(57)【要約】  本発明は、パイプライン（１）に関し、特に、内パイプ（６）と、この内パイプを包囲する外パイプ（４）とを含む航空機の燃料系統用のパイプライン（１）に関する。本発明により、内パイプ（６）は、金属材料および／または少なくとも一部が合成材料から作製され、パイプライン（１）の少なくとも湾曲部分（５）において、外パイプ（４）は合成材料から作製される。外パイプ（４）が合成材料から作製されることから、すべて金属材料からでき、製造上の理由により長湾曲パイプライン部分で多数のフランジ継手（２，３）を必要とする従来型の同軸パイプラインと比較して、大幅に重量削減を行うことができる。本発明はまた、このようなパイプライン（１）、特に、航空機の燃料系統用のパイプライン（１）を製造するための方法に関する。
2008546568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプライン（１）、特に、航空機の燃料系統用のパイプライン（１）であって、内パイプ（６）と、該内パイプ（６）を包囲する外パイプ（４）とを備える該パイプラインを製造するための方法であって、該方法が、
金属材料および／または少なくとも一部が合成材料で作製される内パイプ（６）を提供する工程と、
半シェル（１２−１７）で作製されるサポートコア（１１）を該内パイプ（６）に配置する工程であって、該半シェル（１２〜１７）が合成材料、ろう状物質、フォーミングサンド、あるいは容易に除去できる他の任意の材料で作製されることと、
該サポートコア（１１）に合成材料を設けて該外パイプ（４）を形成する工程と、
該外パイプ（４）を硬化させる工程と、
該サポートコア（１１）を化学的および／または熱的に分解することによって該サポートコア（１１）を除去する工程と、を含む方法。
【請求項２】
フランジ継手（２，３）を前記内パイプ（６）の内パイプ両端部（７，８）に取り付け、かつ、少なくとも１つのスペーサ（２２）を該内パイプ（６）に取り付ける工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記フランジ継手（２，３）が前記内パイプ（６）に対して強固に接続され、特に、該内パイプ（６）に溶着または圧着されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記外パイプ（４）が繊維強化熱硬化性樹脂材料、特に、炭素繊維強化エポキシ樹脂で作製されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記内パイプ（６）が繊維強化熱硬化性合成材料、特に、耐火性炭素繊維強化エポキシ樹脂で作製されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記半シェル（１２−１７）がポリスチレンフォームで作製されることを特徴とする請求項１乃至５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】
本発明は、パイプラインに関し、特に、内パイプと、この内パイプを包囲する外パイプとを備える航空機の燃料系統用のパイプラインに関する。
さらに、本発明は、パイプライン、特に、内パイプと、この内パイプを包囲する外パイプとを備える航空機の燃料系統用のパイプラインを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機、特に、最新の旅客機には、機尾の先端に、典型的には、空調のような電気装置および空気動力装置に対して電力を供給するために追加タービン動力で駆動する補助動力ユニット、照明および飛行機の全電気系統がある。
【０００３】
さらに、水平安定板には、いわゆるトリミングタンクが通常設けられる。トリミングタンクは、特に、飛行機の水平飛行姿勢を最適化するという役割を果たすが、航空機の航続距離を延ばすための追加燃料タンクとしての役割を果たすという補助的機能も有する。水平方向に対する飛行機の向きは、通常、航空機の主翼に配置される主タンクとトリミングタンクとの間で燃料を前後に圧送することで得られる。さらに、燃料は、主タンクから補助動力ユニットにも供給されなければならない。
【０００４】
