(57)【要約】      （修正有）【課題】ビークルで使用するための複合材圧力隔壁、及びこのような複合材圧力隔壁を製造する方法を提供する。【解決手段】圧力隔壁１０では、複合繊維材料内で単一方向で配置された一方向繊維を有する複合繊維材料の複数の層が利用される。圧力隔壁では、従来なかった半径方向及び周方向の補強部材２２，２８が複合材積層板３０に組み込まれ、半径方向補強部材２２が主要荷重経路の方向と整列させられる。半径方向及び周方向の補強部材は、複合繊維材料の全層の間に介在する。圧力隔壁を製造する関連方法は、圧力隔壁の各層を形成し、且つ一体型補強材及び一方向繊維を各層で不連続的に配向するために自動繊維配置装置を使用することを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力隔壁であって、
複合繊維材料内で単一方向に配置された一方向繊維を有する前記複合繊維材料の複数の層を備えており、前記複数の層が、
前記複合繊維材料の２つ以上の全層、
前記全層の間に介在し且つ複数の曲線状ティアストラップを備えた周方向補強材層、及び
前記全層の間に介在し且つ前記圧力隔壁の外周に向かって前記圧力隔壁の中央部分から半径方向に延在する複数の補強材を備えた半径方向補強材層
を含む、圧力隔壁。
【請求項２】
前記曲線状ティアストラップが、完全な円、部分的な円、完全な楕円、部分的な楕円、完全な長円、及び部分的な長円からなる群より選択された曲線形状を有する、請求項１に記載の圧力隔壁。
【請求項３】
前記曲線状ティアストラップが、概して前記圧力隔壁の前記中央部分の周りに位置付けされている、請求項２に記載の圧力隔壁。
【請求項４】
前記半径方向補強材層における前記補強材の前記一方向繊維が、互いに対して概して平行であり、前記圧力隔壁における主要荷重経路の方向に整列されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の圧力隔壁。
【請求項５】
前記半径方向補強材層における前記補強材が、一定の角度増分で位置付けされている、請求項１から４のいずれか一項に記載の圧力隔壁。
【請求項６】
前記半径方向補強材層における前記補強材が、一貫性のない角度増分で位置付けされている、請求項１から５のいずれか一項に記載の圧力隔壁。
【請求項７】
前記曲線状ティアストラップにおける前記一方向繊維が、概して前記圧力隔壁の前記中央部分の周りで同じ方向に延在するように配置されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の圧力隔壁。
【請求項８】
前記周方向補強材層における前記曲線状ティアストラップのうちの１つが、前記圧力隔壁の前記外周の近くでエッジバンドを形成している、請求項１から７のいずれか一項に記載の圧力隔壁。
【請求項９】
前記全層の間に介在するエッジバンド層をさらに備えており、前記エッジバンド層が、前記圧力隔壁の前記外周の近くに位置付けされ且つ前記圧力隔壁の前記外周の周りで周方向に延在する一方向繊維を有するエッジバンドを備えている、請求項１から８のいずれか一項に記載の圧力隔壁。
【請求項１０】
前記全層の間に介在するエッジバンド層をさらに備えており、前記エッジバンド層が、前記圧力隔壁の前記外周の近くに位置付けされたエッジバンドであって、互いに対して概して平行に延在し且つ前記圧力隔壁において配向角で位置付けされた一方向繊維を有するエッジバンドを備えている、請求項１から９のいずれか一項に記載の圧力隔壁。
【請求項１１】
前記全層のうちの１つ又は複数が、前記周方向補強材層と前記半径方向補強材層との間に位置付けされている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の圧力隔壁。
【請求項１２】
複合繊維材料内で一方向繊維を有する前記複合繊維材料の複数の層を備えた圧力隔壁を製造する方法であって、
前記複合繊維材料の第１の全層を形成するために前記複合繊維材料を隣接する列で繊維配置するステップ、
周方向補強材層を形成するために前記複合繊維材料を備えた複数の曲線状ティアストラップを前記第１の全層上に繊維配置するステップ、
