(57)【要約】  第１の複合材料から作られた少なくとも１つの第１のフランジ要素と、第２の複合材料から作られた少なくとも１つの第１のウェブ要素とを含む複合構造部材。少なくとも１つの第１のウェブ要素は、第３の複合材料から作られた第１の角要素を介して対応する相互第１エッジに沿って非同一平面の形で少なくとも１つの第１のフランジ要素に接続され、相互第１エッジは、第１の方向に沿って延びる。第３の複合材料は、対応する第３の複合材料マトリックス内に埋め込まれた、対応する第１の複数の第３の複合材料の第１の繊維および第３の複合材料の第１の繊維に関して非平行の方位の対応する第２の複数の第３の複合材料の第２の繊維を含み、第３の複合材料の第１の繊維は、相互第１エッジまたは第１の方向に名目上直交する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の複合材料から作られた少なくとも１つの第１のフランジ要素と、
第２の複合材料から作られた少なくとも１つの第１のウェブ要素と
を含み、前記少なくとも１つの第１のウェブ要素は、第３の複合材料から作られた第１の角要素を介して対応する相互第１エッジに沿って非同一平面の形で少なくとも１つの前記第１のフランジ要素に接続され、前記相互第１エッジは、第１の方向に沿って延び、
前記第３の複合材料は、対応する第３の複合材料マトリックス内に埋め込まれた、対応する第１の複数の第３の複合材料の第１の繊維および前記第３の複合材料の第１の繊維に関して非平行の方位の対応する第２の複数の第３の複合材料の第２の繊維を含み、前記第３の複合材料の第１の繊維は、前記相互第１エッジまたは前記第１の方向に名目上直交する
複合材料部材。
【請求項２】
前記第１の複合材料は、対応する第１の複合材料マトリックスに埋め込まれた、対応する第１の複数の第１の複合材料の第１の繊維および前記第１の複合材料の第１の繊維に関して非平行方位の対応する第２の複数の第１の複合材料の第２の繊維を含み、前記第１の複合材料の第１の繊維は、前記相互第１エッジまたは前記第１の方向に名目上直交する、請求項１に記載の複合材料部材。
【請求項３】
前記第２の複合材料は、対応する第２の複合材料マトリックス内に埋め込まれた対応する第１の複数の第２の複合材料の第１の繊維および前記第２の複合材料の第１の繊維に関して非平行方位の対応する第２の複数の第２の複合材料の第２の繊維を含み、前記第２の複合材料の第１の繊維は、前記相互第１エッジまたは前記第１の方向に対して名目上４５°に向けられる、請求項１または請求項２に記載の複合材料部材。
【請求項４】
インターフェース部分を含み、前記インターフェース部分の前記第１のフランジ要素は、前記第１のフランジ要素の他の部分内より大きい厚さを有する第１の拡大部分を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の複合材料部材。
【請求項５】
前記第１の拡大部分内に設けられた少なくとも１つの第１の開口部を含む、請求項４に記載の複合材料部材。
【請求項６】
各前記第１の開口部は、その幅方向より大きい長さ寸法を有する、請求項５に記載の複合材料部材。
【請求項７】
前記第１の角要素は、第１の厚さおよび第１の内半径を有し、前記第１の内半径は、前記第１の厚さの３倍以下である、請求項１から６のいずれか１項に記載の複合材料部材。
【請求項８】
前記第１の内半径は、前記第１の厚さの２倍以下である、請求項７に記載の複合材料部材。
【請求項９】
前記第１の内半径は、前記第１の厚さ以下である、請求項７または請求項８に記載の複合材料部材。
【請求項１０】
前記複合構造要素にＬ形状の横断面を与えるために、前記対応する相互第１エッジに沿って非同一平面の形で１つの前記フランジ要素に接続された１つの前記ウェブ要素を含む、請求項１から９のいずれか１項に記載の複合材料部材。
【請求項１１】
第４の複合材料から作られた少なくとも１つの第２のフランジ要素
をさらに含み、前記少なくとも１つのウェブ要素は、第５の複合材料から作られた第２の角要素を介して対応する相互第２エッジに沿って非同一平面の形で少なくとも１つの前記第２のフランジ要素に接続され、前記相互第２エッジは、第２の方向に沿って延び、
前記第５の複合材料は、対応する第５の複合材料マトリックス内に埋め込まれた対応する第１の複数の第５の複合材料の第１の繊維および前記第５の複合材料の第１の繊維に関して非平行方位の対応する第２の複数の第５の複合材料の第２の繊維を含み、前記第５の複合材料の第１の繊維は、前記相互第２エッジまたは前記第２の方向に名目上直交する
請求項１から９のいずれか１項に記載の複合材料部材。
【請求項１２】
前記第４の複合材料は、対応する第４の複合材料マトリックス内に埋め込まれた対応する第１の複数の第４の複合材料の第１の繊維および前記第４の複合材料の第１の繊維に関して非平行方位の対応する第２の複数の第４の複合材料の第２の繊維を含み、前記第４の複合材料の第１の繊維は、前記相互第２エッジまたは前記第２の方向に名目上直交する、請求項１１に記載の複合材料部材。
【請求項１３】
前記インターフェース部分の前記第２のフランジ要素は、前記第２のフランジ要素の他の部分より大きい対応する厚さを有する第２の拡大部分を含む、請求項１１から１２のいずれか１項に記載の複合材料部材。
【請求項１４】
前記第２の拡大部分内に設けられた少なくとも１つの第２の開口部を含む、請求項１３に記載の複合材料部材。
【請求項１５】
各前記第２の開口部は、その幅方向より大きい長さ寸法を有する、請求項１４に記載の複合材料部材。
【請求項１６】
前記第２の角要素は、第２の厚さおよび第２の内半径を有し、前記第２の内半径は、前記第２の厚さの３倍以下である、請求項１１から１５のいずれか１項に記載の複合材料部材。
【請求項１７】
前記第２の内半径は、前記第２の厚さの２倍以下である、請求項１６に記載の複合材料部材。
【請求項１８】
前記第２の内半径は、前記第２の厚さ以下である、請求項１６または請求項１７に記載の複合材料部材。
【請求項１９】
前記対応する相互第１エッジに沿って非同一平面の形で１つの前記フランジ要素に接続された１つの前記ウェブ要素を含み、前記ウェブ要素は、前記複合構造要素にＣ形状の横断面を与えるために、前記対応する相互第２エッジに沿って非同一平面の形で１つの前記第２のフランジ要素に接続される、請求項１から９のいずれか１項に記載の複合材料部材。
【請求項２０】
前記ウェブ要素内に設けられた少なくとも１つの第３の開口部を含む、請求項１から１９のいずれか１項に記載の複合材料部材。
【請求項２１】
各前記第３の開口部は、その幅方向より大きい長さ寸法を有する、請求項２０に記載の複合材料部材。
【請求項２２】
長さ寸法、幅寸法、および奥行き寸法を有する複合構造部材であって、
第１の複合材料から作られた複数の層を含む積層構造
を含み、各前記層は、少なくとも、マトリックス内に埋め込まれた第１の複数の第１の繊維および第２の複数の第２の繊維を含み、前記層は、前記幅寸法に直交し、
前記長さ寸法は、前記幅寸法より大きい
複合構造部材。
【請求項２３】
少なくとも１つの前記層に関して、対応する前記第２の繊維は、対応する前記第１の繊維に関して非平行方位にあり、前記第１の繊維は、前記奥行き寸法に対して名目上４５°に向けられる、請求項２２に記載の複合構造部材。
【請求項２４】
前記奥行き寸法に直交する横断面を有する、請求項２２または請求項２３に記載の複合構造部材。
【請求項２５】
前記横断面は、前記奥行き寸法に沿って均一である、請求項２４に記載の複合構造部材。
【請求項２６】
前記横断面は、前記長さ寸法によって間隔を設けられた２つの丸い端を含む、請求項２４または請求項２５に記載の複合構造部材。
【請求項２７】
前記横断面は、楕円形または超楕円形である、請求項２６に記載の複合構造部材。
【請求項２８】
