(57)【要約】【課題】応力表皮及び補剛枠組みを伴うセミモノコック設計に基づく複合テールブームの高効率の構造設計を提供する。【解決手段】本発明は、外側表皮（８）及び内側表皮（９）を伴う管状テールブームコーンを少なくとも部分的に備える複合テールブーム（３）を伴う航空機に関し、内側表皮（９）は、複合テールブーム（３）の中空内部（３ｃ）を区切り、複数の棒状剛化要素（１０）及び複数の環状剛化要素（１１）は、外側表皮（８）と内側表皮（９）との間に配置され、複数の棒状剛化要素（１０）は、複合テールブーム（３）の縦方向に配向され、複数の環状剛化要素（１１）は、管状テールブームコーン内に縦方向に沿って分散される。【選択図】図２
2018012493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機（１）のための複合テールブーム（３）であって、
前記複合テールブーム（３）は、外側表皮（８）及び内側表皮（９）を伴う管状テールブームコーン（３ｂ）を少なくとも部分的に備え、
前記内側表皮（９）は、前記複合テールブーム（３）の中空内部（３ｃ）を区切り、
複数の棒状剛化要素（１０）及び複数の環状剛化要素（１１）は、前記外側表皮（８）と前記内側表皮（９）との間に配置され、
前記複数の棒状剛化要素（１０）は、前記複合テールブーム（３）の縦方向（１ｇ）に配向され、
前記複数の環状剛化要素（１１）は、前記管状テールブームコーン（３ｂ）内に前記縦方向（１ｇ）に沿って分散され、
前記複数の環状剛化要素（１１）のうちの少なくとも１つは、前記複数の棒状剛化要素（１０）のうちの少なくとも１つの前記管状テールブームコーン（３ｂ）の半径方向（３ｅ）の関連付けられた厚み（１０ｇ）よりも小さい、前記管状テールブームコーン（３ｂ）の半径（３ｅ）の関連付けられた厚み（１１ｄ）を備えることを特徴とする、複合テールブーム（３）。
【請求項２】
前記複数の環状剛化要素（１１）のうちの前記少なくとも１つの前記関連付けられた厚み（１１ｄ）は、前記複数の棒状剛化要素（１０）のうちの前記少なくとも１つの前記関連付けられた厚み（１０ｇ）の少なくとも３分の１であることを特徴とする、請求項１に記載の複合テールブーム（３）。
【請求項３】
前記複数の棒状剛化要素（１０）のうちの各２つの隣接する棒状剛化要素（１０）は、前記管状テールブームコーン（３ｂ）のフープ方向（３ｄ）に第１の所定の距離（１０ａ）だけ互いに間隔を空けられ、
前記複数の環状剛化要素（１１）のうちの各２つの隣接する環状剛化要素（１１）は、前記管状テールブームコーン（３ｂ）の縦方向（１ｇ）に第２の所定の距離（１１ａ）だけ互いに間隔を空けられ、
前記第１の所定の距離（１０ａ）は、第２の所定の距離（１１ａ）よりも短いことを特徴とする、請求項１に記載の複合テールブーム（３）。
【請求項４】
前記第１の所定の距離（１０ａ）は、前記第２の所定の距離（１１ａ）の少なくとも５分の１であることを特徴とする、請求項３に記載の複合テールブーム（３）。
【請求項５】
前記複数の棒状剛化要素（１０）のうちの各２つの隣接する棒状剛化要素（１０）は、前記管状テールブームコーン（３ｂ）のフープ方向（３ｄ）に、前記複数の棒状剛化要素（１０）のうちの各々の所定の基準幅（１０ｆ）の少なくとも２倍である所定の距離（１０ａ）だけ、互いに間隔を空けられることを特徴とする、請求項１に記載の複合テールブーム（３）。
【請求項６】
前記複数の環状剛化要素（１１）は、前記外側表皮（８）に取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載の複合テールブーム（３）。
【請求項７】
前記複数の棒状剛化要素（１０）は、前記複数の環状剛化要素（１１）及び前記外側表皮（８）に取り付けられることを特徴とする、請求項６に記載の複合テールブーム（３）。
【請求項８】
前記複数の棒状剛化要素（１０）は、前記複数の環状剛化要素（１１）を収容するための収容溝（１４）を備えることを特徴とする、請求項７に記載の複合テールブーム（３）。
【請求項９】
前記複数の棒状剛化要素（１０）のうちの各々に、前記棒状剛化要素（１０）と前記内側表皮（９）との間に配置される関連付けられた内側キャッププライ（１６）が提供されることを特徴とする、請求項１に記載の複合テールブーム（３）。
【請求項１０】
前記複数の棒状剛化要素（１０）のうちの各々に、前記棒状剛化要素（１０）と前記外側表皮（８）との間に配置される関連付けられた外側キャッププライ（１５）が提供されることを特徴とする、請求項１に記載の複合テールブーム（３）。
【請求項１１】
前記関連付けられた外側キャッププライ（１５）は、前記複数の環状剛化要素（１１）のうちの各々と前記外側表皮（８）との間に少なくとも部分的に配置されることを特徴とする、請求項１０に記載の複合テールブーム（３）。
【請求項１２】
前記複数の棒状剛化要素（１０）のうちの各々の関連付けられた基準幅（１０ｆ）は、前記複数の環状剛化要素（１１）のうちの各々の関連付けられた幅（１１ｃ）に少なくとも近似的に等しいことを特徴とする、請求項１に記載の複合テールブーム（３）。
【請求項１３】
前記複数の棒状剛化要素（１０）のうちの少なくとも１つは、台形の横断面を備えることを特徴とする、請求項１に記載の複合テールブーム（３）。
【請求項１４】
前記外側表皮（８）は、前記内側表皮（９）よりも薄いことを特徴とする、請求項１に記載の複合テールブーム（３）。
【請求項１５】