前記複合繊維材料を備えた複数の補強材を前記第１の全層上に繊維配置するステップであって、前記複数の補強材が、半径方向補強材層を形成するために前記第１の全層の外周に向かって中央部分から半径方向に延在する、繊維配置するステップ、及び
前記周方向補強材層及び前記半径方向補強材層が前記第１の全層と第２の全層との間で介在するように、前記複合繊維材料の前記第２の全層を前記周方向補強材層及び前記半径方向補強材層の上に繊維配置するステップ
を含む方法。
【請求項１３】
前記半径方向補強材層における前記補強材における前記一方向繊維を前記圧力隔壁における主要荷重経路の方向に整列させるステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記半径方向補強材層における前記補強材を一定の角度増分で配置するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記半径方向補強材層における前記補強材を一貫性のない角度増分で配置するステップをさらに含む、請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記曲線状ティアストラップが、前記中央部分の周りで部分的な又は完全な曲線形状を形成する、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記一方向繊維が同じ方向で回転するように、前記ティアストラップにおける前記一方向繊維を配置するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ティアストラップのうちの１つを用いて、前記圧力隔壁の前記外周の近くにエッジバンドを形成するステップをさらに含む、請求項１２から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の全層と前記第２の全層との間にエッジバンド層を繊維配置するステップをさらに含んでおり、前記エッジバンド層が、前記圧力隔壁の前記外周の近くに位置付けされ且つ前記圧力隔壁の前記中央部分の周りで延在する一方向繊維を有するエッジバンドを備えている、請求項１２から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記周方向補強材層と前記半径方向補強材層との間に第３の全層を繊維配置するステップをさらに含む、請求項１２から１９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、概して、圧力隔壁に関し、より具体的には、ビークルで使用するための複合材圧力隔壁、及びこのような複合材圧力隔壁を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力隔壁は、与圧コンパートメントを非与圧コンパートメントから分離し、加圧によってビークルにかかる歪み及び荷重を支持するのに十分な構造的強度をもたらすために航空機などのビークルで使用される。ある典型的な用途では、圧力隔壁は、航空機胴体の中に備え付けられ、航空機の外板に取り付けられる。多くの圧力隔壁は、湾曲した又はドーム状の表面を有する、部分的に球状の又は実質的に球状の形状を有する。このような隔壁は、ドーム状表面の凹面（又は内曲面）が与圧コンパートメントに対向し、ドーム状表面の凸面（又は外曲面）が非与圧コンパートメントに対向する状態で航空機胴体の中に備え付けられる。
【０００３】
従来の圧力隔壁のデザインは、ドーム状表面を形成するウェブに機械的に締結、共接合、又は共硬化された金属又は複合材の補強部材（又は補強材）を利用しており、通常、複数のセクション及び部分から構成される。ボルト締め、共接合、及び共硬化は、圧力隔壁の開発及び製造工程に対してコスト、労働力、及び滞留時間の増加をもたらし、結果として重たくて複雑な圧力隔壁のデザインとなることが多い。手作業による格子状パターンを有する複合材レイアップを用いる他のデザインは、固有の構造的非効率性をもつようになる。
【０００４】