トリミングタンクおよび補助動力ユニットは、少なくとも１つのパイプラインにより飛行機の主タンクに接続されるが、このパイプラインは、主翼内にある主タンクから胴体セルを通って、水平安定板内のトリミングタンクまたは機尾の先端にある補助動力ユニットに至る。さらに、２つ以上のパイプラインを設けることも可能であるが、これらのパイプラインは平行に配置される場合もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料が非制御状態で漏出することや、事故を防止するために、パイプラインは、関連する安全および航空規則に従って二重壁にしなければならない。例えば、燃料管における漏出による事故がある。二重壁パイプラインの間隙（ｇａｐ）は、主に、通気、非制御状態で漏出する燃料の排出、および凝結水の分流のためにある。間隙の特定領域に適切なセンサを設けることで、燃料漏出の発生を検知することができるようになり、これにより適切な対策を採ることが可能である。二重壁パイプラインは、主に漏出に対する防護となるが、着陸装置タイヤのバースト、着陸装置ホイールの破損、タービンの破裂等によって引き起こされる可能性のある外部からの重大な機械的損傷に対するものではない。
【０００６】
従来、このような二重壁パイプラインは、好ましくは、ステンレス鋼および／またはアルミニウムから作製される。特に、重量を軽くするために、最新型の航空機においては、二重壁パイプラインの製造ではチタンが用いられることが多くなっている。内パイプおよび外パイプ、さらにはパイプライン部分の端部に設けられている接続フランジは、好ましくは、良好な接続性を確保するために金属で作製される。
【０００７】
組み立てに要する空間が少なく、また、他の技術的装置に対して最小限度確保しておく必要のある距離があることから、トリミングタンクおよび補助動力ユニットに燃料を供給するための上述のパイプラインは、少なくともその一部について湾曲された状態で配置することが必要な場合も多い。しかしながら、チタンだけでなくアルミニウムについても、溶接チャンバ内の不活性ガス雰囲気でのみ溶接可能であることから、特に、チタンまたはアルミニウムからなる湾曲二重壁パイプライン部分の製造は高額になりうる。
【０００８】
二重壁パイプラインを形成するための内パイプは、比較的容易に湾曲させることができるため、構造上必要な曲率半径に合わせて調整できる。少なくとも湾曲したパイプライン部分において（さらに、曲率半径および内パイプと外パイプとの間の距離の大きさにより）、内パイプの周りに配置される外パイプは、内パイプの限られた長さ範囲内でのみ、引っ掛かりなく摺動させられるため、さらに長い湾曲二重壁パイプライン部分を形成するためには、複数の湾曲外パイプライン部分を溶着させなければならない。溶接チャンバの大きさが限られていることと、溶接チャンバでの大きな湾曲パイプライン部分の取扱性が限られていることから、例えば、チタン製の比較的短い湾曲二重壁パイプラインの製造のみが可能である。
【０００９】
そのため、このような比較的短い湾曲パイプライン部分は、フランジ継手で相互に接続する必要があるが、長パイプラインまたはパイプライン部分を形成すると重量が増加する。一方、追加のフランジ継手の数が多くなれば、フランジ継手の気密性を常に監視しなければならないため、保守費用が高くなる。他方、全パイプラインの重量もフランジ継手のために増加する。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、二重壁からなり、かつ、国際航空当局の全当該安全標準に従った、複数の長湾曲部を設けるような場合であっても、徹底した保守の必要性や重量増加をもたらすフランジ継手が少ない、さらに、製造が容易な、航空機の燃料系統用のパイプラインを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的は、請求項１の特徴を有するパイプラインによって解決される。