請求項１から１４のうちの少なくとも一項に記載の複合テールブーム（３）を少なくとも１つ備えることを特徴とする、航空機（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外側表皮及び内側表皮を伴う管状テールブームコーンを少なくとも部分的に備える、複合テールブームを伴う航空機に関し、内側表皮は複合テールブームの中空内部を区切る。
【背景技術】
【０００２】
ブーム構造は、回転翼航空機及び固定翼航空機などの異なるタイプの航空機内に存在し、それぞれのテールブームは、所与の航空機の後方部分から本質的に後方に向かって延在し、テール表面に、またヘリコプタなどの回転翼航空機の場合は例えばテールロータに、取り付けポイントを提供する、片持ち縦ビームを表す。
【０００３】
固定翼航空機の場合、通常、２つのテールブームが使用され、各々のテールブームは、それぞれの胴体の関連付けられた側に配置される翼に取り付けられている。この構成では、通常、水平及び垂直の安定装置がテールブームの最後尾端に取り付けられ、水平安定装置は、典型的には両方のテールブーム間の所定の距離にある。
【０００４】
通常、テールブームは、テールブームの基礎となる長さに対して断面が小さい顕著な細長比を示す。その横断面は、典型的には湾曲した楕円又は円形であり、したがって、安定性に関して構造的な利点を、さらに、主ロータのダウンウォッシュに起因してヘリコプタなどの回転翼航空機内で発生するダウンロードに関して、空気力学的利点を活用する。
【０００５】
より具体的には、回転翼航空機及び固定翼航空機用のテールブームは、通常、主にそのテール表面で、及び、ヘリコプタなどの回転翼航空機の場合はそれらのテールロータで発生する、曲げ、ねじり、及びせん断荷重を支持する、曲げビームを備える。しかしながら、顕著な細長比に起因して、動作時に発生する曲げ荷重が優勢になり、したがって、関連付けられた胴体又は翼に対する所与のテールブームのそれぞれの根本を成す相互接続で必要な寸法になる。
【０００６】
ヘリコプタなどの回転翼航空機において、テールブームは通常、テールロータ、アンテナ、及び／又は他のシステムに関連付けられた運転制御に対処する、載荷テールブーム構造を備える。テールロータを駆動するための対応する駆動軸は、検査及び保守を容易にするために、典型的には外側の、この載荷テールブーム構造の頂部に配置される。載荷テールブーム構造は、通常、静的、動的、及び疲労の要件に従って設計されなければならず、特に疲労要件は比較的要求の高い要件である。特に、載荷テールブーム構造には、好適な曲げ及びねじり剛性、好適な強度、並びに適切な質量が備えられていなければならない。加えて、好適なサービス動作のために、耐腐食性、取り外し可用性、交換可用性、さらには互換性などの動作要件が考慮されなければならない。「交換可用性」という用語は、通常、或るテールブームを別のテールブームに交換することを指すが、「互換性」という用語は、通常、１台のヘリコプタのテールブームを別のヘリコプタに使用することを指す。
【０００７】
これらの設計及び動作要件に基づき、主胴体本体内への構造的統合に関して互いに異なる、２つのタイプの載荷テールブーム構造が主に実装される。より具体的には、第１のタイプのテールブームは、主胴体本体の後方及び頂部領域に対してその先端に取り付けられる、スリムビーム要素と定義される。しかしながら、この配置は、主胴体本体の後方領域において、それぞれのキャビン高さの減少につながり、後部積載ヘリコプタ構成の場合、対応する積載制限の減少につながる。第１のタイプに従ったこうしたテールブームは、通常、フラットトップ又はボトムベースを伴う本質的に円筒形の横断面を備える。第２のタイプのテールブームは、主胴体本体からテールに向かって滑らかな先細への遷移（いわゆる「フィッシュテール」）を用いて主胴体本体に取り付けられる、１つの単一ブームと定義される。しかしながら、その横断面は第１のタイプに従ったテールブームよりも大きいため、動作時に主ロータのダウンウォッシュによって生成されるダウンロードがより大きくなる。
【０００８】
通常、両タイプのテールブームは複合テールブームとして具体化され、主胴体本体への遷移部分に接続インターフェースが提供される。典型的には、主胴体本体のロフト部分に、主胴体本体の対応する接続部に取り付けられるテールブームの接続インターフェースに対応する構造的よじれが存在する。言い換えれば、典型的には、主胴体本体とテールブームとの間の物理的分離が実施され、これにより、主胴体本体に対するテールブーム構造の分離製造が可能になる。こうした分離製造及び接続インターフェースは、必要であればテールブームの交換を可能にするという点、及び、特に大型ヘリコプタの好適な輸送可能性が保証され得るという点において、有利である。
【０００９】
より一般的には、回転翼航空機及び固定翼航空機のこうした複合テールブームは、モノコック又はセミモノコック設計のうちのいずれかの、応力表皮タイプである。モノコック設計は、表皮に取り付けられる、典型的には縦通材と呼ばれる縦補剛材、又は、典型的にはフレームによって画定される横中間補剛材などの、追加の離散構造要素なしに、すべての荷重を支持する表皮によって特徴付けられる。セミモノコック設計、又はいわゆる表皮補剛設計は、縦通材及びフレームから構成される離散背面構造によって支持される、薄い表皮によって特徴付けられ、縦通材は動作中に発生する縦荷重のかなりの部分を占める。
【００１０】
通常、それぞれの縦通材はいずれも、表皮に接着又はリベット留めされた共硬化型であり、すなわち表皮と同時に硬化する。それぞれのフープ補剛材、すなわちフレームは、通常、表皮、縦通材、又はその両方にリベット留めされ、それぞれの縦通材の高さよりも高い高さを示す。したがって、縦通材は連続的であり、フープ補剛材、すなわちフレームを貫通している。後者は、縦通材が貫通できるようにするために局所カットアウトを示す。しかしながら、異なるフープ補剛材、すなわちフレームには、追加のリベット留めが必要であるため、組み立て時間及びコストの増加につながる。