したがって、ビークル内の与圧コンパートメントの荷重及び歪みの要件を満たすために、比較的単純な構造と十分な構造的強度を有する軽量で低コストな圧力隔壁を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【０００５】
上記の目的及びその他の目的は、圧力隔壁が実装されたビークルにおける主要荷重経路の方向と整列した複合材の補強部材を有する圧力隔壁を形成するために、複合材積層板の製造中に複合材積層板の中で従来なかった方向で延在する半径方向補強部材と周方向補強部材とを一体化させることにより、達成される。この場合、半径方向補強部材及び周方向補強部材は、両方とも一方向繊維を有する。複合材の補強部材における一方向繊維は、繊維を所望する方向に向ける自動繊維配置装置を用いて、主要荷重経路の方向と不連続に配向される。複合材積層板の製造中に複合材積層板の中で不連続に配向された補強部材を一体化させることにより、二次補強要素の必要がなくなり、積層状態で圧力隔壁が完成するので、製造時間とコストが減少する。さらに、半径方向補強部材の従来なかった方向性により、圧力隔壁の強度が調整され、重量が減少する。
【０００６】
本明細書で開示された実施形態は、複合繊維材料内で単一方向で配置された一方向繊維を有する複合繊維材料を有する複数の層を備えた圧力隔壁を提供する。複数の層は、複合繊維材料の２つ以上の全層を備えている。各全層における一方向繊維は、互いに対して概して平行であり、圧力隔壁において配向角で位置付けされている。全層のうちの１つにおける一方向繊維の配向角は、他の少なくとも１つの全層における一方向繊維の配向角とは異なる。周方向補強材層は、全層の間に介在し、曲線形状（例えば、完全に又は部分的に円形、長円形、又は楕円形）を有する複数の曲線状ティアストラップ（ｔｅａｒｓｔｒａｐ）を備えている。半径方向補強材層は、全層の間に介在し、圧力隔壁の外周に向かって圧力隔壁の中央部分から半径方向に延在する複数の補強材を備えている。半径方向補強材層におけるそれぞれの補強材における一方向繊維は、互いに対して概して平行であり、圧力隔壁における主要荷重経路の方向に整列されている。
【０００７】
本実施形態は、一体的且つ不連続に配向された補強部材で圧力隔壁を製造する方法をさらに開示する。複合繊維材料内で単一方向に配置された一方向繊維を有する複合繊維材料は、複合繊維材料の第１の全層を形成するために隣接する列で繊維配置される。複合繊維材料を備えた複数の曲線状ティアストラップは、第１の全層上に繊維配置され、周方向補強材層を形成するために曲線状（例えば、部分的又は完全に円形、長円形、又は楕円形）にトウが方向づけられる。複合繊維材料を備えた複数の補強材は、複数の補強材が、半径方向補強材層を形成するために第１の全層の外周に向かって圧力隔壁の中央部分から半径方向に延在するように、第１の全層又は周方向補強材層の上に繊維配置される。半径方向補強材層におけるそれぞれの補強材における一方向繊維は、圧力隔壁における主要荷重経路の方向に整列されている。複合繊維材料の第２の全層は、周方向補強材層及び半径方向補強材層が、第１の全層と第２の全層との間に介在するように、周方向補強材層及び半径方向補強材層の上に繊維配置される。
【０００８】
この方法の代替的な実施形態では、半径方向補強材層が全層上に積層され、周方向補強材層が半径方向補強材層の上部に積層されてもよく、或いは、３つ目以上の全層が半径方向補強材層と周方向補強材層との間に積層されてよい。
【０００９】
外板、及び外周の周りで外板に取り付けられた本明細書で開示された複合材圧力隔壁を有する胴体を備えた航空機がさらに開示されている。
【００１０】
本開示の様々な実施形態のその他の目的、特徴、及び利点は、添付の図面を参照して、以下の詳細な記載で説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
前述の特徴、機能、及び利点は、様々な実施形態において個別に実施することが可能であるか、又はさらに別の実施形態において組み合わせることが可能である。先述の態様及び他の態様を示すために、図面を参照して、様々な実施形態が以下で説明される。
【００１２】
【図１】航空機に装着された状態で示された、開示された複合材圧力隔壁の概略斜視図である。