内パイプが金属材料および／または少なくとも一部が合成材料から作製され、パイプラインの少なくとも湾曲部において、外パイプが合成材料から作製されることから、湾曲部における本発明によるパイプラインの製造は、必要な溶接継手の数を減らすことになるため、大幅に簡略化される。さらに、特に長湾曲部において、本発明のパイプラインは、実質的にフランジ継手なしで製造できるため、チタンから作製された周知の二重壁からなる燃料パイプラインと比較すると、必要なフランジ継手の合計数が大幅に減少し、その結果、重量の著しい減少がもたらされる。
【００１２】
さらに、合成材料を用いて本発明のパイプラインの直線部分における外パイプを形成するために、同様に重量を削減することもできる。
内パイプに対しても同様に、少なくとも部分的に合成材料を用いることで、さらに重量を減らすことも可能である。この場合、合成材料は、好ましくは、不燃性、すなわち耐火性である。
【００１３】
本発明のパイプラインの好ましい実施形態において、少なくとも１つのスペーサが、内パイプと外パイプとの間に配置される。この実施形態により、内パイプと外パイプとの間に正確に画定された空洞、すなわち径方向において一定の間隔を確保できる。スペーサは、好ましくは、スナップタイプ、すなわちスナップ式ケーブルタイ（ｓｎａｐ−ｏｎ  ｃａｂｌｅｓ  ｔｉｅｓ）に類似する方法で形成されるため、異なる直径および／または断面形状の内パイプに対して共通して用いることができ、さらにこれらに対して強固に取り付けることもできる。しかしながら、スペーサは、これとは異なる構造を有することも可能である。
【００１４】
さらに好ましい実施形態において、内パイプおよび外パイプは、ほぼ環状断面形状を有する。このことにより、パイプラインが確実に高い機械的安定性をもち、さらに製造が容易になる。
【００１５】
本発明のパイプラインのさらに好ましい実施形態において、内パイプは、外パイプ内でほぼ同軸上に配置される。このことにより、内パイプと外パイプとの間に形成された空胴内での流れ条件が有利になる。
【００１６】
パイプラインのさらに好ましい実施形態において、内パイプは、アルミニウム、ステンレス鋼またはチタンから作製される。特に、チタンで作製される内パイプにより、少ない重量で非常に高い機械的剛性を確保できる。
【００１７】
さらに好ましい実施形態において、外パイプを構成する合成材料は、繊維強化熱硬化性合成材料、特に、炭素繊維強化エポキシ樹脂である。外パイプは、炭素繊維強化エポキシ樹脂、特に、いわゆる「プリプレグ材料」で作製されることが望ましい。プリプレグ材料は、織物繊維積層品等であり、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂またはフェノール樹脂を含浸している。プリプレグ材料は、硬化を避けるために冷環境で保管される。プリプレグ材料の最終硬化はオートクレーブでの形削りの後に実行され、これにより、硬化プロセス中の最適圧力と温度曲線とが確保される。あるいは、合成材料の繊維強化が、ガラス繊維、アラミド繊維または他の機械的に強い繊維を用いて行われる。
【００１８】
本発明のさらに好ましい実施形態において、内パイプは、少なくとも部分的に繊維強化熱硬化性合成材料、特に、耐火炭素繊維強化エポキシ樹脂で作製される。内パイプに対してこのような合成材料を少なくとも部分的に用いることで、さらなる重量削減が可能になる。この場合、内パイプに対して、防火性、すなわち耐火性炭素繊維強化エポキシ樹脂材料が用いられる。
【００１９】
本発明の目的はまた、請求項８の特徴を有する方法によって解決される。
内パイプと、この内パイプを包囲する外パイプとを備えるパイプラインを製造するための本発明の方法は、
−フランジ継手を内パイプの両端部に取り付け、さらに少なくとも１つのスペーサを内パイプに取り付ける工程と、
−内パイプ上にサポートコアを配置する工程と、
−サポートコアに合成材料を設けて外パイプを形成する工程とを含む。
【００２０】
