含浸させることができる。原材料を、工具表面上に重ね合わせ、かつ／または積層し、次いで熱および圧力を加えて樹脂を硬化させ、その積層体を硬化させることによって、ボックス構造体１２の構成要素に製作することができる。使用することができる追加の適切な複合材料の例として、炭素繊維複合材料、炭素繊維強化ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、炭素繊維強化ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、炭素繊維強化ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、および炭素繊維強化ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）を含めた炭素繊維強化ポリマー材料、ナイロン、または当業者には理解される適切な別の複合材料が含まれる。複合材料は、複合材テープ材料、プリプレグ一方向テープ、プリプレグ布、または適切な別の複合材料の形を取ることができる。
【００３８】
ボックス構造体１２を輸送機翼構造体１３（図１Ａ参照）のエーロフォイルフレーム１４（図１Ｂ参照）に組み込むことによって、一体型サンドイッチパネル６２の間に、エーロフォイルフレーム１４（図１Ｂ参照の）の第１の先端部１６（図１Ｂ参照）から第２の先端部１８（図１Ｂ参照）まで配設される安定化小骨４８（図１Ｂ、２Ａ参照）の数を大幅に減少させることが可能となる。好ましくは、一体型サンドイッチパネル６２の間に、エーロフォイルフレーム１４（図１Ｂ参照）の第１の先端部１６（図１Ｂ参照）から第２の先端部１８（図１Ｂ参照）まで配設される安定化小骨４８（図１Ｂ、２Ａ参照）の数の減少は、本明細書に開示のボックス構造体１２の実施形態がないエーロフォイルフレームに比べて、約５０％から約９０％の範囲となり得る。各一体型サンドイッチパネル６２は、好ましくは硬質で、軸方向に剛性のデンスパック８０が一体型サンドイッチパネル６２および桁ウェブ１１２によって完全に安定化されているため、パネル剛比が増大している。一体型サンドイッチパネル６２の表面シート７０は、好ましくは軟質であり、一体型サンドイッチパネル６２のデンスパック８０は、好ましくは硬質かつ軸方向に剛性である。
【００３９】
ボックス構造体１２は、複数の桁４０および安定化小骨４８をそれぞれの一体型サンドイッチパネル６２に二次的に結合するように構成された結合要素８８（図２Ｂ参照）をさらに備えることができる。図２Ｂに示すように、桁４０は、結合要素８８を用いて一体型サンドイッチパネル６２に二次的に結合されている。特に、桁４０は、接合部９６（図２Ｂ参照）で一体型サンドイッチパネル６２の内側表面シート７４に二次的に結合されている。好ましくは、結合要素８８は、エポキシ、アクリル、ポリウレタン、または当業者には理解される適切な別の接着材料などの接着材料９０（図２Ｂ参照）を備える。
【００４０】
ボックス構造体１２は、１つまたは複数の損傷阻止要素９２（図２Ｂ参照）をさらに備えることができる。好ましくは、１つまたは複数の損傷阻止要素９２（図２Ｂ参照）は、ボルト、クランプ、リベット、または当業者には理解される適切な他の機械固締具などの１つまたは複数の機械固締具９４を備える。１つまたは複数の損傷阻止要素９２は、複数の安定化小骨４８を各一体型サンドイッチパネル６２に固締するように構成することも、複数の桁４０を各一体型サンドイッチパネル６２に固締するように構成することも、または複数の桁４０および複数の安定化小骨４８を各一体型サンドイッチパネル６２に固締するように構成することもできる。図２Ｂに示すように、桁４０は、損傷阻止要素９２を用いて一体型サンドイッチパネル６２に固締されている。特に、桁４０は、一体型サンドイッチパネル６２の内側表面シート７４に固締されている。
【００４１】
図２Ｃに示すように、アクセス開口１１０をボックス構造体１２の下側表面１１ｂに沿って様々な位置に配置することができる。かかるアクセス開口１１０は、製造、点検、および修理などのために内部構造体にアクセスするために必要となり得る。好ましくは、下側表面１１ｂは、複数の安定化小骨４８（図２Ａ参照）が減少しているため、アクセス開口１１０を有することができ、したがって内部へのアクセスがしやすくなっている。アクセス開口１１０の数の減少は、好ましくは、安定化小骨４８の数の減少に数の上で一致する。このことは、安定化小骨４８の数が減少した結果、内部燃料タンクへのアクセスがしやすくなっていることから生じ得るものである。
【００４２】
図３Ａ〜図３Ｅは、本開示のボックス構造体１２の実施形態で使用することができる桁４０の桁構成の様々な実施形態を示す図である。図３Ａは、例えば、第１の桁構成４０ａ、第２の桁構成４０ｂ、第３の桁構成４０ｃ、および／または追加の適切な桁構成など、多数の桁構成の桁４０を有する本開示のボックス構造体１２の実施形態の１つの部分斜視図である。図３Ａは、１つまたは複数のコア部分６６と、隣接するデンスパック８０とを挟む表面シート７０を有する一体型サンドイッチパネル６２を備えるボックス構造体１２を示し、また、それぞれがウェブ１１２およびウェブ取付け具１１４を備えた桁４０を示している。一体型サンドイッチパネル６２は、好ましくはボンディングによって、デンスパック８０に配置されたウェブ取付け具１１４を用いて桁４０に連結され、デンスパック８０は、ある種の桁キャップ１０８を備えている。
【００４３】