【００１１】
一般に、表皮補剛設計は、金属構造におけるそれらの由来に基づき、複合設計で広く用いられる。例示的な表皮補剛設計は、ＣＮ１０３３４１９８７、ＣＮ１０２１１４７０６、ＥＰ１１４５８２８、ＵＳ２００８１１１０２４、及びＷＯ２００４０７６７６９の文献に記載されている。ＥＰ３０４０２６３又はＵＳ２０１６１８５４３７、ＵＳ２０１６００１８６９又はＤＥ１０２０１４１０９３６２、ＥＰ２０６２８１４又はＵＳ２００９２１７５２９、及びＵＳ２００８１１１０２４の文献に従った、他の航空機構造も考慮された。
【００１２】
しかしながら、モノリシック型表皮を伴うモノコック型テールブームコーンの使用は、安定性能が、強度に関しては実際に必要のないかなりの表皮厚みを必要とするため、重量効率が悪い。したがってこの設計は、コスト面での利点が明らかであるにもかかわらず、用いられていない。これに対して、サンドイッチ式シェル構造に基づくモノコック型テールブームコーン設計は、金属性テールブーム設計についても、広範な適用例を見出している。このケースでは、表皮厚みは基礎となる強度及び処理要件に適合可能である一方で、適用可能な安定性要件は明確なコア厚みによって調整可能である。
【００１３】
より具体的には、コアは典型的には、接着剤層を用いてそれぞれ内側表皮及び外側表皮に接着される、ハニカム式である。内側表皮は、典型的には最小処理厚みを備える安定化表皮を表す一方で、外側表皮は、衝撃の脅威に対処するのに十分な厚みを備え、修理が可能な、主耐荷重表皮である。吸湿に対処するために、追加の外側不浸透性層が実装可能である。
【００１４】
有利なことに、こうしたサンドイッチ構造は、単純かつ簡潔な設計及びサイジングによって特徴付けられ、特定の荷重レベル範囲内で従来のセミモノコック設計に勝る重量効率の利点を提供する。しかしながら、サンドイッチ設計は、何らかの重量、操作、及びコストのペナルティを生じさせるフィルム接着剤を使用しなければならない。さらに、動作時の構造の受け入れ可能な動作温度は、接着剤の許容サービス温度によって制限され、これが、特にヘリコプタなどの回転翼航空機に関して、それぞれのテールブームの前部及び中間部のトップ及びサイドシェルに当たる高温の排出ガスに直面するテールブーム適用例にとって、何らかの問題点につながる。さらに、サンドイッチ構造は、特に構造修理に対応するときに、注意深く製造する必要がある。加えて、サンドイッチ構造で用いられるサンドイッチパネルは、本質的にその延長部全体にわたって曲げ剛性があり、これが、表皮補剛パネルに比べて衝撃に関する耐損傷性が低い、より繊細な挙動につながる。さらに、パネル安定性に直面する駆動パラメータは、それぞれ基礎となるコア高さである。コア高さ及び適用可能な表皮厚みは、表皮直交異方性レイアップの何らかの影響を考慮せず、典型的には、所与のテールブームコーンのサンドイッチ領域全体にわたって連続的且つ一定である。結果として、サンドイッチ式設計を用いるテールブーム構造のシェル曲げ剛性は、本来、回転翼航空機及び固定翼航空機についてフープ及び縦方向で同じである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、本発明の目的は、応力表皮及び補剛枠組みを伴うセミモノコック設計に基づく複合テールブームの高効率の構造設計を航空機に提供することであり、高効率の構造設計は、回転翼航空機のテールブーム構造に特に適用可能であるが、一般的な航空機適用例に、例えば固定翼航空機にも同様に使用可能でもある。より具体的言えば、本発明の目的は、応力表皮及び補剛枠組みを伴うセミモノコック設計に基づく複合テールブームの高効率の構造設計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本目的は、航空機用の複合テールブームによって解決され、複合テールブームは、外側表皮及び内側表皮を伴う管状テールブームコーンを少なくとも部分的に備え、内側表皮は複合テールブームの中空内部を区切り、複合テールブームは請求項１に記載の特徴を備える。
【００１７】
より具体的に言えば、本発明によれば、航空機用の複合テールブームは、外側表皮及び内側表皮を伴う管状テールブームコーンを少なくとも部分的に備え、内側表皮は複合テールブームの中空内部を区切り、複数の棒状剛化要素及び複数の環状剛化要素は外側表皮と内側表皮との間に配置される。複数の棒状剛化要素は、複合テールブームの縦方向に配向され、複数の環状剛化要素は、管状テールブームコーン内に縦方向に沿って分散される。複数の環状剛化要素のうちの少なくとも１つは、複数の棒状剛化要素のうちの少なくとも１つの管状テールブームコーンの半径方向の関連付けられた厚みよりも小さい、管状テールブームコーンの半径方向の関連付けられた厚みを備える。
【００１８】
一態様によれば、本発明の複合テールブームは、接着材料を使用せずに実装される、セミモノコック構造のかなり簡略化された統合表皮補剛複合設計に基づくため、望ましくない温度サービス制限を有利に回避できることになる。セミモノコック構造のこの統合表皮補剛複合設計は、好ましくは、節点、すなわち、連続要素として実装可能な縦及びフープの剛化要素の交差部の、設計及び製造の複雑さが軽減された状態で、少なくとも外側及び内側の表皮、縦剛化要素及びフープ剛化要素を用いて実現される。セミモノコック構造の統合表皮補剛複合設計は、コア要素、並びに、有利なことに連続要素として実装される、縦の内部及び外部キャッププライを、さらに備えることができる。