本発明の方法により、パイプライン、特に、パイプラインの湾曲部を容易に製造することが可能になる。さらに、外パイプを形成するために繊維強化合成材料を用いることで、さらに長い湾曲パイプライン部分を形成することができるようになるだけでなく、大幅に重量を削減することができる。フランジ継手を、好ましくはチタンで作製された内パイプの端部に設けることについてだけは、不活性ガス雰囲気中での熱溶接によって溶接チャンバ内で従来通り実行される。これに代えて、フランジ継手に圧着またはねじ止めすることも可能である。外パイプの形成は、内パイプ上に配置されたサポートコアに対して、容易に形成可能かつ硬化可能な合成材料、特に、炭素繊維強化エポキシ樹脂（「プリプレグ材料」）等を設けることで簡便に行われる。サポートコアの除去および任意の再作業の後に、本発明の方法により作製されたパイプラインは組み込み可能となる。これに代えて、サポートコアとして、そのようなプリプレグ材料で作製された、例えば硬化半シェルを用いることも可能であるが、半シェルは、外部から供給された合成材料が硬化した後に、外パイプの内面を形成し、よってパイプライン内部に残る。
【００２１】
さらに、合成材料から内パイプを作製することも可能である。この場合、防火性、すなわち耐火性炭素繊維強化エポキシ樹脂材料を用いることが望ましい。
本発明のパイプラインおよび方法のさらに好ましい実施形態については他の請求項で明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
特に明示されなければ、図面における同様の構造要素は同様の符号により示される。
図１は、航空機における本発明の燃料系統用のパイプライン１を示す斜視図である。パイプライン１は、特に、航空機の主タンクを接続するためのものであり、主翼に配置され、水平安定板に配置されたトリミングタンクと、機内電気系統および空調に電力を供給するためのタービン駆動補助動力ユニットとを備え、この補助動力ユニットが機尾の先端に配置される。
【００２３】
パイプライン１は、その両端部にフランジ継手２，３を備える。フランジ継手２，３は、さらに長いパイプラインを形成するために、パイプライン１を（図示せず）追加のパイプラインまたはパイプライン部分と、接続または接合するためのものである。外パイプ４は、好ましくは、ほぼ同軸上で（図１には示されていない）内パイプを包囲する。本発明において、外パイプ４は繊維強化合成材料、特に、炭素繊維強化エポキシ樹脂のプリプレグ材料から作製される。あるいは、ガラス繊維、アラミド繊維、あるいは繊維強化のための他の機械的に強い繊維を用いることも可能である。外パイプ４は湾曲部５を備えるが、これは繊維強化合成材料から作製される外パイプ４を用いることから比較的容易に加工できる。パイプライン１は、図１で示されるものとは異なる幾何学形状を有することができ、事実上いかなる幾何学形状であってもよい。
【００２４】
パイプライン１は、航空機内の燃料系統用の長パイプラインの一部とみなすことができるが、これは、例えば、主翼タンクを、トリミングタンクおよび／または機内の電気系統用のタービン駆動補助動力ユニットに対して結合する。このために、複数のパイプラインが全体的に極めて複雑な空間構造をもつ長パイプラインのフランジ継手によって接続される。
【００２５】
図２は、図１で例示されたパイプラインの内部構造を示す斜視図であり、その製造のためにだけに用いられるサポートコアを備える。図２を参照して、パイプラインの内部構造と、これを製造するための本発明の方法とが以下に説明される。
【００２６】
フランジ継手２，３は内パイプ６の内パイプ端部７，８に溶着されるが、この内パイプは湾曲部５において曲げられている。外パイプ４は、フランジ継手２，３を内パイプ６に接合した後に形成される。内パイプ６は、アルミニウム、チタンまたはステンレス鋼といった金属材料から作製される。内パイプ６および外パイプ４は、各々実質的に環状断面形状を有する。内パイプ６に対して良好な溶接性を確保するために、フランジ継手２，３は、内パイプ６と同じ材料から作製されることが望ましい。
【００２７】
代替実施形態において、特に、外パイプ４は、例えば、楕円形、すなわち長円形の断面形状といった、異なる幾何学形状を有することも可能である。さらに重量を減らすために、内パイプ６は合成材料、特に、繊維強化熱硬化性合成材料から作製されてもよい。このような場合、内パイプは、防火性、すなわち耐火性炭素繊維強化エポキシ樹脂材料で作製されることが望ましい。
【００２８】