図３Ｂは、桁構成４０ａ、４０ｂ、４０ｃの近接図を示す、図３Ａの線３Ｂ−３Ｂに沿った断面図である。図３Ｂに示すように、第１の桁構成４０ａは、ウェブ取付け具１１４を備えたウェブ１１２を有するＩ形の断面形状の形でよい。図３Ｂにさらに示すように、ウェブ１１２は、ウェブ１１２を安定化させるためのハニカムコア要素などのウェブコア要素１１２ａを備えることができる。図３Ｂにさらに示すように、ウェブ取付け具１１４は、ウェブ取付けフランジ１１４ａを備えることができる。ウェブ取付けフランジ１１４ａは、好ましくは一体型サンドイッチパネル６２のデンスパック８０に取り付けられる。
【００４４】
図３Ｃは、図３Ｂの円３Ｃの近接断面図である。図３Ｃに示すように、第１の桁構成４０ａの、ウェブ取付けフランジ１１４ａの形などのウェブ取付け具１１４は、ウェブ取付けフランジ１１４ａとデンスパック８０との間で結合ライン１１６ａを形成している結合要素１１６を介して、デンスパック８０（ある種の桁キャップ１０８を備える）に結合することができる。図３Ｃは、表面シート７０、およびデンスパック８０に隣接するコア部分６６をさらに示す。ウェブコア要素１１２ａの形などのウェブ１１２は、ウェブコア要素１１２ａを挟む１つまたは複数のウェブ表面シート１２０ａを有するウェブサンドイッチ構築部１１８ａをさらに備えることができる。
【００４５】
図３Ｂにさらに示すように、第２の桁構成４０ｂは、ウェブ取付け具１１４を備えたウェブ１１２を有するＩ形の断面形状の形でよい。図３Ｂにさらに示すように、ウェブ１１２は、ウェブ１１２を安定化させるためのハニカムコア要素などのウェブ要素１１２ｂを備えることができる。図３Ｂにさらに示すように、ウェブ取付け具１１４は、ウェブ取付けヌードルフランジ１１４ｂを備えることができる。ウェブ取付けヌードルフランジ１１４ｂは、好ましくは一体型サンドイッチパネル６２のデンスパック８０に取り付けられる。
【００４６】
図３Ｄは、図３Ｂの円３Ｄの近接断面図である。図３Ｄに示すように、第２の桁構成４０ｂの、ウェブ取付けヌードルフランジ１１４ｂの形などのウェブ取付け具１１４は、ウェブ取付けヌードルフランジ１１４ｂとデンスパック８０との間で結合ライン１１６ｂを形成している結合要素１１６を介して、デンスパック８０（ある種の桁キャップ１０８を備える）に結合することができる。図３Ｄは、表面シート７０、およびデンスパック８０に隣接するコア部分６６をさらに示す。ウェブコア要素１１２ｂの形などのウェブ１１２は、ウェブコア要素１１２ｂを挟む１つまたは複数のウェブ表面シート１２０ｂを有するウェブサンドイッチ構築部１１８ｂをさらに備えることができる。
【００４７】
図３Ｂにさらに示すように、第３の桁構成４０ｃは、ウェブ取付け具１１４を備えたウェブ１２０を有するＣ形の断面形状の形でよい。図３Ｂにさらに示すように、ウェブ１１２は、ウェブ本体要素１１２ｃを備えることができる。図３Ｂにさらに示すように、ウェブ取付け具１１４は、ウェブ取付け端部１１４ｃを備えることができる。ウェブ取付け端部１１４ｃは、好ましくは一体型サンドイッチパネル６２のデンスパック８０に取り付けられる。
【００４８】
図３Ｅは、図３Ｂの円３Ｅの近接断面図である。図３Ｅに示すように、第３の桁構成４０ｃの、ウェブ取付け端部１１４ｃの形などのウェブ取付け具１１４は、ウェブ取付け端部１１４ｃとデンスパック８０との間で結合ライン１１６ｃを形成している結合要素１１６を介して、デンスパック８０（ある種の桁キャップ１０８を備える）に結合することができる。図３Ｅは、表面シート７０、およびデンスパック８０に隣接するコア部分６６をさらに示す。
【００４９】
上記で論じたように、一体型サンドイッチパネル６２では、複数のデンスパック８０を表面シート７０と一体化し、表面シート７０に結合することができ、表面シート７０は、１つまたは複数のコア部分６６（図３Ａ参照）と、隣接するデンスパック８０（図３Ａ参照）とを挟んでいる。図４〜図１０は、桁４０をデンスパック８０に接合する桁閉鎖接合部の様々な実施形態を示す図であり、これらの桁閉鎖接合部は、本開示のボックス構造体１２の実施形態で使用することができる。
【００５０】
図４は、本開示の桁閉鎖接合部１３０ａの第１の実施形態の部分断面図である。図４は、デンスパック８０、外側表面シート７２、内側表面シート７４、およびコア部分６６を示している。図４は、第１の桁閉鎖取付け角１０６ａおよび第２の桁閉鎖取付け角１０６ｂを備えた桁４０の、軟質積層体などのフィラー部分１２８をさらに示す。図４に示す桁閉鎖接合部１３０ａは、桁４０の内側部分１３２に位置し、桁４０のフィラー部分１２８を、結合ライン１３４で内側表面シート７４に沿ってデンスパック８０に接合している。桁閉鎖接合部１３０ａは、組立て中に桁４０のフィラー部分１２８の前方位置停止部として働くように、別個の角１３６を使用する。この実施形態は、桁４０が自己配置されることを可能とする有利な特徴を有することができる。
【００５１】
図５は、本開示の桁閉鎖接合部１３０ｂの第２の実施形態の部分断面図である。図５は、デンスパック８０、外側表面シート７２、内側表面シート７４、およびコア部分６６を示している。図５は、桁４０の、軟質積層体などのフィラー部分１２８をさらに示し、この図では桁４０は中間桁４６の形である。図５は、第１の桁閉鎖取付け角１０６ａおよび第２の桁閉鎖取付け角１０６ｂをさらに示す。図５に示す桁閉鎖接合部１３０ｂは、デンスパック８０の中央部分１３８に取り付けられている。この実施形態は、桁４０のフィラー部分１２８をデンスパック８０の中央に配置するという有利な特徴を有することができ、それによってデンスパック８０のいかなる面外運動による外側表面シート７２と内側表面シート７４との反作用荷重も低減させることができる。
【００５２】