【００１９】
外側表皮は、好ましくは連続プライで作られ、本発明の複合テールブーム、すなわち、その管状テールブームコーンの外部表皮を表す。内側表皮は、好ましくは本発明の複合テールブーム、すなわち、その管状テールブームコーン内を覆い、外側表皮、縦の内側及び外側のキャッププライ、コア要素、及びフープ剛化要素全体の提供される配置をカバーする。好ましくは、内側表皮は、それぞれの外側表皮の厚みに等しいか又はこれよりも薄く、優先的には薄い、厚みを顕示する。
【００２０】
縦剛化要素及びフープ剛化要素によって区切られるそれぞれの表皮部分は、以下ではベイと示され、ベイは、内側及び外側の表皮によって画定される全厚みを含む。ベイ幅は、優先的には各縦剛化要素の基準幅の少なくとも２倍の大きさである。
【００２１】
縦剛化要素は、好ましくは棒状剛化要素として実装され、明瞭さのために、以下でもこのように呼ばれる。縦剛化要素は、優先的には少なくとも本質的に、それぞれのテールブーム軸に沿って縦方向に配置され、縦の曲げ剛性、したがってシェル安定性のために提供される。それらの横断面は閉じられ、したがってシェルねじり剛性を提供する。各縦剛化要素の外部表皮は、優先的には、内側部分、外側部分、及び２つの側面部分を備える。側面部分は、本発明の複合テールブームの内側表皮から構築される。内側部分は、この内側表皮及び縦の内側キャッププライから構築される。外側部分は、本発明の複合テールブームのそれぞれの外部ハルの一部であり、その外側表皮及び縦の外側キャッププライから構築される。縦剛化要素は、好ましくは、各縦剛化要素の基準幅の少なくとも３倍の大きさのピッチ距離だけ、互いに分離される。
【００２２】
好ましくは、各縦剛化要素は、関連付けられたコア要素によって画定される形状を有する。より具体的に言えば、コア要素は、優先的には、硬化中に縦剛化要素の形状を画定し、硬化後は定位置で維持される。しかしながらそれらは、単なる製造用の手段であり、好ましくは、各コア要素を包含し、それによって縦剛化要素を画定する、本発明の複合テールブームの内側及び外側の表皮に対する支持要素としては必要ない。したがって、コア要素とコア要素に接触している外側及び内側の表皮との間に、接着フィルムは存在しない。好ましくは、コア要素は発泡体から作られる。優先的には、コア要素は、フープ剛化要素が貫通できるようにするための局所凹部を備える。基礎となる凹部ジオメトリは、それぞれのフープ剛化要素横断面に応じて適合される。
【００２３】
縦の内側キャッププライは、好ましくは任意選択であり、シェル縦剛性を、したがって本発明の複合テールブームの全体曲げ剛性を提供する。加えて、それらは縦剛化要素のより大きな縦の曲げ剛性を、したがってさらなるパネル安定性を提供する。好ましくは、縦の内側キャッププライは少なくとも本質的に直線的であり、途切れることがない。縦の内側キャッププライは好ましくは任意選択であるため、一実装において、縦の内側キャッププライは使用されず、縦剛化要素の内側部分は本発明の複合テールブームの内側表皮によってのみ構築されることになる。
【００２４】
縦の外側キャッププライも、好ましくは任意選択であり、シェル縦剛性を、したがって、単一方向、且つ軸方向、すなわち本発明の複合テールブームの縦方向に配向されている場合は、本発明の複合テールブームの全体曲げ剛性を、提供する。その場合、追加として縦の外側キャッププライは、縦剛化要素のより大きな縦の曲げ剛性を提供する。縦の外側キャッププライは、各縦剛化要素の各基準での本発明の複合テールブームの外側表皮の局所安定性を向上させるために、さらに用いることができる。そのために、縦の外側キャッププライの基礎となる配向は、好ましくは縦方向に配向されないものとする。一態様によれば、それらは追加のプライを構築するように、したがって製造を簡略化するように、本発明の複合テールブームの横断面のそれぞれの周囲全体でスミアされる。
【００２５】
フープ剛化要素は、好ましくは環状剛化要素として実装され、明瞭さのために以下でもこのように呼ばれる。フープ剛化要素は、優先的には縦剛化要素の支持のために提供される。好ましくは、フープ剛化要素はモノリシックであり、縦剛化要素のそれぞれの高さの少なくとも３分の１の厚みを顕示する。フープ剛化要素の好ましいラミネート構成は、好ましくは、フープ剛化要素の大きな曲げ弾性率を提供するために、フープ方向に配向された比較的多くの９０°プライを備える。
【００２６】
サンドイッチ式設計を用いるテールブーム構造のシェル曲げ剛性は、従来は本質的にフープ及び縦の方向で同じであることに留意されたい。明白な細長比及び大きな湾曲のテールブーム構造に対面し、実際のところ、例えば、小型から中型のヘリコプタのための従来の片持ちテールブームの場合、必要な縦及びフープのシェル曲げ剛性は必ずしも同一である必要はないため、同一の縦及びフープのシェル曲げ剛性を伴うこうしたサンドイッチ設計は大き過ぎることになる。この事実は、縦及びフープ方向での必要な曲げ剛性の調整に基づく最適化に用いることができる。
【００２７】
より具体的に言えば、モノリシック、直交異方性の、圧縮荷重シリンダの安定性要件を考えると、それぞれの縦のシェル安定性は、関連付けられたシェルねじり安定性と共に、パネル安定性に関する駆動パラメータであり、したがってフープ曲げ剛性は２次適合性である。これが、明白な縦曲げ剛性、受け入れ可能なねじり剛性、及びより低いフープ剛性を特徴とする設計を導入する可能性につながる。有利なことに、適切な高さ及び間隔、すなわちピッチ距離を伴う縦剛化要素によって、比較的高い縦剛性が提供される。これらの縦剛化要素のそれぞれの横断面は閉じており、したがって適切なパネルねじり剛性が提供される。フープ剛性は、隣接するフープ剛化要素間の比較的大きな間隔によって提供される。