外パイプ４が、好ましくは、同軸上で内パイプ６を包囲することから、空胴、すなわち間隙が、内パイプ６と外パイプ４との間に形成される。パイプライン１のこの二重壁構造は複数の機能を有する。例えば、内パイプ６において漏出が発生した場合、管理された状態で間隙、すなわち空洞を通して燃料を排出管まで分岐させることが可能であるため、胴体セルエリアにおける燃料漏出により乗客が危険にさらされることはない。さらに、この間隙に配置されたセンサでこのような漏出を検出することが可能である。
【００２９】
間隙領域において、制約のない燃料の流れを可能にするために、フランジ継手２，３は複数の通路を備える。さらに、ガスケットまたはシーリング用の支持面にフランジ継手２，３が設けられるが、ガスケットまたはシーリングはさらに、通路に対応する切り欠きを備える。外パイプ４が、フランジ継手２，３に対して信頼性の高い、かつ機械的に強い接続を行えるように、フランジ継手２，３は、各々接触面９または接触面１０を有する。外パイプ４の接続をより良くするために、接触面９，１０には、プライマー、接着剤、少なくとも部分的な粗面処理等が施される。
【００３０】
本発明の方法によりパイプラインを製造するためには、まず、内パイプ６を形成するために、アルミニウム、チタンまたはステンレス鋼等で作製された半製品管からなる十分な長さを有するパイプ部が、適切な長さに切断される。内パイプ６は、好ましくは、チタンから作製される。さらに、内パイプ６は、曲げにより構造条件に従った幾何学形状を有していてもよい。長尺の内パイプ６を形成するために、複数の短いパイプ部を溶着することも可能である。パイプ部の溶着は、好ましくは、必要とされる曲げ工程の後に行われる。この後に、フランジ継手２，３は、不活性ガス雰囲気中において、従来方法により溶接チャンバ内で内パイプ６の両内パイプ端部７，８に溶着される。あるいは、フランジ継手２，３は、内パイプ端部７，８に対して、圧着、溶着、あるいは他の何らかの方法によって固定されてもよい。フランジ継手２，３は、さらに、外パイプ４に対して接続するための接触面９，１０を有するが、この外パイプは繊維強化合成材料から作製される。
【００３１】
内パイプ６の加工が完了した後、（図２には示されていない）スペーサが内パイプ６上に設けられる。ここで、内パイプ６の外周面において、内パイプ６の長手方向に沿った特定の間隔で相互に補われる複数のスペーサを設けることが好ましい。スペーサにより、内パイプ６と外パイプ４との間に所定の間隔が確保できる。
【００３２】
この後に、サポートコア１１が内パイプ６上に設けられる。特に、外パイプ４を接続するための接触面９，１０の領域はそのままである。図２で示された実施形態において、サポートコア１１は、Ｓｔｙｒｏｆｏａｍ（商標）等の、化学的および／または熱的に容易に分解あるいは除去できる合成材料でできた合計６つの半シェル１２〜１７で作製される。半シェル１２〜１７は、内パイプ６の対応するパイプライン部分に良好に配置できる外形を有する。半シェル１２〜１７の壁厚は、内パイプ６と外パイプとの間に設けられる間隔に対応する。製造費用を最小限度に抑えるために、サポートコア１１は、好ましくは、限られた数の標準化された半シェル１２〜１７で作製されることから、半シェル１２〜１７は、典型的には、内パイプ６の各幾何学形状に対して個別に調節する必要がない。
【００３３】
サポートコア１１を形成するため、低温度で融解する合成材料、ワックスなどのワックス状物質、フォーミングサンド、あるいは容易に除去できる他の物質を用いることが可能である。
【００３４】
次に、サポートコア１１上の外パイプ４は、前もって製作された繊維強化エポキシ樹脂材料、特に、プリプレグ材料を巻き付けることで作製され、最終的に硬化させられる。ここで、外パイプ４に対して接続するために、接触面９，１０は同時に覆われる。あるいは、内パイプ６に沿って炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等のロービングで覆い、硬化可能な合成材料、特に、エポキシ樹脂あるいはポリエステル樹脂をロービングに含浸させ、次にこれを硬化することも可能である。ロービングで覆う代わりに、織布または積層体といった炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等のエリア構造を用いることも可能である。さらに、ロービングとエリア構造との組合せは、外パイプ４の繊維強化を構成するために用いることもできる。