図６は、本開示の桁閉鎖接合部１３０ｃの第３の実施形態の部分断面図である。図６は、デンスパックセクション８０ａ、８０ｂに分割されたデンスパック８０を示し、また、外側表面シート７２、内側表面シート７４、およびコア部分６６を示している。図６は、桁４０の、軟質積層体などのフィラー部分１２８をさらに示し、このフィラー部分１２８は、直角縁部１４２を有し、かつ第１の桁表面シート１００および第２の桁表面シート１０２を備えるサンドイッチ構成を有する。図６に示す桁閉鎖接合部１３０ｃは、分割型デンスパックであり、デンスパック部分１４０ａ、１４０ｂのそれぞれにおいてデンスパック８０内に含まれた第１の桁閉鎖取付け角１０６ａおよび第２の桁閉鎖取付け角１０６ｂを有する。さらに、第１の桁閉鎖取付け角１０６ａおよび第２の桁閉鎖取付け角１０６ｂは、テーパを付けることができ、全長である必要はない。好ましくは、第１の桁閉鎖取付け角１０６ａは、可能な限り内側表面シート７４に近接させる。この実施形態は、荷重を再分散させやすくするという有利な特徴を有することができる。
【００５３】
図７は、本開示の桁閉鎖接合部１３０ｄの第４の実施形態の部分断面図である。図７は、デンスパック８０、外側表面シート７２、不連続部分１４４を備えた内側表面シート７４、およびコア部分６６を示している。図７は、桁４０の、軟質積層体などのフィラー部分１２８をさらに示し、このフィラー部分１２８は、直角縁部１４２を有し、かつ第１の桁閉鎖取付け角１０６ａおよび第２の桁閉鎖取付け角１０６ｂを有する。図７に示す桁閉鎖接合部１３０ｄは、分割型デンスパックであり、デンスパック８０の中央に配置されている。図７に示すように、第１の桁閉鎖取付け角１０６ａは、中央取付け部分１４６ａでデンスパック８０の中央に取り付けられ、第２の桁閉鎖取付け角１０６ｂは、中央取付け部分１４６ｂでデンスパック８０の中央に取り付けられている。この実施形態は、桁閉鎖取付け角１０６ａ、１０６ｂを支持することが可能となるという有利な特徴を有することができる。
【００５４】
図８は、本開示の桁閉鎖接合部１３０ｅの第５の実施形態の部分断面図である。図８は、デンスパックセクション８０ａ、８０ｂに分割されたデンスパック８０を示し、また、外側表面シート７２、内側表面シート７４、およびコア部分６６を示している。図８は、桁４０の、軟質積層体などのフィラー部分１２８をさらに示し、このフィラー部分１２８は、第１の桁表面シート１００および第２の桁表面シート１０２を有する。図８に示す桁閉鎖接合部１３０ｅは、分割型デンスパックであり、第１の桁閉鎖取付け角１０６ａと第２の桁閉鎖取付け角１０６ｂとが、外側部分１４８の外側で一体になっている。この実施形態は、簡単かつ複雑でない２部片デンスパック設計を有するという有利な特徴を有することができる。
【００５５】
図９は、本開示の桁閉鎖接合部１３０ｆの第６の実施形態の部分断面図である。図９は、デンスパックセクション８０ａ、８０ｂに分割されたデンスパック８０を示し、また、外側表面シート７２、内側表面シート７４、およびコア部分６６を示している。図９は、桁４０の、軟質積層体などのフィラー部分１２８をさらに示し、このフィラー部分１２８は、第１の桁表面シート１００および第２の桁表面シート１０２を有する。図９に示す桁閉鎖接合部１３０ｆは、分割型デンスパックであり、第１の桁閉鎖取付け角１０６ａが外側表面シート７２によって形成され、第１の外側取付け部分１５０で取り付けられている。第２の桁閉鎖取付け角１０６ｂは、別個のまま、第２の外側取付け部分１５２で取り付けられている。この実施形態は、ただ１つの別個の桁閉鎖取付け角しか必要としないため、部品点数が減少するという有利な特徴を有し、また、やはり簡単かつ複雑でない２部片デンスパック設計を有するという有利な特徴を有することができる。
【００５６】
図１０は、本開示の桁閉鎖接合部１３０ｇの第７の実施形態の部分断面図である。図１０は、デンスパック８０を挟む外側表面シート７２および内側表面シート７４の形などの表面シート７０、好ましくは複合材外板表面シートを有する一体型サンドイッチパネル６２を示し、デンスパック８０はある種の桁キャップ１０８を備えている。図１０は、第１の桁表面シート１００および第２の桁表面シート１０２の形など、少なくとも２つの桁表面シート９８の間に挟まれたハニカムコア６８などのコア部分６６を備える桁サンドイッチ構築部９７を有する桁４０をさらに示す。図１０に示すように、各桁表面シート９８は、好ましくは実質的に準等方性の複合材テープ積層体８７から構成される桁表面シート複合材プライレイアップ１０３を有することができる。図１０にさらに示すように、桁閉鎖接合部１３０ｇは、第１の桁表面シート１００に取り付けられ、かつ内側表面シート７４にもやはり取り付けられた第１の桁閉鎖取付け角１０６ａを有する。図１０にさらに示すように、桁閉鎖接合部１３０ｇは、第２の桁表面シート１０２に取り付けられ、かつ内側表面シート７４にもやはり取り付けられた第２の桁閉鎖取付け角１０６ｂを有する。図１０にさらに示すように、桁閉鎖チャネル１０４が、第１の桁表面シート１００、第２の桁表面シート１０２、および内側表面シート７４の間に配置され、そこに取り付けられている。桁閉鎖チャネル１０４と内側表面シート７４との間に間隙部分１５４ａ、１５４ｂを形成することができ、ボックス構造体１２、またはボックス構造体１２が組み込まれることになる構成部品の製造中のある時点で、間隙部分１５４ａ、１５４ｂに接着剤を充填することができる。この実施形態は、桁４０、ならびにデンスパック８０を安定化させる一助となる桁サンドイッチ構築部９７を用いて桁４０を構築しているという有利な特徴を有することができる。
【００５７】