前記丸い端は、エッジ部分によって一緒に接合される、請求項２６に記載の複合構造部材。
【請求項２９】
前記エッジ部分は、直線である、請求項２８に記載の複合構造部材。
【請求項３０】
第１の構造支持要素と、
第２の支持要素と、
荷重を支持する形で前記第２の構造支持要素に関して前記第２の構造支持要素を機械的に接続する少なくとも１つの複合構造部材であって、前記複合構造部材は、請求項２２から２９のいずれか１項で定義されるものである、複合構造部材と
を含む構造システム。
【請求項３１】
請求項２２から２９のいずれか１項で定義される複合構造部材を使用する、荷重を支持する形で第２の構造支持要素に関して第１の構造支持要素を機械的に接続する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示される構造は、具体的には飛行機構造および他の構造で使用される、複合構造要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
本開示される主題に背景として関連すると思われる参考文献を下にリストする。
−米国特許第７８３７１４８号（ＥＰ  ２０３２４３２）
−米国特許第９２７２７６９号
−米国特許第２０１２／００４９０００号
【０００３】
本明細書での上の参考文献の承認を、これらがいかなる形であれ本開示される主題の特許可能性に関連することを意味すると推論してはならない。
【０００４】
２つの荷重支持部材が荷重ヒアリング接点内で接続される必要がある多数の応用例がある。少なくともいくつかのケースで、荷重支持部材の一方または両方は、非金属材料、たとえば複合材料から作られ、しばしば、金属ピンが、接続された非金属荷重支持部材の間でせん断荷重または曲げ荷重を伝えるのに使用される。
【０００５】
非限定的な例として、米国特許第７８３７１４８号は、複合構造の一体の複合パネルおよびジョイントの実施形態を開示する。一実施態様で、実質的に航空機の翼長全体にわたる一体化されたパネルは、少なくとも、中央部分と外向きに突き出す翼部分の対とを含む。諸部分は、諸部分の間で荷重を支持するためにパッドアップ区域を作成するそれぞれのセクションの間のジョイントでオーバーラップし、オフセットされた複合材料の連続する層またはプライから形成された外板を含む場合がある。特定の実施形態では、外板は、梁受縦材の厚さおよび／または剛性のテーパーによるなど、セクションの間のジョイントに推移する１つまたは複数の構造梁受縦材の上に置かれる。
【０００６】
やはり非限定的な例として、米国特許第２０１２／０４９０００号は、翼の複合材料の第１の複数の層と、翼の複合材料の第２の複数の層と、翼の第１の複数の層と第２の複数の層との間に配置された金属層とを開示する。金属層は、複数のファスナを受けるように構成された第１の区域に第１の厚さを、第２の区域に第２の厚さを有する。
【０００７】
やはり非限定的な例として、米国特許第９２７２７６９号は、インボード翼パネル・アセンブリおよびアウトボード翼パネル・アセンブリを接続するＴ翼弦および継ぎ目板を含む翼ジョイントを開示する。翼パネル・アセンブリは、翼外板と共同で接着されまたは共同で硬化される梁受縦材を含む。梁受縦材のウェビングおよびキャップを、ヌードルおよびベース・フランジを露出するようにトリミングすることができる。ヌードルおよびベース・フランジは、Ｔ翼弦の底部とインターフェースし、翼外板は、継ぎ目板とインターフェースする。露出されたヌードルは、トリミングされた梁受縦材のベース・フランジと同一平面でなくてもよい。Ｔ翼弦の底部は、Ｔ翼弦とベース・フランジとの間にギャップが存在しなくなるように、非同一平面ヌードルを収容する溝を含むことができる。代替案では、シムを使用して、非同一平面ヌードルまたはベース・フランジを補償することができ、ウェブは、ベース・フランジおよびウェブをヌードルと同一平面にトリムすることを可能にする犠牲プライを含むことができる。
【発明の概要】
【０００８】
本明細書では、「複合構造部材」が、「複合構造要素」と交換可能に使用される。
【０００９】
本開示される主題の第１の態様によれば、
第１の複合材料から作られた少なくとも１つの第１のフランジ要素と、
第２の複合材料から作られた少なくとも１つの第１のウェブ要素と
を含み、前記少なくとも１つの第１のウェブ要素は、第３の複合材料から作られた第１の角要素を介して対応する相互第１エッジに沿って非同一平面の形で少なくとも１つの前記第１のフランジ要素に接続され、前記相互第１エッジは、第１の方向に沿って延び、
前記第３の複合材料は、対応する第３の複合材料マトリックス内に埋め込まれた、対応する第１の複数の第３の複合材料の第１の繊維および前記第３の複合材料の第１の繊維に関して非平行の方位の対応する第２の複数の第３の複合材料の第２の繊維を含み、前記第３の複合材料の第１の繊維は、前記相互第１エッジまたは前記第１の方向に名目上直交する
複合材料部材が提供される。
【００１０】
本開示される主題の第１の態様による複合構造部材は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を任意の組合せで含むことができる。
【００１１】
・前記第１の複合材料は、対応する第１の複合材料マトリックスに埋め込まれた、対応する第１の複数の第１の複合材料の第１の繊維および前記第１の複合材料の第１の繊維に関して非平行方位の対応する第２の複数の第１の複合材料の第２の繊維を含み、前記第１の複合材料の第１の繊維は、前記相互第１エッジまたは前記第１の方向に名目上直交する。
【００１２】
・前記第２の複合材料は、対応する第２の複合材料マトリックス内に埋め込まれた対応する第１の複数の第２の複合材料の第１の繊維および前記第２の複合材料の第１の繊維に関して非平行方位の対応する第２の複数の第２の複合材料の第２の繊維を含み、前記第２の複合材料の第１の繊維は、前記相互第１エッジまたは前記第１の方向に対して名目上４５°に向けられる。
【００１３】
・複合材料部材は、インターフェース部分を含み、インターフェース部分の前記第１のフランジ要素は、第１のフランジ要素の他の部分内より大きい厚さを有する第１の拡大部分を含む。たとえば、前記第１の拡大部分内に設けられた少なくとも１つの第１の開口部を含み、たとえば、各前記第１の開口部は、その幅方向より大きい長さ寸法を有する。
【００１４】
・前記第１の角要素は、第１の厚さおよび第１の内半径を有し、前記第１の内半径は、前記第１の厚さの３倍以下である、または、前記第１の内半径は、前記第１の厚さの２倍以下であり、または、前記第１の内半径は、前記第１の厚さ以下である。
【００１５】
・複合構造要素は、複合構造要素にＬ形状の横断面を与えるために、前記対応する相互第１エッジに沿って非同一平面の形で１つの前記フランジ要素に接続された１つの前記ウェブ要素を含む。
【００１６】
・複合構造要素は、
第４の複合材料から作られた少なくとも１つの第２のフランジ要素
をさらに含み、前記少なくとも１つのウェブ要素は、第５の複合材料から作られた第２の角要素を介して対応する相互第２エッジに沿って非同一平面の形で少なくとも１つの前記第２のフランジ要素に接続され、前記相互第２エッジは、第２の方向に沿って延び、
前記第５の複合材料は、対応する第５の複合材料マトリックス内に埋め込まれた対応する第１の複数の第５の複合材料の第１の繊維および前記第５の複合材料の第１の繊維に関して非平行方位の対応する第２の複数の第５の複合材料の第２の繊維を含み、前記第５の複合材料の第１の繊維は、前記相互第２エッジまたは前記第２の方向に名目上直交する。
【００１７】
・前記第４の複合材料は、対応する第４の複合材料マトリックス内に埋め込まれた対応する第１の複数の第４の複合材料の第１の繊維および前記第４の複合材料の第１の繊維に関して非平行方位の対応する第２の複数の第４の複合材料の第２の繊維を含み、前記第４の複合材料の第１の繊維は、前記相互第２エッジまたは前記第２の方向に名目上直交する。