【図２】航空機胴体のセクションに装着された状態で示された、与圧側から見た図１の複合材圧力隔壁の斜視図である。
【図３】与圧側から見た図１の複合材圧力隔壁の正面図である。
【図４Ａ】本開示に係る複合材圧力隔壁の別の実施形態の正面図を示す。
【図４Ｂ】本開示に係る複合材隔壁のさらに別の実施形態の正面図を示す。
【図５】圧力隔壁を形成する構成複合材層を示す、本開示に係る複合材圧力隔壁の分解図を示す。
【図６】全層における一方向繊維の配向角を示す複合材圧力隔壁の別の分解図を示す。
【図７】圧力隔壁の製造に使用され得る、平行な一方向繊維を有するトウの形態の複合繊維材料を示す。
【図８】画定された経路に向けられた一方向繊維を有する湾曲したトウの形態の複合繊維材料を示す。
【図９】本開示に係る圧力隔壁の製造に使用され得るドーム状レイアップツールを示す。
【図１０】本開示に係る圧力隔壁に使用され得る全層を示す。
【図１１】本開示に係る圧力隔壁におけるエッジバンドの一部を示す。
【図１２】様々な実施形態における部分的エッジバンド層を示す。
【図１３】本開示に係る圧力隔壁の製造のための例示的な方法のフロー図である。
【００１３】
以下で図を参照するが、異なる図中の類似の要素には、同一の参照番号が付される。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面、特に図１及び図２を参照すると、開示された複合材圧力隔壁１０は、凹面（又は内曲面）１３及び凸面（又は外曲面）１５を有するドーム状表面１１を有するディスクの形態である。圧力隔壁１０は、与圧胴体内部１６（例えば、与圧された客室及び／又は貨物エリア）を非与圧胴体内部１８から分離するため、航空機１２などのビークルの内部（例えば、航空機１２の胴体１４の内部）に配置するように成形される。圧力隔壁１０の形状は、胴体１４の断面形状により決定され、したがって、圧力隔壁１０の設計対象であるビークルの種類に応じて変わる。圧力隔壁１０は、航空機１２の胴体の長手方向軸Ａに沿ってシフトしないように、任意の従来の取付方法を用いて、圧力隔壁１０の外周２６の周りで胴体外板２０に取り付けられ得る。ドーム状表面１１の凹面１３は、与圧胴体内部１６に対向し、ドーム状表面１１の凸面１５は、非与圧胴体内部１８に対向する。
【００１５】
複合材圧力隔壁１０の様々な実施形態が、本開示の基本原則を例示するために例示的な航空機１２を参照しながら説明されているが、当業者であれば、本開示は、他の類似する用途又は環境及び／又は例示的な実施形態の他の類似する又は均等な用途で実施することができることを認識するであろう。例えば、他の種類の航空機、宇宙船、再突入機、軌道周回宇宙ステーション、陸上ビークル、潜水艦などの水中ビークルのような他の種類のビークルが開示された圧力隔壁１０を利用し得る。さらに、本開示の分野で当業者によく知られている方法、手順、構成要素、又は機能は、本明細書では詳細に記載されていないことに留意するべきである。
【００１６】
図２から図４で示されているように、圧力隔壁１０は、圧力隔壁１０内で一体的に形成され、且つ圧力隔壁１０の外周２６に向けて中央部分２４から半径方向に延在する複数の半径方向補強材２２、圧力隔壁１０内で一体的に形成され、且つ圧力隔壁１０の中央部分２４の周りに概して位置付けされた複数の曲線状ティアストラップ２８、及びすべて複合繊維材料４６から作製されたウェブ３０を含む。図５及び図６を参照して以下で説明されるように、圧力隔壁１０は、複合繊維材料４６の２つ以上の全層４０、全層４０の間に介在する曲線状ティアストラップ２８を備えた少なくとも１つの周方向補強材層４２、及び全層４０の間に介在する半径方向補強材２２を備えた少なくとも１つの半径方向補強材層４４を含む複合繊維材料４６の複数の層を備えている。他の実施形態では、１つ又は複数の全層４０は、少なくとも１つの半径方向補強材層４４と周方向補強材層４２との間に介在する。
【００１７】