本開示の別の実施形態では、荷重を担持する結合式ボックス構造体１２（図１Ａ参照）を有する飛行体１０（図１Ａ参照）が提供される。飛行体１０は、第１の先端部１６（図１Ａ参照）および第２の先端部１８（図１Ａ参照）を有するエーロフォイルフレーム１４（図１Ａ参照）を備える。飛行体１０は、エーロフォイルフレーム１４に取り付けられた結合式ボックス構造体１２をさらに備える。結合式ボックス構造体１２は、エーロフォイルフレーム１４の第１の先端部１６から第２の先端部１８まで連続した、上側および下側の複合材一体型サンドイッチパネル６２（図２Ｂ参照）を備える。一体型サンドイッチパネル６２は、１つまたは複数のコア部分６６（図２Ｂ参照）と、軸方向に配向された隣接するデンスパック８０（図２Ｂ参照）とを挟む表面シート７０（図２Ｂ参照）を有する。一体型サンドイッチパネル６２のそれぞれは、好ましくは硬質で、軸方向に剛性のデンスパック８０が一体型サンドイッチパネル６２および桁ウェブ１１２によって完全に安定化されているため、パネル剛比が増大している。
【００５８】
結合式ボックス構造体１２は、複数の桁４０（図３Ａ参照）をさらに備える。図３Ａに示すように、各桁４０は、ウェブ１１２およびウェブ取付け具１１４を備え、各桁４０は、軸方向に桁長さを有する。図３Ａにさらに示すように、複数の桁４０は、好ましくはデンスパック８０に配置されたウェブ取付け具１１４を用いて一体型サンドイッチパネル６２に連結されている。表面シート７０は、主に剪断方向におけるねじれ荷重および圧力荷重を担持し、軸方向の荷重はそれほど担持しないように構成されている。表面シート７０はそれぞれ、実質的にバイアス配向プライ８６（図２Ｂ参照）、好ましくはプラスまたはマイナス４５度（±４５°）に配向された繊維を有するバイアス配向プライ８６から構成される表面シート複合材プライレイアップ７６を有する。表面シート複合材プライレイアップ７６は、表面シート７０により連続したねじれ、剪断、および圧力荷重経路が主に得られるように設計されている。
【００５９】
デンスパック８０は、軸方向における引張り荷重および圧縮荷重によるボックスのあらゆる有意な曲げを担持するように構成されている。デンスパック８０は、好ましくはそれぞれ、ゼロ度（０°）または約ゼロ度（０°）に配向された一方向プライ８５（図２Ｂ参照）から構成され、実質的に直交した一方向複合材テープ積層体を備えるデンスパック複合材プライレイアップ８２（図２Ｂ参照）を有する。デンスパック複合材プライレイアップ８２は、デンスパック８０によりあらゆる有意な連続した曲げおよび軸方向における荷重経路が得られるように設計されている。
【００６０】
図１Ｂに示すように、飛行体１０（図１Ａ参照）の結合式ボックス構造体１２は、一体型サンドイッチパネル６２に、エーロフォイルフレーム１４の第１の先端部１６から第２の先端部１８まで結合され、かつそれらの一体型サンドイッチパネル６２の間に配設された複数の安定化小骨４８をさらに備えることができる。図１Ｂにさらに示すように、複数の桁４０は、好ましくは前桁４２、後桁４４、および中間桁４６を備える。
【００６１】
本開示の別の実施形態では、航空機などの飛行体１０（図１Ａ参照）用の輸送機翼構造体１３（図１Ａ参照）または安定板構造体２４（図１Ａ参照）が提供される。輸送機翼構造体１３は、好ましくは第１の先端部１６（図１Ａ参照）および第２の先端部１８（図１Ａ参照）を有するエーロフォイルフレーム１４（図１Ａ参照）を備える。安定板構造体２４は、好ましくは第１の先端部１６ａ（図１Ａ参照）および第２の先端部１８ａ（図１Ａ参照）を有するエーロフォイルフレーム１４ａ（図１参照）を備える。輸送機翼構造体１３は、エーロフォイルフレーム１４に取り付けられた輸送機翼ボックス構造体１２ａ（図１Ａ参照）をさらに備える。安定板構造体２４は、エーロフォイルフレーム１４ａに取り付けられた安定板ボックス構造体１２ｂ（図１Ａ参照）をさらに備える。
【００６２】
輸送機翼ボックス構造体１２ａまたは安定板ボックス構造体１２ｂは、エーロフォイルフレーム１４、１４ａの第１の先端部１６、１６ａから第２の先端部１８、１８ａまで連続した１対の一体型サンドイッチパネル６２（図１Ｂ参照）を備える。図２Ｂに示し、上記で論じたように、一体型サンドイッチパネル６２はそれぞれ、１つまたは複数のコア部分６６と、軸方向に配向された隣接するデンスパック８０とを挟む、複合材外板表面シートなどの表面シート７０（図２Ｂ参照）を備える。上記で詳細に論じ、図２Ｂに示したように、一実施形態では、各表面シート７０は、実質的にバイアス配向プライ８６（図２Ｂ参照）、好ましくはプラスまたはマイナス４５度（±４５°）あるいは約プラスまたはマイナス４５度（±４５°）に配向された繊維を有するバイアス配向プライ８６から構成される表面シート複合材プライレイアップ７６を有する。別の実施形態では、より好ましくは、表面シート複合材プライレイアップ７６は、プラスまたはマイナス４５度（±４５°）あるいは約プラスまたはマイナス４５度（±４５°）に配向された繊維を有するバイアス配向プライ８６を７０％〜８０％、９０度（９０°）または約９０度（９０°）に配向された繊維を有するプライを１０％〜２０％、かつゼロ度（０°）または約ゼロ度（０°）に配向された一方向繊維を有する一方向プライ８５（図２Ｂ参照）を０％〜２０％備えることができる。最も好ましくは、表面シート複合材プライレイアップ７６は、プラスまたはマイナス４５度（±４５°）あるいは約プラスまたはマイナス４５度（±４５°）に配向された繊維を有するバイアス配向プライ８６を８０％、９０度（９０°）または約９０度（９０°）に配向された繊維を有するプライを１０％、かつゼロ度（０°）または約ゼロ度（０°）に配向された一方向繊維を有する一方向プライ８５を１０％備えることができる。表面シート７０は、剪断方向におけるねじれ荷重および圧力荷重を主に担持し、軸方向における荷重はそれほど担持しないように構成されている。表面シート複合材プライレイアップ７６は、好ましくはボックス構造体１２全体にわたって、かつ輸送機翼構造体１３または安定板構造体２４全体にわたって、表面シート７０により連続したねじれ、剪断、および圧力荷重経路２８（図１Ａ参照）だけが得られるように設計されている。