【００１８】
・インターフェース部分の前記第２のフランジ要素は、第２のフランジ要素の他の部分より大きい対応する厚さを有する第２の拡大部分を含む。たとえば、前記第２の拡大部分内に設けられた少なくとも１つの第２の開口部を含む。たとえば、各前記第２の開口部は、その幅方向より大きい長さ寸法を有する。
【００１９】
・前記第２の角要素は、第２の厚さおよび第２の内半径を有し、前記第２の内半径は、前記第２の厚さの３倍以下であり、または、前記第２の内半径は、前記第２の厚さの２倍以下であり、または、前記第２の内半径は、前記第２の厚さ以下である。
【００２０】
・複合構造部材は、前記対応する相互第１エッジに沿って非同一平面の形で１つの前記フランジ要素に接続された１つの前記ウェブ要素を含み、前記ウェブ要素は、前記複合構造要素にＣ形状の横断面を与えるために、前記対応する相互第２エッジに沿って非同一平面の形で１つの前記第２のフランジ要素に接続される。
【００２１】
・複合構造部材は、前記ウェブ要素内に設けられた少なくとも１つの第３の開口部を含む。たとえば、各前記第３の開口部は、その幅方向より大きい長さ寸法を有する。
【００２２】
本開示される主題の第２の態様によれば、
長さ寸法、幅寸法、および奥行き寸法を有する複合構造部材であって、
第１の複合材料から作られた複数の層を含む積層構造
を含み、各前記層は、少なくとも、マトリックス内に埋め込まれた第１の複数の第１の繊維および第２の複数の第２の繊維を含み、前記層は、幅寸法に直交し、
前記長さ寸法は、前記幅寸法より大きい
複合構造部材が提供される。
【００２３】
本開示される主題の第１の態様による複合構造部材は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を任意の組合せで含むことができる。
【００２４】
・少なくとも１つの前記層に関して、対応する前記第２の繊維は、対応する前記第１の繊維に関して非平行方位にあり、前記第１の繊維は、前記奥行き寸法に対して名目上４５°に向けられる。
【００２５】
・複合構造部材は、前記奥行き寸法に直交する横断面を有する。
【００２６】
・前記横断面は、前記奥行き寸法に沿って均一である。
【００２７】
・前記横断面は、前記長さ寸法によって間隔を設けられた２つの丸い端を含む。
【００２８】
・前記横断面は、楕円形または超楕円形である。
【００２９】
・前記丸い端は、エッジ部分によって一緒に接合される。
【００３０】
・前記エッジ部分は、直線である。
【００３１】
本開示される主題の第３の態様によれば、
第１の構造支持要素と、
第２の支持要素と、
荷重を支持する形で前記第２の構造支持要素に関して前記第２の構造支持要素を機械的に接続する少なくとも１つの複合構造部材であって、前記複合構造部材は、本明細書で本開示される主題の第２の態様に従って定義されるものである、複合構造部材と
を含む構造システムが提供される。
【００３２】
本開示される主題の第４の態様によれば、本明細書で本開示される主題の第２の態様に従って定義される複合構造部材を使用する、荷重を支持する形で第２の構造支持要素に関して第１の構造支持要素を機械的に接続する方法が提供される。
【００３３】
本開示される主題の上記態様のうちの１つまたは複数による少なくとも１つの例の特徴は、たとえば複合材料から作られた、複数の非金属荷重支持部材が、非金属接続部材を使用して、たとえば本開示される主題の第２の態様による、本明細書で定義される複合構造部材を使用して、荷重を支持する形で接続され得ることである。本開示される主題の上記態様のうちの１つまたは複数による少なくとも１つの例の別の特徴は、金属荷重支持要素および／または金属コネクタを除外して、胴体および／または翼を非金属材料、たとえば複合材料から作ることのできる、飛行機、たとえばＵＡＶを提供できることである。
【００３４】
本開示される主題の上記態様のうちの１つまたは複数による少なくとも１つの例の別の特徴は、金属荷重支持構成要素を含む同様の飛行機またはＵＡＶと比較して、腐食の危険性が大幅に減らされまたは除去される飛行機、たとえばＵＡＶを提供できることである。
【００３５】
本開示される主題の上記態様のうちの１つまたは複数による少なくとも１つの例の別の特徴は、金属荷重支持構成要素を含む同様の飛行機またはＵＡＶと比較して、資本コストおよび／またはランニング・コストを大幅に低減できる飛行機、たとえばＵＡＶを提供できることである。
【００３６】
本開示される主題の上記態様のうちの１つまたは複数による少なくとも１つの例の別の特徴は、海洋環境への露出に耐えるのに特に適する飛行機、たとえばＵＡＶを提供できることである。
【００３７】
本明細書で開示される主題をよりよく理解し、これを実際にどのように実行できるのかを例示するために、添付図面を参照して、非限定的な例としてのみ、これから例を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本開示される主題の第１の態様による複合構造部材の第１の例を示す等角図であり、図１（ａ）は、断面Ａ−Ａに沿った図１の例の横断面を示す図である。
【図１（ａ）】図１は、本開示される主題の第１の態様による複合構造部材の第１の例を示す等角図であり、図１（ａ）は、断面Ａ−Ａに沿った図１の例の横断面を示す図である。
【図２】そのインターフェース部分を含む、図１の例の縦端を示す等角図である。
【図３】図１の例の縦端を示す部分上面図である。
【図４（ａ）】図４（ａ）は、図１の例の第１の角要素を示す部分等角図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の例の第１の角要素に使用される複合材料内の繊維の配置を概略的に示す図であり、図４（ｃ）は、図１の例の縦軸に関する図４（ｂ）の例の配置の繊維の角度関係を概略的に示す図である。
【図４（ｂ）】図４（ａ）は、図１の例の第１の角要素を示す部分等角図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の例の第１の角要素に使用される複合材料内の繊維の配置を概略的に示す図であり、図４（ｃ）は、図１の例の縦軸に関する図４（ｂ）の例の配置の繊維の角度関係を概略的に示す図である。
【図４（ｃ）】図４（ａ）は、図１の例の第１の角要素を示す部分等角図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の例の第１の角要素に使用される複合材料内の繊維の配置を概略的に示す図であり、図４（ｃ）は、図１の例の縦軸に関する図４（ｂ）の例の配置の繊維の角度関係を概略的に示す図である。
【図５（ａ）】図５（ａ）は、図１の例の第２の角要素を示す部分等角図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の例の第１の角要素に使用される複合材料内の繊維の配置を概略的に示す図であり、図５（ｃ）は、図１の例の縦軸に関する図５（ｂ）の例の配置の繊維の角度関係を概略的に示す図である。
【図５（ｂ）】図５（ａ）は、図１の例の第２の角要素を示す部分等角図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の例の第１の角要素に使用される複合材料内の繊維の配置を概略的に示す図であり、図５（ｃ）は、図１の例の縦軸に関する図５（ｂ）の例の配置の繊維の角度関係を概略的に示す図である。
【図５（ｃ）】図５（ａ）は、図１の例の第２の角要素を示す部分等角図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の例の第１の角要素に使用される複合材料内の繊維の配置を概略的に示す図であり、図５（ｃ）は、図１の例の縦軸に関する図５（ｂ）の例の配置の繊維の角度関係を概略的に示す図である。