【００２８】
しかしながら、縦剛化要素の効率的な支持を提供するパネルの不安定性を回避するために、フープ剛化要素は、適切な所定のフープ曲げ剛性を特徴としなければならない。縦剛性が大きくなるほど、フープ剛化要素の所定のフープ曲げ剛性は小さくなり、間の間隔は大きくなり、すなわち、フープ剛化要素のピッチ距離が選択可能である。縦及びフープの剛化要素の曲げ剛性は、主にそれらの高さ、すなわち、本発明の複合テールブームの半径方向の延長部によって駆動される。
【００２９】
それぞれに交差する、相互に直交に配向される剛化要素、すなわち、縦及びフープの剛化要素のそれぞれの交差ポイントは、統合表皮補剛設計の最も重要なロケーションであり、通常はこれらの要素の中断、並びに、集中的なカット及びドレープ作業と品質の低下を伴う時間及びコストのかかる製造ステップを必要とすることに留意されたい。これらの欠点は、ピッチ距離が短く、関連付けられた縦剛化要素と高さが同じか又はそれらよりも高い、フープ剛化要素を有する場合、特に顕著である。それらの結果として、本発明の複合テールブームの縦剛化要素は、好ましくはフープ剛化要素のそれぞれの高さの少なくとも２倍、及び好ましくは３倍の高さを顕示し、これは従来のセミモノコック設計と比べて何か異なっている。
【００３０】
有利なことに、フープ剛化要素と比べて縦剛化要素の高さが比較的高いことにより、本発明の複合テールブームの縦の延長部に沿ってジョグルなしで実装される、連続した縦の内側及び外側のキャッププライを提供することが可能である。これが、本発明の複合テールブームの妨害のない主縦荷重経路及び大きな全体的剛性につながる。配置全体をカバーする本発明の複合テールブームの薄い内側表皮のみが、フープ剛化要素の各ロケーションでわずかな縦のジョグルを顕示し得る。
【００３１】
フープ剛化要素は、好ましくは適切な厚み及び適切なラミネート構成のモノリシックリングである。それらの曲げ剛性は、それらの幅、それらの高さ、及び大きな９０°プライコンテンツ、すなわち、フープ剛化要素に関して円周方向に配向された単一方向プライを伴うラミネートの結果である。フープ剛化要素の高さを最小限に維持するという事実が、フープ及び縦の剛化要素の交差部の単純な設計に、したがって製造の簡略化及び品質の向上につながる。有利なことに、本発明の複合テールブームの曲げモーメント対横断面湾曲の比率が低い場合、その安定性のためには、約３ｍｍのフープ剛化要素厚みを提供すれば十分である。フープ剛化要素のモノリシック設計は、結果として、構造重さをわずかに増加させる可能性があり、これは、異なって設置されるフレームと比較した場合のコスト及び組み立ての節約に対して評価されなければならない。
【００３２】
一態様によれば、本発明の複合テールブームのシェルの設計は最重要ではなく、すなわち、設計の最大荷重までは安定性の損失がない。これは、発生する座屈後レジームが不具合のマイナス効果及び過度の緊張につながる可能性があるため、有利であるとみなされる。しかしながら、ベイ表皮の座屈を回避することで、部材を崩壊まで曲げる際に、本発明の複合テールブームの内側及び外側の表皮全体を有効にすることができる。これらの適用例の場合、不可避の重みペナルティはわずかであるとみなされる。それにもかかわらず、明白な損傷の場合、離散設計は依然として荷重の再配分を可能にし、これはモノコック設計に比べて重要な優位性を表す。
【００３３】
好ましい実施形態によれば、複数の環状剛化要素のうちの少なくとも１つの関連付けられた厚みは、複数の棒状剛化要素のうちの少なくとも１つの関連付けられた厚みの少なくとも３分の１である。
【００３４】
さらなる好ましい実施形態によれば、複数の棒状剛化要素のうちの各２つの棒状剛化要素は、管状テールブームコーンのフープ方向に第１の所定の距離だけ互いに間隔を空けられ、複数の環状剛化要素のうちの各２つの環状剛化要素は、管状テールブームコーンの縦方向に第２の所定の距離だけ互いに間隔を空けられ、第１の所定の距離は第２の所定の距離よりも短い。
【００３５】
さらなる好ましい実施形態によれば、第１の所定の距離は、第２の所定の距離の少なくとも５分の１である。
【００３６】
さらなる好ましい実施形態によれば、複数の棒状剛化要素のうちの各２つの棒状剛化要素は、管状テールブームコーンのフープ方向に、複数の棒状剛化要素のうちの各々の所定の基準幅の少なくとも２倍である所定の距離だけ、互いに間隔を空けられる。
【００３７】
さらなる好ましい実施形態によれば、複数の環状剛化要素は外側表皮に取り付けられる。
【００３８】
さらなる好ましい実施形態によれば、複数の棒状剛化要素は、複数の環状剛化要素及び外側表皮に取り付けられる。
【００３９】
さらなる好ましい実施形態によれば、複数の棒状剛化要素は、複数の環状剛化要素を収容するための収容溝を備える。
【００４０】
さらなる好ましい実施形態によれば、複数の棒状剛化要素のうちの各々に、棒状剛化要素と内側表皮との間に配置される関連付けられた内側キャッププライが提供される。
【００４１】
さらなる好ましい実施形態によれば、複数の棒状剛化要素のうちの各々に、棒状剛化要素と外側表皮との間に配置される関連付けられた外側キャッププライが提供される。
【００４２】
さらなる好ましい実施形態によれば、関連付けられた外側キャッププライは、複数の環状剛化要素のうちの各々と外側表皮との間に少なくとも部分的に配置される。
【００４３】