【００６３】
各一体型サンドイッチパネル６２は、１つまたは複数のコア部分６６に隣接し、かつ好ましくはボンディングによって表面シート７０に接合され、表面シート７０と一体化されたデンスパック８０をさらに備える。上記で詳細に論じ、図２Ｂに示したように、一実施形態では、各デンスパック８０は、好ましくはゼロ度（０°）または約ゼロ度（０°）に配向された一方向繊維を有する一方向プライ８５から構成され、実質的に直交する一方向複合材テープ積層体８４から構成されるデンスパック複合材プライレイアップ８２を有する。本明細書では、「約ゼロ度（０°）」とは、ゼロ度（０°）から１０度（１０°）の範囲を意味する。別の実施形態では、より好ましくは、デンスパック複合材プライレイアップ８２は、ゼロ度（０°）または約ゼロ度（０°）に配向された一方向繊維を有する一方向プライ８５から構成され、実質的に直交する一方向複合材テープ積層体８４を７０％〜１００％、プラスまたはマイナス５０度（±５０°）からプラスまたはマイナス７５度（±７５°）、より好ましくはプラスまたはマイナス６５度（±６５°）の範囲の向きに配向された繊維を有するバイアス配向プライ８６を０％〜２５％、かつ９０度（９０°）に配向された繊維を有するプライを０％〜１０％備えることができる。最も好ましくは、デンスパック複合材プライレイアップ８２は、ゼロ度（０°）または約ゼロ度（０°）に配向された一方向繊維を有し、実質的に直交する一方向プライを８０％、プラスまたはマイナス５０度（±５０°）からプラスまたはマイナス７５度（±７５°）、より好ましくはプラスまたはマイナス６５度（±６５°）の範囲の向きに配向された繊維を有するバイアス配向プライを２０％、かつ９０度（９０°）に配向された繊維を有するプライを０％備えることができる。デンスパック８０は、軸方向における引張り荷重および圧縮荷重によるボックスのあらゆる有意な曲げを担持するように構成されている。デンスパック複合材プライレイアップ８２は、ボックス構造体１２全体にわたって、かつ輸送機翼構造体１３または安定板構造体２４全体にわたって、デンスパック８０により連続した曲げおよび軸方向における荷重経路２８（図１Ａ参照）、好ましくはあらゆる有意な連続した曲げおよび軸方向における荷重経路２８が得られるように設計されている。デンスパック８０は、好ましくはエーロフォイルフレーム１４（図１Ａ参照）の第１の先端部１６（図１Ａ参照）と第２の先端部１８（図１Ａ参照）との間で連続している。
【００６４】
図１Ｂ、２Ａに示すように、輸送機翼ボックス構造体１２ａまたは安定板ボックス構造体１２ｂは、好ましくは１対の一体型サンドイッチパネル６２に、エーロフォイルフレーム１４、１４ａの第１の先端部１６、１６ａから第２の先端部１８、１８ａまで結合され、かつそれらの１対の一体型サンドイッチパネル６２の間に配設された複数の桁４０および安定化小骨４８をさらに備える。図１Ｂに示すように、複数の桁４０は、好ましくは前桁４２、後桁４４、および中間桁４６を備える。各一体型サンドイッチパネル６２は、好ましくはサンドイッチ構築部を用いて安定化され、それぞれが、好ましくは硬質で、軸方向に剛性のデンスパック８０が一体型サンドイッチパネル６２および桁ウェブ１１２によって完全に安定化されているため、パネル剛比が増大している。好ましくは、表面シート７０は軟質であり、デンスパック８０は硬質かつ軸方向に剛性である。
【００６５】
複数の桁４０はそれぞれ、上記で詳細に論じたように、桁サンドイッチ構築部９７（図１０参照）を有することができる。航空機翼ボックス構造体１２ａまたは安定板ボックス構造体１２ｂは、１つまたは複数の損傷阻止要素９２（図２Ｂ参照）をさらに備えることができる。１つまたは複数の損傷阻止要素９２は、１つまたは複数の機械固締具９４を備えることができる。１つまたは複数の損傷阻止要素９２は、複数の安定化小骨４８を各一体型サンドイッチパネル６２に固締するように構成することも、複数の桁４０を各一体型サンドイッチパネル６２に固締するように構成することも、または複数の桁４０および複数の安定化小骨４８を各一体型サンドイッチパネル６２に固締するように構成することもできる。
【００６６】
図１１は、本開示の航空機製造および点検方法２００の実施形態の流れ図である。図１２は、航空機２２０の機能ブロック図である。図１１〜図１２を参照すると、本開示の実施形態は、図１１に示すように航空機製造および点検方法２００の状況として、また、図１２に示すように航空機２２０の状況として説明することができる。生産前段階中、例示的な航空機製造および点検方法２００は、航空機２２０の仕様および設計２０２、ならびに材料調達２０４を含むことができる。生産段階中、航空機２２０の構成要素およびサブアセンブリの製造２０６、ならびにシステム統合２０８が行われる。その後、航空機２２０は、運航２１２されるように、認証および引渡し２１０を行うことができる。顧客による運航２１２中、航空機２２０は、定期保守および点検２１４（改変、構造変更、改修なども含まれ得る）が予定される。
【００６７】
航空機製造および点検方法２００のプロセスはそれぞれ、システムインテグレータ、サードパーティ、および／またはオペレータ（例えば顧客）によって実施または実行することができる。この説明の目的で、システムインテグレータには、それだけに限られるものではないが、無数の航空機製造業者および主要なシステム下請け業者が含まれ得、サードパーティには、それだけに限られるものではないが、無数の販売業者、下請け業者、および供給業者が含まれ得、オペレータには、航空会社、リース会社、軍事事業体、サービス組織などが含まれ得る。
【００６８】