【図６】図１の例の部分等角図であり、その第１のフランジ要素、ウェブ要素、および第２のフランジ要素に使用される複合材料内の繊維の配置を概略的に示す図である。
【図７】本開示される主題の第１の態様による、図１から図６の例の代替変形形態を示す部分等角図である。
【図８】本開示される主題の第１の態様による、図１から図６の例の別の代替変形形態を示す部分等角図である。
【図９】本開示される主題の第１の態様による、図１から図６の例の別の代替変形形態を示す部分等角図である。
【図１０】図１０は、本開示される主題の第２の態様による複合構造部材の第１の例を示す等角図であり、図１０（ａ）は、図１０の例に使用される複合材料内の層および繊維の配置を概略的に示す分解等角図である。
【図１０（ａ）】図１０は、本開示される主題の第２の態様による複合構造部材の第１の例を示す等角図であり、図１０（ａ）は、図１０の例に使用される複合材料内の層および繊維の配置を概略的に示す分解等角図である。
【図１１】荷重を支持する形で２つの構造支持要素を接続する際の図１０の例の使用の第１の例を示す等角図である。
【図１２】図１１の例に関する、予測される応力および他の機械パラメータに関する複数の計算を提供する図である。
【図１３】荷重を支持する形で２つの構造支持要素を接続する際の図１０の例の使用の第２の例を示す等角図である。
【図１４】断面Ｂ−Ｂに沿った図１３の例の横断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１および図２を参照すると、本開示される主題の第１の態様による複合構造部材の第１の例は、全体的に１００と指定され、構造支持梁の形である。たとえば、そのような構造支持梁を、たとえばＵＡＶで使用される翼の翼桁として構成することができる。
【００４０】
この例では、図１（ａ）をも参照すると、複合構造部材１００は、細長く、Ｃ形状の横断面ＣＣＳを有する。構造部材１００は、第１のフランジ要素１２０、第２のフランジ要素１４０、およびウェブ要素１３０を含む。ウェブ要素１３０は、それぞれ第１の角要素１３５および第２の角要素１４５を介して第１のフランジ要素１２０および第２のフランジ要素１４０に接続され、これによって、前述のＣ形状の横断面ＣＣＳを提供する。
【００４１】
Ｃ形状の横断面ＣＣＳは、幾何学的中心ＣＧを有する。
【００４２】
この例では、複合構造部材１００は、本質的に直線であり、縦軸ＬＡに沿って延び、したがって、幾何学的中心ＣＧの軌跡も、直線であり、縦軸ＬＡに平行すなわちこれと同軸である。
【００４３】
この例および他の例の代替変形形態では、複合構造部材１００は、非直線、たとえばカービュエイト（ｃｕｒｖｕａｔｅ）であり、曲がった軸に沿って延び、したがって、幾何学的中心ＣＧの対応する軌跡も、非直線であり、たとえば曲がった軸に対応する曲線に沿う。
【００４４】
この例では、図１および図１（ａ）を参照すると、第１のフランジ要素１２０は、縦軸ＬＡに沿って延び、縦軸ＬＡに直交する横軸ＴＡに沿った幅Ｗ１を有し、第２のフランジ要素１４０は、縦軸ＬＡに沿って延び、縦軸ＬＡに直交する横軸ＴＡに沿った幅Ｗ２を有し、ウェブ要素１３０は、縦軸ＬＡに沿って延び、縦軸ＬＡおよび横軸ＴＡに直交するペグ軸ＰＡに沿った高さＨを有する。
【００４５】
ウェブ要素１３０は、第１の角要素１３５を介して対応する相互エッジに沿って非同一平面の形で第１のフランジ要素１２０に接続され、この相互エッジは、縦軸に平行な方向に沿って延びる。この例では、ウェブ要素１３０は、直交する形で第１のフランジ要素１２０に接続されるが、この例の代替変形形態では、ウェブ要素１３０を、任意の適切な非０角度方位で第１のフランジ要素１２０に接続することができる。
【００４６】
ウェブ要素１３０は、第２の角要素１４５を介して対応する相互エッジに沿って非同一平面の形で第２のフランジ要素１４０に接続され、この相互エッジは、縦軸に平行な方向に沿って延びる。この例では、ウェブ要素１３０は、直交する形で第２のフランジ要素１４０に接続されるが、この例の代替変形形態では、ウェブ要素１３０を、任意の適切な非０角度方位で第２のフランジ要素１４０に接続することができる。
【００４７】
ここでは、第１の角要素１３５および第２の角要素１４５は、それぞれ、縦軸ＬＡと同一の広がりを持つ。
【００４８】
この例では、特に図１（ａ）を参照すると、第１のフランジ要素１２０は、厚さｔ１を有し、第２のフランジ要素１４０は、厚さｔ２を有し、ウェブ要素１３０は、厚さｔ３を有し、第１の角要素１３５は、厚さｔ４を有し、第２の角要素１４５は、厚さｔ５を有する。
【００４９】
この例では、第１のフランジ要素１２０の厚さｔ１は、第２のフランジ要素１４０の厚さｔ２と等しい。しかし、この例の代替変形形態では、厚さｔ１が厚さｔ２より大きく、あるいは、厚さｔ１が厚さｔ２より小さい。
【００５０】
この例では、ウェブ要素１３０の厚さｔ３は、第１のフランジ要素１２０の厚さｔ１または第２のフランジ要素１４０の厚さｔ２と等しい。しかし、この例の上のまたは他の代替変形形態では、厚さｔ３が、厚さｔ１または厚さｔ２より大きいか、厚さｔ３が、厚さｔ１より大きいが厚さｔ２より小さいか、厚さｔ３が、厚さｔ２より大きいが厚さｔ２より小さいか、厚さｔ３が、厚さｔ１または厚さｔ２より小さい。
【００５１】
この例では、第１の角要素１３５の厚さｔ４は、第２の角要素１４５の厚さｔ５と等しい。しかし、この例の上のまたは他の代替変形形態では、厚さｔ４が、厚さｔ５より大きいか、厚さｔ４が、厚さｔ５より小さい。
【００５２】
この例では、ウェブ要素１３０の厚さｔ３は、第１の角要素１３５の厚さｔ４または第２の角要素１４５の厚さｔ５より大きい。しかし、この例の上のまたは他の代替変形形態では、厚さｔ３が、厚さｔ４または厚さｔ５と等しいか、厚さｔ３が、厚さｔ４より大きいが厚さｔ５より小さいか、厚さｔ３が、厚さｔ５より大きいが厚さｔ４より小さいか、厚さｔ３が、厚さｔ４または厚さｔ５より小さい。
【００５３】
この例では、第１のフランジ要素１２０の厚さｔ１は、第１の角要素１３５の厚さｔ４または第２の角要素１４５の厚さｔ５より大きい。しかし、この例の上のまたは他の代替変形形態では、厚さｔ１が、厚さｔ４または厚さｔ５と等しいか、厚さｔ１が、厚さｔ４より大きいが厚さｔ５より小さいか、厚さｔ１が、厚さｔ５より大きいが厚さｔ４より小さいか、厚さｔ１が、厚さｔ４または厚さｔ５より小さい。
【００５４】
この例では、第１の角要素１３５の厚さｔ４および第２の角要素１４５の厚さｔ５は、それぞれ、厚さｔ１、厚さｔ２、または厚さｔ３より小さい。
【００５５】
この例では、第２のフランジ要素１４０の厚さｔ２は、第１の角要素１３５の厚さｔ４または第２の角要素１４５の厚さｔ５より大きい。しかし、この例の上のまたは他の代替変形形態では、厚さｔ２が、厚さｔ４または厚さｔ５と等しいか、厚さｔ２が、厚さｔ４より大きいが厚さｔ５より小さいか、厚さｔ２が、厚さｔ５より大きいが厚さｔ４より小さいか、厚さｔ２が、厚さｔ４または厚さｔ５より小さい。
【００５６】
この例では、厚さｔ１、厚さｔ２、厚さｔ３、厚さｔ４、および厚さｔ５は、複合構造部材１００の縦長さＬに沿って、その１つの縦端で複合構造部材１００のインターフェース部分１１５まで、名目上均一のままになる。ここでより明瞭になるように、インターフェース部分１１５は、所望の構造への接続のために構成される。しかし、この例の代替変形形態では、厚さｔ１、厚さｔ２、厚さｔ３、厚さｔ４、および厚さｔ５は、複合構造部材１００の縦長さＬ全体に沿って名目上均一のままになり、そのようなインターフェース部分を含む例で、複合構造部材１００の１つの縦端で複合構造部材１００のインターフェース部分１１５をも含む。
【００５７】
この例および他の例で、具体的に図４（ａ）および図５（ａ）を参照すると、第１の角要素１３５および第２の角要素１４５は、比較的小さいそれぞれの内半径Ｒ１、Ｒ２を設けられる。