複合繊維材料４６は、樹脂と、組み合わされた一方向繊維４８又はバインダーで共に保持された一方向繊維４８からなる乾燥繊維材料形態とを有する予含浸テープの形態の航空宇宙級複合材で使用される任意の材料系であり得る。使用され得るトウ又はテープ５０の形態の複合繊維材料４６が図７で示される。一方向繊維４８は、複合繊維材料４６内で単一方向で配置され、概して互いに対して平行である。強度をもたらし、好ましくは軽量である任意の種類の繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、又は似たような技術用繊維を含めて、使用され得る。使用可能な航空宇宙級複合材の典型的な樹脂には、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、ビスマレイミド（ＢＭＩ）樹脂、ポリイミド樹脂、又は似たような樹脂が含まれる。
【００１８】
複合繊維材料４６は、２分の１インチ、４分の１インチ、又は８分の１インチの狭い幅を有するトウ又はテープ５０と、複合繊維材料を通って長手方向に延在する一方向繊維４８とを形成するために切れ目を入れられるのが好ましい。一実施形態では、例えば、複合繊維材料４６は、Ｔｏｒａｙ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  Ｉｎｃ．（米国ワシントン州タコマ市）から入手可能なＴ８００Ｓ繊維３９００シリーズ樹脂一方向性スリットテープトウ、Ｈｅｘｃｅｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（コネチカット州スタンフォード市）から入手可能なＨｅｘｃｅｌ  ８５５２  ＩＭ７一方向性プリプレグ、又はその他の類似製品のような、４分の１インチ及び８分の１インチの幅を有するトウに細長く切られた、予め含浸された炭素繊維エポキシ熱硬化性樹脂を含む。他の実施形態では、複合繊維材料４６は、Ｃｙｔｅｃ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，  Ｉｎｃ．（ニュージャージー州ウッドランド）のＡＰＣ−２  ＰＥＥＫ／ＩＭ７又はＡＰＣ  ＰＥＫＫ／ＩＭ７製品のような、整列して連続的な一方向性の繊維補強性を有する、通常ＰＥＥＫと呼ばれるポリエーテルエーテルケトン又は通常ＰＥＫＫと呼ばれるポリエーテルケトンケトンの熱可塑性マトリックスを含む熱可塑性ポリマー系を含む。他の実施形態では、複合繊維材料４６は、ＣＹＣＯＭ７７２０バインダーコーティングユニテープ又はＣＹＣＯＭ５２５０−４／ＩＭ７のようなＢＭＩ材料（両方ともＣｙｔｅｃ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓから入手可能）、或いはその他の似たような材料のような、乾燥繊維スリットテープを含む。
【００１９】
上述のようにトウ又はテープ５０の形態で炭素繊維材料４６を使用することにより、補強層を含む圧力隔壁１０のすべての複合材層を形成するための、自動繊維配置（ＡＦＰ）装置の繊維配置ヘッド５２による処理が可能となり、圧力隔壁１０に機械的に締結又は接合される二次補強剤の必要がなくなる。自動繊維配置装置の繊維配置ヘッド５２は、それぞれの全層４０、周方向補強材層４２、及び半径方向補強材層４４を層ごとに作製し、各層の一方向繊維４８を不連続的に配向し、圧力隔壁１０の荷重経路を調節する。この処理により、コストを下げるために最小限の量の複合繊維材料４６の積層しながら、荷重及び歪みの要件を満たすのに必要な強度を得ることが可能となる。本開示の複合材圧力隔壁１０の製造に適した自動繊維配置機は、例えば、Ｅｌｅｃｔｒｏｉｍｐａｃｔ，  Ｉｎｃ．、Ｍｕｋｉｌｔｅｏ、ＷＡ、Ｆｉｖｅｓ  Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ、Ｈｅｂｒｏｎ、ＫＹ、Ｉｎｇｅｒｓｏｌｌ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｔｏｏｌｓ，  Ｉｎｃ．、Ｒｏｃｋｆｏｒｄ、ＩＬ、及びその他の製造業者などの企業から入手可能である。
【００２０】