さらなる好ましい実施形態によれば、複数の棒状剛化要素のうちの各々の関連付けられた基準幅は、複数の環状剛化要素のうちの各々の関連付けられた幅に少なくとも近似的に等しい。
【００４４】
さらなる好ましい実施形態によれば、複数の棒状剛化要素のうちの少なくとも１つは、台形の横断面を備える。
【００４５】
さらなる好ましい実施形態によれば、外側表皮は内側表皮よりも薄い。
【００４６】
本発明は、外側表皮及び内側表皮を伴う管状テールブームコーンを少なくとも部分的に備える複合テールブームを伴う航空機をさらに提供し、内側表皮は複合テールブームの中空内部を区切る。複数の棒状剛化要素及び複数の環状剛化要素は、外側表皮と内側表皮との間に配置される。複数の棒状剛化要素は複合テールブームの縦方向に配向され、複数の環状剛化要素は管状テールブームコーン内に縦方向に沿って分散される。複数の環状剛化要素のうちの少なくとも１つは、複数の棒状剛化要素のうちの少なくとも１つの管状テールブームコーンの半径方向の関連付けられた厚みよりも小さい、管状テールブームコーンの半径方向の関連付けられた厚みを備える。
【００４７】
本発明の好ましい実施形態を、添付の図面を参照しながら以下の説明で例として概説する。これらの添付の図面において、同一の又は同一に機能するコンポーネント及び要素は、同一の参照番号及び文字でラベル付けされており、したがって以下の説明では一度だけ説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に従った複合テールブームを伴うヘリコプタを示す側面図である。
【図２】図１の複合テールブームの一部を示す斜視図である。
【図３】図２の複合テールブームの拡大細部を示す図である。
【図４】図２の複合テールブームの一部の下部シェルを示す分解図である。
【図５】内側表皮なしの図３の複合テールブームの拡大細部を示す図である。
【図６】図２の複合テールブームの一部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図１は、回転翼航空機として、及びより具体的にはヘリコプタとして例示的に示された、航空機１を示す。したがって、単純且つ明瞭にするために、航空機１は以下では「ヘリコプタ」１と呼ぶ。
【００５０】
例示的に、ヘリコプタ１は、着陸装置１ｆに接続され、キャビン２ａ及び後部胴体２ｂを画定する、胴体２を備える。後部胴体２ｂは縦の延長方向１ｇを有するテールブーム３に接続され、縦の延長方向１ｇは、ヘリコプタ１に固有のヘリコプタのロール軸に対応し、以下では単純且つ明瞭にするために「ロール軸１ｇ」と呼ぶ。ヘリコプタ１はさらに、高さ方向１ｈを有するものと示され、高さ方向１ｈはヘリコプタのヨー軸に対応し、以下では単純且つ明瞭にするために「ヨー軸１ｈ」と呼ぶ。好ましくは、ヘリコプタ１はヨー軸１ｈ及びロール軸１ｇを中心に対称である。
【００５１】
ヘリコプタ１はさらに、動作時に上昇及び前方又は後方の推力を提供するための、少なくとも１つのマルチブレード型主ロータ１ａを備える。少なくとも１つのマルチブレード型主ロータ１ａは、関連付けられたロータヘッド１ｄで、ヘリコプタ１の動作時に関連付けられたロータ軸を中心に回転するロータシャフト１ｅに取り付けられる、複数のロータブレード１ｂ、１ｃを備える。
【００５２】
例を挙げると、ヘリコプタ１は、動作時に逆トルクを提供するように、すなわち、ヨーに関してヘリコプタ１の平衡を保つ目的で少なくとも１つのマルチブレード型主ロータ１ａの回転によって生成されるトルクに逆らうように構成された、少なくとも１つの優先的に覆われた逆トルクデバイス４を、さらに備える。少なくとも１つの逆トルクデバイス４は、例示的にテールブーム３の後方セクションに提供されており、好ましくはテールロータ４ａを備える。テールブーム３の後方セクションは、好ましくはさらにフィン５を備える。例示的に、テールブーム３には好適な水平安定装置３ａも提供される。
【００５３】
一態様によれば、テールブーム３は複合テールブームであり、すなわち、複合材料を備え、好ましくは少なくとも本質的に複合材料から製造される、テールブームである。例示的に、複合テールブーム３は、好ましくは、優先的にはヘリコプタ１のロール軸１ｇに対して少なくとも本質的に平行に配向される、スリムビーム要素として実装され、好ましくは管状であるテールブームコーン３ｂを少なくとも部分的に備える。言い換えれば、複合テールブーム３は、優先的にはほぼ円形の横断面を伴う閉構造である。
【００５４】
複合テールブーム３は、好ましくは胴体２に接続され、より具体的には、インターフェース面６ａで、複合テールブーム３に提供される関連付けられた接続インターフェース６を用いて、後部胴体２ｂに接続される。インターフェース面６ａは、好ましくは後部胴体２ｂによって画定される。しかしながら、関連付けられたインターフェース面６ａの好適な実装は当業者に周知であり、したがって、簡潔且つ簡明にするためにこれ以上詳細には説明しないことに留意されたい。さらに、関連付けられた接続インターフェース６を実装する好適な接続インターフェースも同様に当業者に周知であるため、簡潔且つ簡明にするためにこれ以上詳細には説明しない。
【００５５】
一態様によれば、複合テールブーム３は、セミモノコック構造の統合表皮補剛複合テールブームとして実装される。セミモノコック構造３におけるこの統合表皮補剛複合テールブームのセクション７を、以下で詳細に例示的且つ代表的に説明する。
【００５６】