【００５８】
たとえば、半径Ｒ１は、第１の角要素１３５のそれぞれの厚さｔ４とほぼ同一の大きさであるが、厚さｔ４の２倍または３倍までとすることができる。したがって、半径Ｒ１は、ｔ４から２＊ｔ４の範囲内またはｔ４から３＊ｔ４の範囲内とすることができる。
【００５９】
たとえば、半径Ｒ２は、第２の角要素１４５のそれぞれの厚さｔ５とほぼ同一の大きさであるが、たとえば厚さｔ５の２倍または３倍までとすることができる。したがって、半径Ｒ２は、たとえばｔ５から２＊ｔ５の範囲内またはｔ５から３＊ｔ５の範囲内とすることができる。
【００６０】
この例では、インターフェース部分１１５は、Ｃ形状の横断面ＣＣＳに似たＣ形状の横断面をも有し、第１のフランジ要素１２０は、厚さｔ１より大きい厚さＴ１を有する第１のフランジ拡大部分１２２を含み、第２のフランジ要素１４０は、厚さｔ２より大きい厚さＴ２を有する第２のフランジ拡大部分１４２を含む。
【００６１】
この例では、第１のフランジ拡大部分１２２は、その厚さＴ１を通る第１の開口部１２５を有し、第２のフランジ拡大部分１４２は、その厚さＴ４を通る第２の開口部１４５を有する。この例では、第１の開口部１２５および第２の開口部１４５は、レジストリ状態（ｉｎ  ｒｅｇｉｓｔｒｙ）であり、したがって、ペグ軸ＰＡの回りで一緒に整列される。この例では、ペグ軸ＰＡは、縦軸ＬＡおよび横軸ＴＡに直交する。しかし、この例の代替変形形態では、第１のフランジ拡大部分１２２または第２のフランジ拡大部分１４２の一方または他方だけが、それぞれの第１の開口部１２５または第２の開口部１５５を有するか、第１の開口部１２５および第２の開口部１５５が、レジストリ状態ではない、すなわち、軸の回りで一緒に整列されない。
【００６２】
図３を参照すると、下で、特に本開示される主題の第２の態様の文脈でより明瞭になるように、第１の開口部１２５および第２の開口部１５５のそれぞれは、その横寸法ＤＴより大きい、縦軸ＬＡに沿った縦寸法ＤＬを有する開口部プロファイル１０５を有して形成される。開口部プロファイル１０５は、平坦な側壁１０２によって間隔を設けられた、たとえば半円壁として形成された丸い端壁１０３、１０４を含む。この例では、開口部プロファイル１０５は、それぞれの厚さＴ１またはＴ２の奥行きに沿ってサイズおよび形状において均一である。この例の代替変形形態では、開口部プロファイル１０５は、それぞれの厚さＴ１またはＴ２の奥行きに沿ってサイズおよび／または形状において不均一であり、たとえば、開口部プロファイル１０５は、均一な形状を有するが、それぞれの厚さＴ１またはＴ２の奥行きに沿って幾何学的中心ＣＧに向かって減少するサイズを有する。
【００６３】
この例の代替変形形態では、開口部プロファイル１０５は、任意の他の適切な形状、たとえばそれぞれの主軸が縦軸ＬＡに沿う楕円形または超楕円形を有することができる。
【００６４】
これらの例および他の例で、開口部プロファイル１０５は、荷重がそれぞれの第１の開口部１２５および第２の開口部１５５を介して伝達される方向に、そのより長い寸法（縦寸法ＤＬ）を有する。そのような荷重は、本明細書でより明瞭になるように、縦軸ＬＡに全般的に整列されたせん断荷重を含むことができる。
【００６５】
もう一度図２を参照すると、構造部材１００は、第１の開口部１２５および／または第２の開口部１５５に加えてまたはその代わりに、その厚さｔ３を通る少なくとも１つのウェブ開口部１６５を有することができる（たとえば、たとえば縦軸ＰＡに沿って間隔を設けられた、２つ以上のウェブ開口部１６５）。各ウェブ開口部１６５は、必要な変更を加えて、第１の開口部１２５および／または第２の開口部１５５に類似するものとすることができる。
【００６６】
したがって、ウェブ開口部１６５は、必要な変更を加えて開口部プロファイル１０５に類似する開口部プロファイル１０６を有して形成される。開口部プロファイル１０６は、横寸法ＷＤＴより大きい、ペグ軸ＰＡに沿った縦寸法ＷＤＬを有する。開口部プロファイル１０６は、平坦な側壁によって間隔を設けられた、たとえば半円壁として形成された丸い端壁を含む。この例では、開口部プロファイル１０６は、ウェブ厚さｔ３の奥行きに沿ってサイズおよび形状において均一である。この例の代替変形形態では、開口部プロファイル１０６は、ウェブ厚さｔ３の奥行きに沿ってサイズおよび／または形状において不均一であり、たとえば、開口部プロファイル１０６は、均一な形状を有するが、ウェブ厚さｔ３の奥行きに沿って幾何学的中心ＣＧに向かってまたはこれから離れて減少するサイズを有する。
【００６７】
この例および他の例では、開口部プロファイル１０６は、荷重がそれぞれのウェブ開口部１６５を介して伝達される方向に、そのより長い寸法（縦寸法ＷＤＬ）を有する。そのような荷重は、本明細書でより明瞭になるように、ペグ軸ＰＡに全体的に整列されたせん断荷重を含むことができる。
【００６８】
第１のフランジ要素１２０は、第１の複合材料ＣＭ１から作られ、ウェブ要素１３０は、第２の複合材料ＣＭ２から作られ、第１の角要素１３５は、第３の複合材料ＣＭ３から作られる。
【００６９】
同様に、第２のフランジ要素１４０は、第４の複合材料ＣＭ４から作られ、第２の角要素１４５は、第５の複合材料ＣＭ５から作られる。
【００７０】
図４（ａ）および図４（ｂ）を参照すると、この例では、第３の複合材料ＣＭ３は、マトリックスＭ３に埋め込まれた第１の複数の第１の繊維Ｆ３１および第２の複数の第２の繊維Ｆ３２から作られ、第２の繊維Ｆ３２は、第１の繊維Ｆ３１に関して非平行方位にある。たとえば、そのようなマトリックスは、たとえばエポキシ樹脂などの硬化可能材料か、任意の他の適切な樹脂性マトリックス、熱可塑性樹脂、または他の熱硬化性樹脂とすることができる。たとえば、第１の繊維Ｆ３１および／または第２の繊維Ｆ３２は、炭素繊維またはグラファイト繊維である。
【００７１】
この例では、具体的には図４（ｃ）を参照すると、第１の角要素１３５内で、第２の繊維Ｆ３２は、縦軸ＬＡに関して名目上直交する方向に向けられる。言い換えると、第２の繊維Ｆ３２は、縦軸ＬＡに関して直交して向けられ、あるいは、縦軸ＬＡに対して角度θに整列され得る。この例では、角度θは、９０°から９０°±３°の範囲内にある。この例の代替変形形態では、角度θを、９０°から９０°±５°、９０°±１０°、９０°±１５°のいずれかまでの範囲内とすることができる。
【００７２】
少なくともこの例では、具体的には図４（ａ）を参照すると、第１の繊維Ｆ３１は、第２の繊維Ｆ３２に関して直交して向けられる。したがって、第２の繊維Ｆ３２の一部またはそのいくつかは、横軸ＴＡに名目上平行に向けられ、第２の繊維Ｆ３２の一部またはそのいくつかは、ペグ軸ＰＡに名目上平行に向けられる。この例の代替変形形態では、第１の繊維Ｆ３１は、第２の繊維Ｆ３２に関して任意の適切な非０方位に向けられる。
【００７３】
複数の層ＭＬ３が一緒に積層され、各そのような層が、マトリックスＭ３内に埋め込まれ、縦軸ＬＡに関して所望の方位の第１の繊維Ｆ３１および第２の繊維Ｆ３２を含む、多層繊維強化された形として第１の角要素１３５を形成できることに留意されたい。
【００７４】
理論に束縛されずに、本発明人は、マトリックス内に埋め込まれた第１の繊維Ｆ３１および／または第２の繊維Ｆ３２の上記配置を提供することによって、具体的には、縦軸ＬＡに名目上直交する第２の繊維Ｆ３２と、比較的小さい角半径Ｒ１を提供することとが、繊維を縦軸ＬＡに対して相対的に大きい鋭角、たとえば４０°または４５°に向けることと比較して、第１の角要素１３５をより柔軟にし、せん断荷重に抵抗する第１の角要素１３５の能力を高め、ウェブ要素１３０が、大きい荷重が複合構造部材１００に印加されることに応答して第１のフランジ要素１２０から裂ける危険性を対応して下げると考える。
【００７５】