図９Ａ及び図９Ｂを参照すると、ＡＦＰ装置の繊維配置ヘッド５２は、複合繊維材料４６の１つ又は複数のトウ又はテープ５０を、圧力隔壁１０の所望の表面形状を有する表面を有するレイアップツール５４上に設ける。幾つかの実施形態では、繊維配置ヘッド５２は、同時に１６から３２個のトウ又はテープ５０を設けて単一層を形成する。開示された実施形態では、レイアップツール５４は、圧力隔壁１０のドーム状表面１１を形成するように構成されている。レイアップツール５４は、ツール面が特定されず、凹ツール面５６（図９Ａ）又は凸ツール面５８（図９Ｂ）で構成されてもよく、圧力隔壁１０の所望の用途及び特性に応じて、両方とも、異なるＲ部、深さ、直径、及び偏心率を有する。レイアップツール５４は、鋼又は他の金属など複合材レイアップに適した任意の材料、或いは複合材料を含む。
【００２１】
図１０では、部分的に形成された複合繊維材料４６の全層４０の正面図が示されている。全層４０は、全層４０の幅にわたって互いに対して概して平行に配置された一方向繊維４８を有する。全層４０を作製するために、自動繊維配置機ヘッド５２は、全層４０の全幅が形成されるまで、レイアップツール５４上に炭素繊維材料４６のトウ又はテープ５０を一方向に互いに隣接するよう設ける。図６を参照すると、それぞれの全層４０における一方向繊維４８は、全層４０のうちの少なくとも２つの層における一方向繊維４８の配向角Ｏがそれぞれ異なる（すなわち、図６の配向角Ｏ１が配向角Ｏ２と異なる）ように、圧力隔壁１０において配向角Ｏで位置付けされる。例えば、全層４０は、圧力隔壁１０の厚みを通して繰り返す配向角Ｏで積層されてもよく、或いは、同じ配向角Ｏを有する全層４０が互いに隣合うように配置されてもよい。
【００２２】
図３及び図４を参照すると、半径方向補強材２２は、例えば、矢印Ｒで示されるように、圧力隔壁１０の主要荷重経路の方向に整列されるように、圧力隔壁１０内に配置される。典型的に、圧力容器における圧力荷重下の内部荷重は、２つの主要荷重経路、半径方向（すなわち、直線状）及び周方向（すなわち、輪状）に分けられる。本明細書に開示された胴体内の後部圧力隔壁は、この種類の構造体の例であり、主要荷重経路は、隔壁にわたって且つ胴体界面において、客室の圧力がどのように内部的に作用するかによって決まる。
【００２３】
各半径方向補強材２２の一方向繊維４８は、概して互いに対して平行であり、さらに主要荷重経路の方向に整列させられる。例えば、半径方向補強材２２は、一定の角度増分、例えば、図４Ａで示されているように約１５°増分で、或いは、他の任意の角度増分で、スポーク状に圧力隔壁１０にわたって均等に離間され得る。他の実施形態では、半径方向補強材２２は、図４Ｂ（例えば、角度１、２、及び３は全て異なる）で示されるように、連続する半径方向補強材２２の間の角度が同じでないように、一貫性のない角度増分で不均等に離間され得る。半径方向補強材２２が圧力隔壁のきっちり真ん中で交差する必要はない。開示された実施形態では、半径方向補強材２２は、圧力隔壁の中央部分２４と交差する。半径方向補強材２２は、短い半径方向補強材３２、長い半径方向補強材３４、又はその両方の組み合わせを含んでもよい。半径方向補強材２２の数量、角度、角度増分、幅、長さ、及び配置は、圧力隔壁１０が装着された航空機、圧力隔壁１０の形状、重量の検討事項、及び任意の規制など、所望の用途に対する荷重要件の分析を通して決定される。開示された実施形態では、半径方向補強材２２は、任意の方向又は大きさで、特定の用途で必要とされるところにのみ設けられる。それにより、材料コストが節約されて圧力隔壁１０の重量が減る。
【００２４】
曲線状ティアストラップ２８は、各曲線状ティアストラップ２８内の一方向繊維４８が圧力隔壁１０の中央部分２４から様々な距離で圧力隔壁１０の外周スプラインに沿って約０°で整列されるように、圧力隔壁１０内に配置される。したがって、曲線状ティアストラップ２８は、さらに主要荷重経路（すなわち、輪状）の方向で整列されている。曲線状ティアストラップ２８は、中央部分２４の中心点の周りで同心円状であってもよいが、そうでなければならないというわけではない。曲線状ティアストラップ２８は、曲線形状、例えば、完全な円、部分的な円、完全な楕円、部分的な楕円、完全な長円、又は部分的な長円、或いは任意の他の曲線形状を有する。曲線形状は、中央部分２４の中心点に対して等距離である必要はない。