図２は、管状テールブームコーン３ｂを少なくとも部分的に備える、図１の複合テールブーム３のセクション７を示す。一態様によれば、管状テールブームコーン３ｂ、及びしたがってより一般的には複合テールブーム３は、外側表皮８及び内側表皮９を備える。内側表皮９は、好ましくは管状テールブームコーン３ｂ、すなわち複合テールブーム３の、中空内部３ｃを区切り、例示的にフープ方向３ｄ及び半径方向３ｅで示されている。外側表皮８は、好ましくは内側表皮９よりも薄い。
【００５７】
一態様によれば、複数の棒状剛化要素１０及び複数の環状剛化要素１１が、外側表皮８と内側表皮９との間に配置される。複数の棒状剛化要素１０のうちの各々と複数の環状剛化要素１１のうちの各々は、好ましくは、関連付けられた剛化要素交差部で互いに交差する。しかしながら、図面を単純且つ明瞭にするために、単一の剛化要素交差部のみに参照記号「１３」がラベル付けされていることに留意されたい。図面を単純且つ明瞭にするために、複数の棒状剛化要素１０のうちの４つの棒状剛化要素のみに参照記号「１０」が個別にラベル付けされており、複数の環状剛化要素１１のうちの２つの環状剛化要素のみに参照記号「１１」が個別にラベル付けされていることに、さらに留意されたい。
【００５８】
複数の棒状剛化要素１０は、好ましくは、複合テールブーム３の図１の縦方向１ｇに、すなわち、優先的には少なくとも本質的に図１のロール軸１ｇに平行に配向され、したがって、本明細書では複数の「縦剛化要素」とも呼ばれる。複数の環状剛化要素１１は、好ましくは、複合テールブーム３の図１の縦方向１ｇに沿って、すなわち図１のロール軸１ｇに沿って、管状テールブームコーン３ｂ内に分散され、それらの環状に起因して本明細書では複数の「フープ剛化要素」とも呼ばれる。
【００５９】
好ましくは、複数の棒状剛化要素１０のうちの各２つの棒状剛化要素１０は、フープ方向３ｄに所定の棒状剛化要素距離１０ａだけ互いに間隔を空けられる。さらに、複数の環状剛化要素１１のうちの各２つの環状剛化要素１１は、複合テールブーム３、すなわち管状テールブームコーン３ｂの、図１の縦方向１ｇに、所定の環状剛化要素距離１１ａだけ互いに間隔を空けられる。
【００６０】
一態様によれば、所定の棒状剛化要素距離１０ａは、所定の環状剛化要素距離１１ａよりも短い。好ましくは、棒状剛化要素距離１０ａは、所定の環状剛化要素距離１１ａの少なくとも５分の１である。
【００６１】
例示的に、棒状剛化要素１０及び環状剛化要素１１は、以下で「ベイ１２」と呼ばれる、それぞれの表皮部分１２を区切る。こうした各ベイ１２は、好ましくは半径方向３ｅに、外側表皮及び内側表皮８、９のそれぞれの厚みによって画定される全厚みを備える。
【００６２】
図３は、図２の外側表皮８と内側表皮９との間の、棒状剛化要素１０及び環状剛化要素１１の配置をさらに示すために、図１及び図２の複合テールブーム３の拡大細部を示す。図３は、棒状剛化要素１０及び環状剛化要素１１によって区切られた、図２のベイ１２もさらに示す。
【００６３】
一態様によれば、複数の棒状剛化要素１０のうちの少なくとも１つ、好ましくは各々が、台形の横断面を備える。例示的に、各棒状剛化要素１０は、台形の横断面を画定する、側部壁１０ｂ、内側壁１０ｃ、及び外側壁１０ｄによって画定される。好ましくは、関連付けられたコア要素１０ｅが、側部壁１０ｂ、内側壁１０ｃ、及び外側壁１０ｄの間に配置される。関連付けられたコア要素１０ｅは、優先的には発泡体から作られる。
【００６４】
図４は、複合テールブーム３の例示的セミモノコック実現を示すための、図１及び図２の複合テールブーム３の下部セミシェルを示す。より具体的には、前述のように、複合テールブーム３は好ましくはセミモノコック構造の統合表皮補剛複合テールブームとして実装される。このセミモノコック構造は、例えば、複合テールブーム３を構築するために互いに取り付けられる、下部及び上部のセミシェルを用いて実装される。言い換えれば、上部セミシェルは、図４に示される下部セミシェルと同様に構築した後、下部セミシェルに取り付けることが可能であり、両方が共に図１の管状テールブームコーン３ｂを画定することになる。
【００６５】
前述のように、図２の棒状剛化要素１０及び図２の環状剛化要素１１は、図２の外側表皮８と内側表皮９との間に配置される。一態様によれば、初期に、複数の環状剛化要素１１、すなわち、それぞれの環状補剛材コア１１ｂ、及びより具体的にはセミ環状補剛材コア１１ｂが、外側表皮８に取り付けられる。さらに、図２の複数の棒状剛化要素１０、すなわち図３の関連付けられたコア要素１０ｅは、好ましくは複数の環状剛化要素１１に、すなわちそれぞれの環状補剛材コア１１ｂ、及びより具体的には、セミ環状補剛材コア１１ｂ及び外側表皮８に取り付けられる。こうした配置を可能にするために、複数の棒状剛化要素１０、すなわち関連付けられたコア要素１０ｅは、好ましくは、複数の環状剛化要素１１、すなわちそれぞれの環状補剛材コア１１ｂ、及びより具体的にはセミ環状補剛材コア１１ｂを収容するための、収容溝１４を備える。続いて、内側表皮９は、複数の棒状剛化要素１０、すなわち関連付けられたコア要素１０ｅ、複数の環状剛化要素１１、すなわちそれぞれの環状補剛材コア１１ｂ、及びより具体的にはセミ環状補剛材コア１１ｂ、及び外側表皮８上に、取り付けられる。
【００６６】
一態様によれば、図２の複数の棒状剛化要素１０の各々、すなわち、図３の関連付けられたコア要素１０ｅの各々に、棒状剛化要素１０、すなわち関連付けられたコア要素１０ｅと、外側表皮８との間に配置される、関連付けられた外側キャッププライ１５が提供される。好ましくは、関連付けられた外側キャッププライ１５は、複数の環状剛化要素１１の各々、すなわちそれぞれの環状補剛材コア１１ｂの各々、及びより具体的にはセミ環状補剛材コア１１ｂの各々と、外側表皮８との間に、少なくとも部分的に配置される。しかしながら、関連付けられた外側キャッププライ１５は単なる任意選択であり、それらの使用も同様に省略可能であることに留意されたい。