第２の角要素１４５は、必要な変更を加えて、第１の角要素１３５に関して本明細書で開示されるものに類似する構造を有することができる。たとえば、第５の複合材料ＣＭ５は、必要な変更を加えて、第３の複合材料ＣＭ３に類似しまたはこれと同一とすることができる。
【００７６】
したがって、図５（ａ）および図５（ｂ）を参照すると、この例では、第５の複合材料ＣＭ５は、マトリックスＭ５内に埋め込まれた対応する第１の複数の対応する第１の繊維Ｆ５１および対応する第２の複数の対応する第２の繊維Ｆ５２から作られ、第２の繊維Ｆ５２は、第１の繊維Ｆ５１に関して非平行方位にある。第１の繊維Ｆ５１、第２の繊維Ｆ５２、およびマトリックスＭ５は、たとえば、第３の複合材料ＣＭ３に関して本明細書で開示されるもの、具体的には、必要な変更を加えた第１の繊維Ｆ３１、第２の繊維Ｆ３２、およびマトリックスＭ３に類似するものとすることができる。したがって、たとえば、第５の複合材料ＣＭ５のそのようなマトリックスＭ５は、たとえばエポキシ樹脂などの硬化可能材料か、任意の他の適切な樹脂性マトリックス、熱可塑性樹脂、または他の熱硬化性樹脂とすることができ、たとえば、第１の繊維Ｆ５１および／または第２の繊維Ｆ５２は、炭素繊維またはグラファイト繊維である。
【００７７】
この例では、図５（ｃ）をも参照すると、第２の角要素１４５内で、対応する第２の繊維Ｆ５２は、縦軸ＬＡに関して名目上直交する方向に向けられる。言い換えると、対応する第２の繊維Ｆ５２は、縦軸ＬＡに関して直交して向けられ、あるいは、縦軸ＬＡに対して角度θに整列され得る。この例では、角度θは、９０°から９０°±３°までの範囲内にある。この例の代替変形形態では、角度θを、９０°から９０°±５°、９０°±１０°、９０°±１５°のいずれかまでの範囲内とすることができる。
【００７８】
少なくともこの例では、対応する第１の繊維Ｆ５１は、対応する第２の繊維Ｆ５２に関して直交して向けられる。したがって、対応する第２の繊維Ｆ５２の一部またはそのいくつかは、横軸ＴＡに名目上平行に向けられ、対応する第２の繊維Ｆ５２の一部またはそのいくつかは、ペグ軸ＰＡに名目上平行に向けられる。この例の代替変形形態では、第１の繊維Ｆ５１は、第２の繊維Ｆ５２に関して任意の非０方位に向けられる。
【００７９】
複数の層が一緒に積層され、各そのような層が、縦軸ＬＡに関して所望の方位の対応する第１の繊維Ｆ５１および対応する第２の繊維Ｆ５２を含む、多層繊維強化された形として第２の角要素１４５を形成できることに留意されたい。
【００８０】
また、理論に束縛されずに、本発明人は、マトリックスＭ５内に埋め込まれた対応する第１の繊維Ｆ５１および／または第２の繊維Ｆ５２の上記配置を提供することによって、具体的には縦軸ＬＡに名目上直交する第２の繊維Ｆ５２と相対的に小さい角半径Ｒ２を提供することとが、繊維を縦軸ＬＡに対して相対的に大きい鋭角、たとえば４０°または４５°に向けることと比較して、第２の角要素１４５をより柔軟にし、第２の角要素１４５がせん断荷重に抵抗する能力を高め、ウェブ要素１３０が、大きい荷重が複合構造部材１００に印加されることに応答して第２のフランジ要素１４０から裂ける危険性を対応して下げると考える。
【００８１】
図６を参照すると、この例では、第１の複合材料ＣＭ１は、マトリックスＭ１内に埋め込まれた対応する第１の複数の対応する第１の繊維Ｆ１１および対応する第２の複数の対応する第２の繊維Ｆ１２から作られ、第２の繊維Ｆ１２は、第１の繊維Ｆ１１に関して非平行方位にある。第１の繊維Ｆ１１、第２の繊維Ｆ１２、およびマトリックスＭ１は、たとえば第３の複合材料ＣＭ３に関して本明細書で開示するもの、具体的には、必要な変更を加えた第１の繊維Ｆ３１、第２の繊維Ｆ３２、およびマトリックスＭ３に類似するものとすることができる。したがって、たとえば、第１の複合材料ＣＭ１のそのようなマトリックスＭ１は、たとえばエポキシ樹脂などの硬化可能材料か、任意の他の適切な樹脂性マトリックス、熱可塑性樹脂、または他の熱硬化性樹脂とすることができ、たとえば、対応する第１の繊維Ｆ１１および／または対応する第２の繊維Ｆ１２は、炭素繊維またはグラファイト繊維である。
【００８２】
この例では、第１のフランジ要素１２０内で、対応する第１の繊維Ｆ１１は、対応する第２の繊維Ｆ２１に直交し、縦軸ＬＡに関して名目上９０°の方向に向けられる。この例および他の例の代替変形形態では、対応する第１の繊維Ｆ１１および対応する第２の繊維Ｆ１２は、お互いに対しておよび／または縦軸ＬＡに対して異なる方位を有することができる。
【００８３】
複数の層ＭＬ１が一緒に積層され、各そのような層が、縦軸ＬＡに関して所望の方位の対応する第１の繊維Ｆ１１および対応する第２の繊維Ｆ１２を含む、多層繊維強化された形として第１のフランジ要素１２０を形成できることに留意されたい。
【００８４】
オプションで、層ＭＬ１の一部は、第１の角要素１３５の対応する第１の繊維Ｆ３１および対応する第２の繊維Ｆ３２に類似する形で、対応する第１の繊維Ｆ１１および対応する第２の繊維Ｆ１２の方位を配置させることができ、したがって、層ＭＬ１の少なくとも一部を、対応する層ＭＬ３に接触しまたは連続するものとすることができる。
【００８５】
第１のフランジ拡大部分１２２が、厚さＴ１までの追加の層ＭＬ１を設けることによって形成されることに留意されたい。また、少なくともこの例で、これらの追加の層のうちの１つまたは複数の対応する第１の繊維Ｆ１１が、対応する第２の繊維Ｆ２１に直交し、縦軸ＬＡに関して名目上４５°の方向に向けられることに留意されたい。この例および他の例の代替変形形態では、これらの追加の層の対応する第１の繊維Ｆ１１および対応する第２の繊維Ｆ１２は、お互いに対しておよび／または縦軸ＬＡに対して異なる方位を有することができる。少なくともいくつかの例で、第１のフランジ拡大部分１２２内の第１の複合材料ＣＭ１は、準等方性とすることができる。
【００８６】
もう一度図６を参照すると、この例では、第２の複合材料ＣＭ２は、マトリックスＭ２内に埋め込まれた対応する第１の複数の第１の繊維Ｆ２１および対応する第２の複数の対応する第２の繊維Ｆ２２から作られ、第２の繊維Ｆ２２は、第１の繊維Ｆ２１に関して非平行方位にある。第１の繊維Ｆ２１、第２の繊維Ｆ２２、およびマトリックスＭ２は、たとえば、第３の複合材料ＣＭ３に関して本明細書で開示するもの、具体的には、必要な変更を加えた第１の繊維Ｆ３１、第２の繊維Ｆ３２、およびマトリックスに類似するものとすることができる。したがって、たとえば、第２の複合材料ＣＭ２のそのようなマトリックスＭ２は、たとえばエポキシ樹脂などの硬化可能材料か、任意の他の適切な樹脂性マトリックス、熱可塑性樹脂、または他の熱硬化性樹脂とすることができ、たとえば、対応する第１の繊維Ｆ２１および／または対応する第２の繊維Ｆ２２は、炭素繊維またはグラファイト繊維である。
【００８７】
この例では、ウェブ要素１３０内で、対応する第１の繊維Ｆ２１は、対応する第２の繊維Ｆ２２に直交し、縦軸ＬＡに関して名目上４５°の方向に向けられる。この例および他の例の代替変形形態では、対応する第１の繊維Ｆ２１および対応する第２の繊維Ｆ２２は、お互いに対しておよび／または縦軸ＬＡに対して異なる方位を有することができる。
【００８８】
複数の層ＭＬ２が一緒に積層され、各そのような層が、縦軸ＬＡに関して所望の方位の対応する第１の繊維Ｆ２１および対応する第２の繊維Ｆ２２を含む、多層繊維強化された形としてウェブ要素１３０を形成できることに留意されたい。
【００８９】
オプションで、ウェブ要素１３０の層ＭＬ２の一部は、第１の角要素１３５の対応する第１の繊維Ｆ３１および対応する第２の繊維Ｆ３２ならびに／または第２の角要素１４５の対応する第１の繊維Ｆ５１および対応する第２の繊維Ｆ５２に類似する形で対応する第１の繊維Ｆ２１および対応する第２の繊維Ｆ２２の方位を配置させることができ、したがって、層ＭＬ２の少なくとも一部を、対応する層ＭＬ３および／または対応する層ＭＬ５に接触しまたは連続するものとすることができる。