【００３５】
外パイプ４の硬化後に、Ｓｔｙｒｏｆｏａｍ（商標）からなる半シェル１２〜１７で作製されるサポートコア１１は、例えば、Ｓｔｙｒｏｆｏａｍ（商標）を溶解または分解する化学溶媒で洗い落とすことで除去される。半シェル１２〜１７は、例えば、加熱によって除去できるような異なる合成材料からも作製できる。あるいは、半シェル１２〜１７は、化学的および／または熱的に容易に分解または除去できない異なる合成材料から作製されてもよい。
【００３６】
代替法において、サポートコア１１は、繊維強化エポキシ樹脂からなる半シェル１２〜１７で作製されてもよい。この方式では、形成されるサポートコア１１の周囲をプリプレグ材料で覆った後で、サポートコア１１そのものが外パイプ４の一部を形成する、すなわち、サポートコア１１はプリプレグ材料の硬化後に除去されない。半シェル１２〜１７が異なる合成材料から作製される場合もあるが、この方式で形成されるサポートコア１１は除去されないため、外パイプ４を形成するために用いられる合成材料が良好な接着性を有することが望ましい。
【００３７】
半シェル１２〜１７を用いる代わりに、他の幾何学的基礎形状からサポートコア１１を組み立てることも可能である。さらに、少なくとも一部において、サポートコア１１は、例えば、正方形または長方形の外形をもつ外パイプ４を提供するために、円形でない外形を有することも可能である。したがって、内パイプ６もまた、非円形断面を有することが可能であり、そのような場合、サポートコア１１の全体が内パイプ６により確実に支持されるようにするために、サポートコア１１の内面がそれに対して適合されなければならない。
【００３８】
図３は、本発明によるパイプラインの端部の長手方向における断面を示す。
内パイプの端部７の領域において、フランジ継手２は、周溶接継目１８により内パイプ６に対して接続される。外パイプ４は、ほぼ同軸上で内パイプ６を包囲する。外パイプ４は、接触面９に対して強固に接続される。外パイプ４と接触面９との接続は、（図３には示されていない）サポートコアの周囲のプリプレグ材料を覆う工程中に、接着または糊付けにより行われる。ほぼ同軸に配置されることから、内パイプ６と外パイプ４との間に間隔１９があり、これにより、損傷あるいは事故の場合に、燃料を管理された状態で分岐できるようになる。さらに、フランジ継手２は、複数の切り欠き２０，２１を有しており、これにより、フランジ継手２に接続された他のパイプライン（図示せず）に燃料を送ることが可能になる。パイプライン１の全経路にわたって間隔１９をほぼ一定にするために、少なくとも１つのスペーサ２２が設けられる。スペーサ２２は、スペーサ片２４が一端に設けられる固定片２３から作製される。ケーブルタイと同様に、固定片２３をスナップ式にスペーサ片２４内に導入することができるため、スペーサ２２は、異なる直径および／または断面形状からなる他の内パイプ６上に一様に取り付けることも可能である。このために固定片２３は、内パイプの外周よりも若干長い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明のパイプラインを示す斜視図。
【図２】図１で示されるパイプラインの内部構成を示す斜視図。
【図３】本発明のパイプラインを示す縦断面図。
【符号の説明】
【００４０】
１  パイプライン
２  フランジ継手
３  フランジ継手
４  外パイプ
５  湾曲部分
６  内パイプ
７  内パイプ端部
８  内パイプ端部
９  接触面
１０  接触面
１１  サポートコア
１２  半シェル
１３  半シェル
１４  半シェル
１５  半シェル
１６  半シェル
１７  半シェル
１８  溶接継目
１９  間隔
２０  切り欠き
２１  切り欠き
２２  スペーサ
２３  固定片
２４  スペーサ片
【図１】
2008546568.tif 000003
【図２】
2008546568.tif 000004
【図３】
2008546568.tif 000005
【国際調査報告】
2008546568.tif 000006
2008546568.tif 000007
2008546568.tif 000008