図１２に示すように、例示的な航空機製造および点検方法２００によって生産される航空機２２０は、複数の高水準システム２２４および内装２２６を備えた機体２２２を含むことができる。高水準システム２２４の例として、推進システム２２８、電気システム２３０、油圧システム２３２、および環境システム２３４の１つまたは複数が含まれ得る。任意の数の他のシステムが含まれ得る。航空宇宙産業の例について示しているが、本発明の原理は、自動車産業などの他の産業にも応用することができる。
【００６９】
本明細書で実施される方法および構造体は、航空機製造および点検方法２００の諸段階の１つまたは複数のいずれのものの最中にも使用することができる。例えば、構成要素およびサブアセンブリの製造２０６に対応する構成要素およびサブアセンブリは、航空機２２０の運航２１２中に、構成要素またはサブアセンブリが生産されたときと同様にして作製または製造することができる。また、１つまたは複数の装置実施形態、方法実施形態、またはそれらの組合せを、構成要素およびサブアセンブリの製造２０６およびシステム統合２０８中に、例えば、航空機２２０の組立てを実質的に早める、または航空機２２０の費用を削減することによって使用することができる。同様に、装置実施形態、方法実施形態、またはそれらの組合せの１つまたは複数を、航空機２２０の運航２１２中に、例えばそれだけに限られるものではないが、定期保守および点検２１４に使用することもできる。
【００７０】
本開示の別の実施形態では、飛行体１０（図１Ａ参照）用の結合式ボックス構造体１２（図１Ａ参照）を製作する方法３００が提供される。図１３は、本開示の方法３００の実施形態を示す流れ図である。図１３に示すように、本方法３００は、１対の一体型サンドイッチパネル６２（図２Ｂ参照）を形成するステップ３０２を含む。図１３に示すように、本方法３００は、コア部分６６（図２Ｂ参照）を少なくとも２つの表面シート７０（図２Ｂ参照）の間に挟むことによって複合材外板６４（図２Ｂ参照）を作製することによって各一体型サンドイッチパネル６２を形成するステップ３０４をさらに含む。好ましくは、表面シート７０は複合材外板表面シートである。
【００７１】
図１３に示すように、本方法３００は、実質的にバイアス配向プライ８６（図２Ｂ参照）、好ましくは、プラスまたはマイナス４５度（±４５°）あるいは約プラスまたはマイナス４５度（±４５°）に配向された繊維を有するバイアス配向プライ８６から構成される表面シート複合材プライレイアップ７６（図２Ｂ参照）を重ね合わせること、および表面シート複合材プライレイアップ７６を、結合式ボックス構造体１２全体にわたって、複合材外板６４により連続したねじれ、剪断、および圧力荷重経路２８（図１Ａ参照）が得られるように設計することによって、複合材外板表面シートの形などの各表面シート７０を形成するステップ３０６をさらに含む。複合材外板表面シートの形などの各表面シート７０を形成するステップ３０６は、好ましくはプラスまたはマイナス４５度（±４５°）あるいは約プラスまたはマイナス４５度（±４５°）に配向された繊維を有するバイアス配向プライ８６を７０％〜８０％、９０度（９０°）または約９０度（９０°）に配向された繊維を有するプライを１０％〜２０％、かつゼロ度（０°）または約ゼロ度（０°）に配向された一方向プライ８５（図２Ｂ参照）を０％〜２０％備える表面シート複合材プライレイアップ７６を重ね合わせることをさらに含む。
【００７２】
図１３に示すように、本方法３００は、複数のデンスパック８０（図２Ｂ参照）を複合材外板６４に接合するステップ３０８によって、各一体型サンドイッチパネル６２を形成することをさらに含む。図１３に示すように、本方法３００は、実質的に直交する一方向複合材テープ積層体８４（図２Ｂ参照）から構成されるデンスパック複合材プライレイアップ８２（図２Ｂ参照）を重ね合わせること、およびデンスパック複合材プライレイアップ８２を、デンスパック８０により、結合式ボックス構造体１２全体にわたって連続した曲げおよび軸方向における荷重経路２８（図１Ａ参照）が得られるように、好ましくは結合式ボックス構造体１２全体にわたってあらゆる有意な連続した曲げおよび軸方向の荷重経路２８が得られるように設計することによって、各デンスパック８０を形成するステップ３１０をさらに含む。各デンスパック８０を形成するステップ３１０は、好ましくは、ゼロ度（０°）または約ゼロ度（０°）に配向された一方向繊維を有し、実質的に直交する一方向プライ８５を７０％〜１００％、プラスまたはマイナス５０度（±５０°）からプラスまたはマイナス７５度（±７５°）の範囲の向きに配向された繊維を有するバイアス配向プライ８６を０％〜２５％、かつ９０度（９０°）に配向された繊維を有するプライを０％〜１０％備えるデンスパック複合材プライレイアップ８２を重ね合わせることをさらに含む。
【００７３】
図１３に示すように、本方法３００は、複数の桁４０（図２Ａ参照）および安定化小骨４８（図２Ａ参照）を１対の一体型サンドイッチパネル６２の間に結合するステップであって、それにより飛行体１０（図１Ａ参照）用の結合式ボックス構造体１２を形成するステップ３１２をさらに含む。結合式ボックス構造体１２は、好ましくは単体構成２６（図１参照）を有する。１対の一体型サンドイッチパネル６２は、好ましくはエーロフォイルフレーム１４（図１Ａ参照）の第１の先端部１６（図１Ａ参照）から第２の先端部１８（図１Ａ参照）まで連続しており、この１対の一体型サンドイッチパネル６２に結合式ボックス構造体１２が取り付けられて飛行体１０に取り付けられる。複数の桁４０（図２Ａ参照）および安定化小骨４８を１対の一体型サンドイッチパネル６２の間に結合するステップ３１２は、複数の桁４０を各一体型サンドイッチパネル６２の桁キャップ８０（図４〜図１０参照）に結合するための１つまたは複数の桁閉鎖接合部１３０ａ〜１３０ｇ（図４〜図１０参照）を形成することをさらに含むことができる。