【００９０】
もう一度図６を参照すると、この例では、第４の複合材料ＣＭ４は、マトリックスＭ４内に埋め込まれた対応する第１の複数の対応する第１の繊維Ｆ４１および対応する第２の複数の対応する第２の繊維Ｆ４２から作られ、第２の繊維Ｆ４２は、第１の繊維Ｆ４１に関して非平行方位にある。第１の繊維Ｆ４１、第２の繊維Ｆ４２、およびマトリックスＭ４は、たとえば、第３の複合材料ＣＭ３に関して本明細書で開示するもの、具体的には、必要な変更を加えた第１の繊維Ｆ３１、第２の繊維Ｆ３２、およびマトリックスに類似するものとすることができる。したがって、たとえば、第４の複合材料ＣＭ４のそのようなマトリックスＭ４は、たとえばエポキシ樹脂などの硬化可能材料か、任意の他の適切な樹脂性マトリックス、熱可塑性樹脂、または他の熱硬化性樹脂とすることができ、たとえば、対応する第１の繊維Ｆ４１および／または対応する第２の繊維Ｆ４２は、炭素繊維またはグラファイト繊維である。
【００９１】
この例では、第２のフランジ要素１４０内で、対応する第１の繊維Ｆ４１は、対応する第２の繊維に直交し、縦軸ＬＡに関して名目上９０°の方向に向けられる。この例および他の例の代替変形形態では、対応する第１の繊維Ｆ４１および対応する第２の繊維Ｆ４２は、お互いに対しておよび／または縦軸ＬＡに対して異なる方位を有することができる。
【００９２】
複数の層ＭＬ４が一緒に積層され、各そのような層が、縦軸ＬＡに関して所望の方位の対応する第１の繊維Ｆ４１および対応する第２の繊維Ｆ４２を含む、多層繊維強化された形として第２のフランジ要素１４０を形成できることに留意されたい。
【００９３】
オプションで、層ＭＬ４の一部は、第２の角要素１４５の対応する第１の繊維Ｆ５１および対応する第２の繊維Ｆ５２に類似する形で対応する第１の繊維Ｆ４１および対応する第２の繊維Ｆ４２の方位を配置させることができ、したがって、層ＭＬ４の少なくとも一部を、層ＭＬ５に接触しまたは連続するものとすることができる。
【００９４】
第２のフランジ拡大部分１４２が、厚さＴ２までの追加の層ＭＬ４を設けることによって形成されることに留意されたい。また、少なくともこの例では、これらの追加の層のうちの１つまたは複数の対応する第１の繊維Ｆ４１は、対応する第２の繊維Ｆ４１に直交し、縦軸ＬＡに関して名目上４５°の方向に向けられる。この例および他の例の代替変形形態では、これらの追加の層の対応する第１の繊維Ｆ４１および対応する第２の繊維Ｆ４２は、お互いに対しておよび／または縦軸ＬＡに対して異なる方位を有することができる。少なくともいくつかの例では、第２のフランジ拡大部分１４２内の第４の複合材料ＣＭ４を、準等方性とすることができる。
【００９５】
複合構造部材１００を、たとえば以下のように製造することができる。適切なプリフォーム構造を、たとえば上で第１のフランジ要素１２０、第１の角要素１３５、ウェブ要素１３０、第２の角要素１４５、および第２のフランジ要素１４０に関して開示したように、繊維の複数の層をお互いの上に積層することによって形成することができ、オーバーレイされた層は、必要な横断面ＣＣＳを形成し、プリフォームは、適当な樹脂、たとえば熱硬化性樹脂を含浸される。
【００９６】
図７は、図１から図６の複合構造要素の代替変形形態を示す。図７の例では、符号１００Ａを用いて指定される複合構造要素は、Ｌ形状の横断面ＬＣＳを有する。複合構造要素１００Ａは、必要な変更を加えた複合構造要素１００に類似し、したがって、複合構造要素１００の対応する構成要素（すなわち、対応する第１のフランジ要素１２０（拡大部分１２４を含む）、対応するウェブ要素１３０、および対応する第１の角要素１３５）に関して本明細書で開示されるものに類似する形で第１のフランジ要素１２０（拡大部分１２４を含む）、ウェブ要素１３０、および第１の角要素１３５を含むが、必要な変更を加えて、複合構造要素１００の第２の角要素１４５および第２のフランジ要素１４０を省略する。
【００９７】
図８は、図１から図６の複合構造要素の別の代替変形形態を示す。図８の例では、符号１００Ｂを用いて指定される複合構造要素は、Ｉ形状の横断面ＩＣＳを有する。複合構造要素１００Ｂは、必要な変更を加えて、複合構造要素１００に類似し、したがって、本明細書では複合構造要素１００Ｂ’および複合構造要素１００Ｂ”と指定される２つのそのような複合構造要素１００を含む。複合構造要素１００Ｂ’および複合構造要素１００Ｂ”のそれぞれは、必要な変更を加えて、図１から図６の複合構造要素１００の対応する構成要素に関して本明細書で開示されるものに類似する形で、対応する第１のフランジ要素１２０（拡大部分１２４を含む）、対応するウェブ要素１３０、対応する第１の角要素１３５、対応する第２の角要素１４５、ならびに対応する第２のフランジ要素１４０および拡大部分１４４を有する。図８の例では、複合構造要素１００Ｂ’および複合構造要素１００Ｂ”は、対応するウェブ要素１３０でバックツーバック構成で一緒に接合されまたは一体に形成される。第１の三角形プラグ１１１が、複合構造要素１００Ｂ’および複合構造要素１００Ｂ”の対応する第１の角要素１３５の間に設けられ、適切な複合材料またはマトリックス材料から作られる。第２の三角形プラグ１１２が、複合構造要素１００Ｂ’および複合構造要素１００Ｂ”の対応する第２の角要素１４５の間に設けられ、適切な複合材料またはマトリックス材料から作られる。
【００９８】
図９は、図１から図６の複合構造要素の別の代替変形形態を示す。図９の例では、符号１００Ｃを用いて指定される複合構造要素は、箱形状の横断面ＢＣＳを有する。複合構造要素１００Ｃは、必要な変更を加えた複合構造要素１００に類似し、本明細書では複合構造要素１００Ｃ’および複合構造要素１００Ｃ”と指定される２つのそのような複合構造要素１００を含む。複合構造要素１００Ｃ’および複合構造要素１００Ｃ”のそれぞれは、必要な変更を加えて、図１から図６の複合構造要素１００の対応する構成要素に関して本明細書で開示されるものに類似する形で、対応する第１のフランジ要素１２０（拡大部分１２４を含む）、対応するウェブ要素１３０、対応する第１の角要素１３５、対応する第２の角要素１４５、ならびに対応する第２のフランジ要素１４０および拡大部分１４４を有する。図９の例では、複合構造要素１００Ｃ’および複合構造要素１００Ｂ”は、対応する第１のフランジ要素１２０の対応する縦エッジ（幻影線１１８）および対応する第２のフランジ要素１４０の対応する縦エッジ（幻影線１１９）でバックツーバック構成で一緒に接合されまたは一体に形成される。
【００９９】
図７から図９に示された複合構造部材のそれぞれは、必要な変更を加えて、図１から図６の複合構造部材１００に関して本明細書で開示される１つもしくは複数の開口部１２５および／または１つもしくは複数の開口部１５５および／または１つもしくは複数のウェブ開口部１６５に対応する１つまたは複数の開口部を有することができる。
【０１００】
図１０を参照すると、本開示される主題の第２の態様による複合構造部材の第１の例が、全般的に２００と指定され、構造ペグの形である。
【０１０１】
この例では、複合構造部材１００は、ｚ軸に沿って延び、ｚ軸に直交するｘ−ｙ平面に沿った閉じた細長い横断面形状ＸＣＳを有する。
【０１０２】
この例では、複合構造部材２００は、少なくとも複合構造部材１００に荷重を支持して接触するように構成される。具体的には、複合構造部材２００は、第１の開口部１２５および第２の開口部１５５の一方または両方に挿入され、これとの荷重を支持する接触を提供するように、またはウェブ開口部１０６に挿入され、これとの荷重を支持する接触を提供するように構成される。したがって、少なくともこの例では、横断面形状ＸＣＳは、開口部プロファイル１０５または開口部プロファイル１０６に本質的に相補的であり、開口部１０５の寸法ＤＬまたは開口部１０６の寸法ＷＤＬに対応し、名目上これと等しい（機械公差を考慮に入れて）縦寸法ＰＤＬを有する、ペグ・プロファイル１０７を有する。横断面形状ＸＣＳは、開口部１０５の寸法ＤＴまたは開口部１０６の寸法ＷＤＴに対応し、名目上これと等しい（機械公差を考慮に入れて）横寸法ＰＤＴをも有する。