【００６７】
別の態様によれば、図２の複数の棒状剛化要素１０の各々、すなわち図３の関連付けられたコア要素１０ｅの各々に、棒状剛化要素１０、すなわち関連付けられたコア要素１０ｅと、内側表皮９との間に配置される、関連付けられた内側キャッププライ１６が提供される。しかしながら、関連付けられた内側キャッププライ１６は単なる任意選択であり、それらの使用も同様に省略可能であることに留意されたい。
【００６８】
図５は、図３の複数の棒状剛化要素１０内、すなわち図４の関連付けられたコア要素１０ｅ内に提供される、図４の収容溝１４をさらに示すための、内側表皮９なしの図３の複合テールブーム３を示す。さらに図５は、図３の外側表皮８上、及び棒状剛化要素１０、すなわち関連付けられたコア要素１０ｅの収容溝１４内での、図３の環状剛化要素１１、すなわち図４のそれぞれの環状補剛材コア１１ｂの各々、及び具体的には、図４のセミ環状補剛材コア１１ｂの各々の、配置を示す。さらに図５は、棒状剛化要素１０及び環状剛化要素１１によって区切られる、図３のベイ１２を示す。最終的に、図５は、複数の棒状剛化要素１０の関連付けられたコア要素１０ｅ上での、関連付けられた外側及び内側のキャッププライ１５、１６の任意選択の配置も示す。
【００６９】
図２を参照しながら上記で説明したように、複数の棒状剛化要素１０の各２つの棒状剛化要素１０は、図２のフープ方向３ｄに図２の所定の距離１０ａだけ、互いに間隔を空けられる。所定の距離１０ａは、例示的にベイ１２の各々のそれぞれのベイ幅１２ａに対応し、好ましくは、複数の棒状剛化要素１０の各々の所定の基準幅１０ｆの少なくとも２倍である。この所定の基準幅１０ｆは、好ましくはさらに、複数の環状剛化要素１１のうちの各々の関連付けられた幅１１ｃに少なくとも近似的に等しい。
【００７０】
図６は、図３の外側表皮８上、及び、図３の棒状剛化要素１０、すなわち図３の関連付けられたコア要素１０ｅの、図４の収容溝１４内での、図３の環状剛化要素１１、すなわち図４のそれぞれの環状補剛材コア１１ｂのうちの各々、及びより具体的には、図４のセミ環状補剛材コア１１ｂのうちの各々の、配置をさらに示すための、図３の複合テールブーム３を示す。図６は、環状剛化要素１１が棒状剛化要素１０と交差する、図２の例示的剛化要素交差部１３をさらに示す。
【００７１】
一態様によれば、複数の環状剛化要素１１のうちの少なくとも１つ、及び好ましくはそのうちの各々は、複合テールブーム３、すなわち図１の管状テールブームコーン３ｂの、図２の半径方向３ｅの環状剛化要素厚み１１ｄを備える。優先的には、環状剛化要素厚み１１ｄは、複数の棒状剛化要素１０のうちの少なくとも１つ、及び好ましくはそのうちの各々の、半径方向３ｅの棒状剛化要素厚み１０ｇよりも小さい。好ましくは、環状剛化要素厚み１１ｄは、棒状剛化要素厚み１０ｇの少なくとも３分の１である。
【００７２】
前述の実施形態に対する修正は当業者の一般知識の範囲内にあり、したがって本発明の一部であるともみなされることに留意されたい。特に、好ましくは、セミモノコック構造の統合表皮補剛複合テールブームとして実装される、図１から図６に従った本発明の複合テールブーム３は、回転翼航空機、すなわち図１のヘリコプタ１における適用例に関して、単に例示的且つ説明的に図示及び説明されることに留意されたい。しかしながら、本発明の複合テールブームは、他の航空機、特に固定翼航空機における適用例にも同様に適合可能である。こうした適合は、回転翼航空機のためのセミモノコック構造の統合表皮補剛複合テールブームに関して説明される前述の教示を、固定翼航空機のためのセミモノコック構造の統合表皮補剛複合テールブームに簡単に適用し得る、当業者の一般知識の範囲内にある。
【符号の説明】
【００７３】
１  ヘリコプタ
１ａ  マルチブレード主ロータ
１ｂ、１ｃ  ロータブレード
１ｄ  ロータヘッド
１ｅ  ロータシャフト
１ｆ  着陸装置
１ｇ  ロール軸
１ｈ  ヨー軸
２  胴体
２ａ  キャビン
２ｂ  後部胴体
３  テールブーム
３ａ  水平安定装置
３ｂ  テールブームコーン
３ｃ  テールブームコーン中空内部
３ｄ  テールブームコーンフープ方向
３ｅ  テールブームコーン半径方向
４  逆トルクデバイス
４ａ  テールロータ
５  フィン
６  テールブームと後部胴体との間の接続インターフェース
６ａ  インターフェース面
７  テールブームセクション
８  テールブーム外側表皮
９  テールブーム内側表皮
１０  棒状剛化要素
１０ａ  棒状剛化要素距離
１０ｂ  側部棒状剛化要素壁
１０ｃ  内側棒状剛化要素壁
１０ｄ  外側棒状剛化要素壁
１０ｅ  棒状補剛材コア
１０ｆ  棒状補剛材コア基準幅
１０ｇ  棒状補剛材コア厚み
１１  環状剛化要素
１１ａ  環状剛化要素距離
１１ｂ  環状補剛材コア
１１ｃ  環状補剛材コア幅
１１ｄ  環状補剛材コア厚み
１２  ベイ
１２ａ  ベイ幅
１３  剛化要素交差部
１４  環状補剛材コア収容溝
１５  外側キャッププライ
１６  内側キャッププライ
【図１】
2018012493.tif 000003
【図２】
2018012493.tif 000004
【図３】
2018012493.tif 000005
【図４】
2018012493.tif 000006
【図５】
2018012493.tif 000007
【図６】
2018012493.tif 000008
【外国語明細書】
2018012493000001.pdf