【００７４】
図１３に示すように、本方法３００は、桁サンドイッチ構築部９７（図１０参照）を用いて複数の桁４０を作製する任意のステップ３１４をさらに含むことができる。桁サンドイッチ構築部９７は、コア部分６６（図１０参照）を少なくとも２つの桁表面シート９８（図１０参照）間に挟むことによって形成することができ、各桁表面シート９８は、実質的に準等方性の複合材テープ積層体８７（図１０参照）から構成される桁表面シート複合材プライレイアップ１０３（図１０参照）を重ね合わせることによって形成されている。本方法３００は、コア部分６６（図１０参照）を小骨表面シート（図示せず）などの少なくとも２つの表面シートの間に挟むことによって、複数の安定化小骨４８を、桁サンドイッチ構築部９７（図１０参照）と同様のサンドイッチ構築部として作製する任意のステップをさらに含むことができ、各小骨表面シートは、複数の桁４０の桁表面シート複合材レイアップ１０３（図１０参照）の実質的に準等方性の複合材テープ積層体８７（図１０参照）と同様の実質的に準等方性の複合材テープ積層体から構成される小骨表面シート複合材プライレイアップ（図示せず）を重ね合わせることによって形成することができる。
【００７５】
図１３に示すように、本方法３００は、複数の桁４０および安定化小骨４８を、結合要素８８（図２Ｂ参照）を用いて１対の一体型サンドイッチパネル６２に二次的に結合する任意のステップ３１６をさらに含むことができる。結合要素８８は、好ましくは接着材料９０（図２Ｂ参照）または適切な別の結合要素を備える。
【００７６】
図１３に示すように、本方法３００は、複数の桁４０および安定化小骨４８を、１つまたは複数の損傷阻止要素９２（図２Ｂ参照）を用いて各一体型サンドイッチパネル６２に固締する任意のステップ３１８をさらに含むことができる。損傷阻止要素９２は、好ましくは１つまたは複数の機械固締具９４（図２Ｂ参照）を備える。本方法３００は、固締具１５６をボックス構造体境界線１５８（図１Ａ参照）の外側に配置することによって、結合式ボックス構造体１２におけるいくつかの固締具１５６（図１Ａ参照）を減少させることをさらに含むことができ、その結果結合式ボックス構造体１２への落雷の危険が低減することになる。
【００７７】
本開示の、結合式ボックス構造体などのボックス構造体１２およびその製作方法３００の実施形態は、既存の翼ボックス構造体および方法に比べて、部品点数、製造費用、重量、およびフロー時間の大幅な減少を実現することができる。重量の減少によって、航空機性能を向上させることが可能となり得、その結果、所与の飛行プロファイルに必要となる燃料がより少なくなり得る。より少ない燃料を使用することによって、稼働費用を削減することができ、また、輸送機のカーボンフットプリントを低減させることによって、環境に対する影響がより少なくなり得る。フロー時間の低減によって、生産高を増大させ、在庫管理費用を削減することが可能となり得る。
【００７８】
さらに、本開示のボックス構造体１２およびその製作方法３００の実施形態は、先端から先端まで延在する輸送機翼ボックス構造体１２ａ（図１Ａ参照）、または安定板ボックス構造体１２ｂ（図１Ａ参照）を提供し、これらの構造体は、１つまたは複数のコア部分６６と、軸方向に配向された隣接するデンスパック８０とを挟む表面シート７０を有する、連続した一体型サンドイッチパネル６２（図１Ｂ参照）を備える。ボックス構造体１２は、好ましくは外板パネル剛比が増大した単体構成２６（図１Ａ参照）（ある種の桁キャップを備えるものなどの硬質デンスパックを備えた複合材外板表面シートなどの軟質表面シート）を有する。一体の単体構成２６によって、単一の一体構造体が得られ、これは既存の翼ボックスの３点構造体設計とは異なる（飛行体１０（図１Ａ参照）の、先端から先端まで延在する設計対胴体に左側機外翼および右側機外翼が接合される設計）。本開示のボックス構造体１２およびその製作方法３００の実施形態は、軸方向における引張り荷重および圧縮荷重によるボックスのあらゆる有意な曲げを担持する安定したデンスパック８０、および剪断方向におけるねじれ荷重および圧力荷重を主に担持する軸方向に軟質の表面シート７０に使用される、特定の荷重印加に調整されたプライレイアップ（例えば、軸方向に硬質で、ほぼ直交する一方向テープ積層体レイアップ）を提供する。一体型サンドイッチパネル６２は、好ましくはサンドイッチ構築部を用いて一体的に安定化され、したがって多数の縦通材および小骨を備えた既存の翼ボックス構成に対して、極めて少数の安定化小骨４８しか必要でない。安定化小骨４８がより少なくなることによって、内部燃料タンクにアクセスしやすくなり得、したがってアクセス開口１１０（図２Ｃ参照）などの点検ドアおよび支持構造体の数を減少させることができる。
【００７９】
さらに、本開示のボックス構造体１２およびその製作方法３００の実施形態は、桁４０および安定化小骨４８を、接着材料９０（図２Ｂ参照）を用いるなど、結合要素８８を用いて一体型サンドイッチパネル６２に二次的に接合することを提供することができる。接着材料は、既存の翼ボックス構造体で見られる多数の固締具の代わりに使用することができる。結合式接合のための損傷阻止要素９２（図２Ｂ参照）は、一体型サンドイッチパネル６２に取り付けられた桁４０および安定化小骨４８にある機械固締具９４（図２Ｂ参照）からなることができる。広く間隔を置いて配置された、小径の損傷阻止要素または他の固締具の数は、既存の翼ボックス構造体に比べて大幅に減少させることができる。本明細書に開示のボックス構造体１２および方法３００では、固締具１５６（図１Ａ参照）の大部分は、電磁的理由（例えば避雷）、装着理由（燃料漏れの可能性を防止するための封止がそれほど必要でない）、および製造時のアクセス、点検、および修理のしやすさの理由で、ボックス構造体境界線１５８の外側に配置することができる。落雷の危険の減少は、一体型サンドイッチパネル６２を貫通する固締具の使用がより少なくなることから生じ得る。さらに、複数の桁４０は、桁サンドイッチ構築部９７（図１０参照）を用いて形成することができ、したがってボックス構造体１２の安定性が増すことになる。