図３は、概して楕円形の４つの曲線状ティアストラップ２８を示しており、図４は、すべて圧力隔壁１０の中央部分２４の周りで完全な曲線形状を形成する概して円形の２つの曲線状ティアストラップ２８を示す。他の実施形態では、曲線状ティアストラップ２８は、中央部分２４の周りで１つ又は複数の部分的な曲線形状を形成する。図４で示されているように、曲線状ティアストラップ２８内の一方向繊維４８は、圧力隔壁１０の中央部分２４の周りで矢印Ｃで示された、同じ方向に向けられたトウである。図８では、部分的曲線状ティアストラップ２８を形成するために繊維配置ヘッド５２によって積層された後のトウ又はテープ５０の例が示されている。複合材料４６内の一方向繊維４８は、方向づけられて、湾曲経路を形成し、各一方向繊維４８の間で一定の間隔が保たれる。曲線状ティアストラップ２８の数量及び配置、並びに各曲線状ティアストラップ２８の幅、形状、及び長さは、航空機１２の破損許容度及び荷重要件に左右される。
【００２５】
半径方向補強材２２及び曲線状ティアストラップ２８は、本明細書に開示された自動繊維配置方法によって主要荷重経路の方向に整列させられ、典型的な水平及び垂直格子パターンに対して、重量における利点及びコスト効率をもたらし、破壊条件下での頑強性の必要と与圧条件下の適切な荷重分散の必要と間のバランスをとる。
【００２６】
図３及び図１１を参照すると、エッジバンド３６は、圧力隔壁１０の外周２６において又はその近くで形成され、圧力隔壁１０を胴体１４又はビークル内の他の構造体に取り付けるために使用される。図１１で示された一実施形態では、最も外側の周方向ティアストラップ２８は、エッジバンド３６を形成し、さらに圧力隔壁１０の外周スプラインに沿って約０°で整列される一方向繊維４８を有する。他の実施形態では、図５及び図１２Ａを参照すると、周囲の構造体との一体化要件を満たすため、圧力隔壁１０の外周において厚みを築くように１つ又は複数の別々のエッジバンド層６０が圧力隔壁１０の作製中に形成される。本実施形態のエッジバンド層６０は、全層４０と同じように、互いに対して概して平行に延在し、且つ圧力隔壁１０において様々な配向角Ｏで位置付けられる一方向繊維４８を有する。図１２Ｂで示されたエッジバンド層６０の別の実施形態では、圧力隔壁１０の周方向スプラインに沿って約０°で整列される一方向繊維４８を有するエッジバンド３６が、エッジバンド層６０のスタック内に組み込まれる。すべての実施形態において、エッジバンド３６の厚さ及びエッジバンド３６の層の数は、ビークルにおける界面構造の要件によって決定される。圧力隔壁１０は、胴体取り付け部材を用いて既存の隔壁と交換されるように設計されている。
【００２７】
図５は、複合繊維材料４６の２つ以上の全層４０、全層４０の間に介在する曲線状ティアストラップ２８を備えた少なくとも１つの周方向補強材層４２、及び全層４０の間に介在する半径方向補強材２２を備えた少なくとも１つの半径方向補強材層４４を備えている例示的な圧力隔壁１０を示す。より具体的には、本実施例は、任意選択的な底部及び上部の繊維ガラス隔離プライ６２を含んでおり、その間に複合繊維材料４６の層がある。隔離プライ６２は、圧力隔壁１０が金属表面に接触する際に有用であり、掘削にも役立つが、必ずなくてはならないものではない。底部から見ていくと、３つの全層４０が底部繊維ガラスコーティング層６２上に積層されている。半径方向補強材２２を有する半径方向補強材層４４が全層４０上に積層されている。周方向補強材層４２が半径方向補強材層４４上に積層されている。次いで、２つの全層４０が積層される。周方向補強材層４２が全層４０上に積層され、半径方向補強材層４４が周方向補強材層４２上に積層されている。次いで、あと２つの全層４０が積層され、４つのエッジバンド層６０が全層４０上に積層されている。さらに全層４０、エッジバンド層６０、半径方向補強材層４４、及び周方向補強材層４２が積層され、主要荷重経路の方向に不連続的に配向された半径方向補強材２２を有する特定用途向け圧力隔壁１０が形成される。圧力隔壁１０の層の構成及び数は、用途及び荷重要件に応じて変更される。図示されているように、半径方向補強材層４４、周方向補強材層４２、及びエッジバンド層６０は、全層４０の間に介在している。他の実施形態では、周方向補強材層４２と半径方向補強材層４４との間に１つ又は複数の全層４０が介在してもよい。
【００２８】
図１３は、本開示に係る複合繊維材料４６内で単一方向で配置された一方向繊維４８を有する複合繊維材料４６の複数の層を備えた圧力隔壁１０を製造する方法１００の例示的な実施形態のフロー図を示す。この方法のステップ１０２では、複合繊維材料４６の第１の全層４０を形成するために、自動繊維配置機の繊維配置ヘッド５２を用いて、レイアップツール５４上で複合繊維材料４６が隣接する列で繊維配置される。この方法の次のステップでは、周方向補強材層４２（ステップ１０４ａ）又は半径方向補強材層４４（ステップ１０４ｂ）のいずれかを第１の全層４０上に繊維配置し、次いで、半径方向補強材層４４（ステップ１０６ａ）又は周方向補強材層４２（ステップ１０６ｂ）のいずれかを第１の全層４０上に繊維配置する。これらの層のうちのどちらが最初に全層４０の上に積層されるかは、重要なことではない。周方向補強材層４２は、複合繊維材料４６を備えた複数の曲線状ティアストラップ２８を、概して全層４０の中央部分２４の周りに繊維配置することによって製造される。半径方向補強材層４４は、複数の補強材を、全層４０の外周２６に向かって中央部分２４から半径方向に延在するように繊維配置することによって製造される。ステップ１０８では、複合繊維材料４６の第２の全層４０は、周方向補強材層４２及び半径方向補強材層４４が全層４０の間に介在するように周方向補強材層４２及び半径方向補強材層４４上に繊維配置されることにより、積層される。
【００２９】
方法１００では、第１の全層４０における一方向繊維４８は、第１の配向角Ｏ１で繊維配置され、第２の全層４０における一方向繊維４８は、第１の配向角とは異なる第２の配向角Ｏ２で繊維配置される。半径方向補強材層４４におけるそれぞれの補強材における一方向繊維４８は、圧力隔壁１０における主要荷重経路の方向に整列されている。例えば、半径方向補強材層４４における補強材は、１５°増分などの略一定の角度増分で、或いは、一貫性のない角度増分で配向され得る。曲線状ティアストラップ２８は、概して中央部分２４の周りで部分的又は完全な曲線形状を形成し、それぞれの曲線状ティアストラップ２８における一方向繊維４８は、概して中央部分２４の周りで同じ方向で回転するように配置される。この方法１００は、ティアストラップ２８のうちの１つを用いて、圧力隔壁１０の外周２６の近くにエッジバンド３６を形成することをさらに含み、或いは、別のエッジバンド層６０が全層４０の間に繊維配置されてもよく、エッジバンド層６０は、圧力隔壁１０の外周２６の近くに位置付けされ、且つ概して圧力隔壁１０の中央部分２４の周りで又は概して互いに対して平行に延在する一方向繊維４８を有するエッジバンド３６を備えている。この方法の別の実施形態では、第３以上の全層４０が、周方向補強材層４２と半径方向補強材層４４との間に繊維配置され得る。
【００３０】
様々な実施形態を参照して製品及び方法を説明してきたが、当業者であれば、本明細書の教示から逸脱することなく、様々な変更を行うことができ、その要素を均等物と置換することができることを理解されよう。加えて、特定の状況に対しては、本明細書で開示される実践に概念及び簡素化を適合させるために、多数の修正例が可能となり得る。そのため、特許請求の範囲の対象である主題が開示されている実施形態に限定されないことが意図されている。
【００３１】
以下で説明されるプロセスの請求項は、本明細書で列挙されているステップが、アルファベット順（本明細書中の任意のアルファベット順はあらかじめ列挙されているステップを参照する目的でのみ使用されている）又はこれらのステップが列挙される順に実施されることを要求していると解釈すべきではない。またそれらは、２つ以上のステップのいかなる部分も、同時に、又は入れ替えて実行することを排除すると解釈するべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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