【００８０】
前述の説明および関連する図面において呈示された教示の利点を理解すれば、本開示の多くの改変形態および他の実施形態が、本開示が属する分野の当業者には想起されよう。本明細書に記載の実施形態は、例示的であることを意味するものであり、限定するものでも、網羅的なものでもない。本明細書では、特定の用語が使用されているが、こうした用語は一般的かつ説明的な意味においてしか使用されず、限定を意図するものではない。
【符号の説明】
【００８１】
１０  飛行体
１１ａ  上側表面
１１ｂ  下側表面
１２  ボックス構造体
１２ａ  輸送機翼ボックス構造体
１３  輸送機翼構造体
１４、１４ａ  エーロフォイルフレーム
１５  前縁
１６、１６ａ  第１の先端部
１７  後縁
１８、１８ａ  第２の先端部
１９  操縦面
２０  頂部部分
２１  中央部分
２２  胴体
２４  安定板構造体
２４ａ  水平安定板
２４ｂ  垂直安定板
２６  単体構成
２８  荷重経路
３０  第１の端部
３２  第２の端部
３４  本体
３６  前縁
３８  後縁
４０  桁
４０ａ  第１の桁構成
４０ｂ  第２の桁構成
４０ｃ  第３の桁構成
４１  湾曲形状
４２  前桁
４４  後桁
４６  中間桁
４８  安定化小骨
５０  タンク端部小骨
５２  サージ燃料タンク
５４  支柱取付け小骨
５６  中間桁終端小骨
５８  胴体一体化小骨
６０  中心線小骨
６２  一体型サンドイッチパネル
６２ａ  上側一体型サンドイッチパネル
６２ｂ  下側一体型サンドイッチパネル
６４  複合材外板
６６  コア部分
６８  ハニカムコア
７０  表面シート
７２  外側表面シート
７４  内側表面シート
７６  表面シート複合材プライレイアップ
８０  デンスパック
８０ａ、８０ｂ  デンスパックセクション
８２  デンスパック複合材プライレイアップ
８４  一方向複合材テープ積層体
８５  一方向プライ
８６  バイアス配向プライ
８７  複合材テープ積層体
８８  結合要素
９０  接着材料
９２  損傷阻止要素
９４  機械固締具
９６  接合部
９７  桁サンドイッチ構築部
９８  桁表面シート
１００  第１の桁表面シート
１０２  第２の桁表面シート
１０３  桁表面シート複合材プライレイアップ
１０４  桁閉鎖チャネル
１０６ａ  第１の桁閉鎖取付け角
１０６ｂ  第２の桁閉鎖取付け角
１０８  桁キャップ
１１０  アクセス開口
１１２  ウェブ
１１２ａ、１１２ｂ  ウェブコア要素
１１２ｃ  ウェブ本体要素
１１４  ウェブ取付け具
１１４ａ  ウェブ取付けフランジ
１１４ｂ  ウェブ取付けヌードルフランジ
１１４ｃ  ウェブ取付け端部
１１６  結合要素
１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ  結合ライン
１１８ａ、１１８ｂ  ウェブサンドイッチ構築部
１２０ａ、１２０ｂ  ウェブ表面シート
１２８  フィラー部分
１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ、１３０ｆ、１３０ｇ  桁閉鎖接合部
１３２  内側部分
１３４  結合ライン
１３６  別個の角
１３８  中央部分
１４０ａ、１４０ｂ  デンスパック部分
１４２  直角縁部
１４６ａ、１４６ｂ  中央取付け部分
１４８  外側部分
１５０  第１の外側取付け部分
１５２  第２の外側取付け部分
１５４ａ、１５４ｂ  間隙部分
１５６  固締具
１５８  ボックス構造体境界線
２００  航空機製造および点検方法
２０２  仕様および設計
２０４  材料調達
２０６  構成要素およびサブアセンブリの製造
２０８  システム統合
２１０  認証および引渡し
２１２  運航
２１４  定期保守および点検
２２０  航空機
２２２  機体
２２４  高水準システム
２２６  内装
２２８  推進システム
２３０  電気システム
２３２  油圧システム
２３４  環境システム
３００  結合式ボックス構造体を製作する方法
３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２  ステップ
３１４、３１６  任意のステップ
【図１Ａ】
2014144770.tif 000003
【図１Ｂ】
2014144770.tif 000004
【図２Ａ】
2014144770.tif 000005
【図２Ｂ】
2014144770.tif 000006
【図２Ｃ】
2014144770.tif 000007
【図３Ａ】
2014144770.tif 000008
【図３Ｂ】
2014144770.tif 000009
【図３Ｃ】
2014144770.tif 000010
【図３Ｄ】
2014144770.tif 000011
【図３Ｅ】
2014144770.tif 000012
【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】
2014144770.tif 000022
【外国語明細書】
2014144770000001.pdf
2014144770000002.pdf
2014144770000003.pdf
2014144770000004.pdf