【０１０３】
一例では、寸法ＰＤＬを２０ｍｍとすることができ、寸法ＰＤＴを８ｍｍとすることができ、寸法ＰＴを１１６ｍｍとすることができる。
【０１０４】
したがって、ペグ・プロファイル１０７は、この例では平坦または直線である側壁１１２によって間隔を設けられた、たとえば半円壁として形成された丸い端壁１１３、１１４を含む。この例の代替変形形態では、側壁１１２は、非直線であり、たとえば曲げられる。この例では、ペグ・プロファイル１０７は、複合構造部材２００の奥行き寸法ＰＴに沿って（ｚ軸に沿って）サイズおよび形状において均一である。この例の代替変形形態では、ペグ・プロファイル１０７は、奥行き寸法ＰＴに沿ってサイズおよび／または形状において不均一であり、たとえば、ペグ・プロファイル１０７は、均一な形状を有するが、奥行き寸法ＰＴに沿って減少するサイズを有する。
【０１０５】
この例の代替変形形態では、ペグ・プロファイル１０７は、任意の他の適切な形状、たとえば、それぞれの主軸が縦軸ＬＡに沿った楕円形または超楕円形を有することができる。
【０１０６】
これらの例および他の例で、ペグ・プロファイル１０７は、荷重が複合構造部材２００を介してそれぞれの第１の開口部１２５、第２の開口部１５５、またはウェブ開口部１６５に伝達される方向に、より長い寸法（縦寸法ＤＬ）を有する。そのような荷重は、本明細書で明瞭になるように、たとえば複合構造部材１００の縦軸ＬＡに全体的に整列されたせん断荷重を含むことができる。
【０１０７】
複合構造部材２００は、第６の複合材料ＣＭ６から作られる。少なくともこの例では、図１０（ａ）をも参照すると、第６の複合材料ＣＭ６は、必要な変更を加えて、第３の複合材料ＣＭ３、具体的には第１の繊維Ｆ３１、第２の繊維Ｆ３２、およびマトリックスＭ３に関して本明細書で開示するように、マトリックスＭ６に埋め込まれた対応する第６の複数の対応する第１の繊維Ｆ６１および対応する第６の複数の対応する第２の繊維Ｆ６２から作られる。したがって、たとえば、第６の複合材料ＣＭ６のそのようなマトリックスＭ６は、たとえばエポキシ樹脂などの硬化可能材料か、任意の他の適切な樹脂性マトリックス、熱可塑性樹脂、または熱硬化性樹脂とすることができ、たとえば、対応する第１の繊維Ｆ６１および／または対応する第２の繊維Ｆ６２は、炭素繊維またはグラファイト繊維である。
【０１０８】
この例では、複合構造部材２００内で、対応する第１の繊維Ｆ６１は、対応する第２の繊維Ｆ６１に直交し、ｚ軸に関して名目上４５°の方向に向けられる。この例および他の例の代替変形形態では、対応する第１の繊維Ｆ６１および対応する第２の繊維Ｆ６２は、お互いに対しておよび／またはｚ軸に対して異なる方位を有することができる。
【０１０９】
複数の層ＭＬ６（それぞれｙ−ｚ平面に平行な平面に沿って延びる）が一緒に積層され、各そのような層がｚ軸に関して所望の方位の対応する第１の繊維Ｆ６１および対応する第２の繊維Ｆ６２を含む、多層繊維強化された形として複合構造部材２００を形成できることに留意されたい。
【０１１０】
少なくともこの例では、複合構造部材２００は、たとえばそれを通ってｘ軸に平行な方向に延びる、１つまたは複数のアパーチャ２０１を含むことができる。この例の代替変形形態では、アパーチャ（１つまたは複数）を省略することができる。
【０１１１】
第１の例では、図１１を参照すると、そのような複合構造部材２００を、荷重を支持する形で第１の構造支持要素３００および第２の構造支持要素４００を機械的に接続するのに使用することができる。たとえば、第１の支持要素３００を、たとえば、たとえばＵＡＶで使用される、翼の翼桁として構成することができ、第２の支持要素４００を、翼中央セクションの主翼桁として構成することができる。
【０１１２】
たとえば、第１の支持要素３００は、図１から図６に示された例を参照して本明細書で開示される複合構造部材１００に対応する。したがって、第１の支持要素３００は、拡大部分１２４および開口部１２５を有する第１のフランジ要素１２０と、ウェブ要素１３０と、拡大部分１４４および開口部１５５を有する第２のフランジ要素１４０とを含む。インターフェース部分１１５の拡大部分１２４、１４４は、それぞれ拡大部分１２４、１４４の面する表面１２４Ｆと１４４Ｆとの間のペグ軸ＰＧに沿った寸法ＦＤ１を有するその間の空間を画定する。
【０１１３】
たとえば、第２の支持要素４００は、図１から図６に示された例を参照して本明細書で開示される複合構造部材１００に類似するものとすることができるが、本明細書で符号４１５を用いて指定される対応するインターフェース部分が、第１の支持要素３００の対応するインターフェース部分１１５の拡大部分１２４、１４４の間に画定された内部空間ＩＳ内におさまるように変更される。したがって、第２の支持要素４００のそれぞれの第１のフランジ要素１２０および第２のフランジ要素１４０は、それぞれ対応する拡大部分４２５、４４５の外側表面４２５Ｆ、４４５Ｆがペグ軸ＰＧに沿って寸法ＦＤ２で間隔を設けられる、変更された対応する拡大部分４２５、４４５を含む。変更された対応する拡大部分４２５、４４５は、開口部１２５、１５５に対応するそれぞれの開口部４２５、４４５をも含む。
【０１１４】
寸法ＦＤ１およびＦＤ２は、同一であり、あるいは、寸法ＦＤ２は、インターフェース部分１１５に関するインターフェース部分４１５の緊密なはめを保証するために、寸法ＦＤ１よりわずかに小さくすることができる。
【０１１５】
プラグ部材４５０を、オプションで、寸法ＦＤ２で間隔を設けられた変更された対応する拡大部分４２５、４４５を維持するために、変更された対応する拡大部分４２５、４４５の内側の面する表面の間に設けることができる。プラグ部材４５０を、任意の適切な材料、たとえば、プラスティック材料もしくは他のポリマ材料、または他の非金属材料、具体的には海洋環境に露出された時に非腐食性の材料から作ることができる。プラグ部材４５０は、開口部４２５、４４５とレジストリ状態のチャネルＣＨを含む。
【０１１６】
したがって、拡大部分１２４、１４４の表面１２４Ｆおよび１４４Ｆがそれぞれ対応する拡大部分４２５、４４５の外側表面４２５Ｆ、４４５Ｆに突き出し、荷重を支持して接触するように、第１の構造支持要素３００を、まずインターフェース部分４１５をインターフェース部分１１５内に挿入することによって、荷重を支持する形で第２の支持要素４００に接続することができる。その後、本開示される主題の第２の態様による複合構造部材２００が、同軸に整列された開口部１２５、４２５、チャネルＣＨ、および開口部４４５、１５５内に順次挿入される。
【０１１７】
図１０をも参照して、複合構造部材２００の第１の部分ＴＰ１が、開口部１２５、４２５を介して第１の構造支持要素３００および第２の支持要素４００の第１のフランジ要素１２０に荷重を支持して接触することに留意されたい。また、複合構造部材２００の第２の部分ＴＰ２が、開口部１５５、４４５を介して第１の構造支持要素３００および第２の支持要素４００の第２のフランジ要素１４０に荷重を支持して接触することに留意されたい。
【０１１８】
図１２は、図１１の例に関する、予測される応力および他の機械パラメータに関する複数の例の計算を提供する。
【０１１９】
この例の代替変形形態では、第１の支持要素３００が、その代わりに、例のいずれかを参照して本明細書で開示される複合構造部材１００または図７から図９に示されたその代替変形形態に対応することができることに留意されたく、その場合に、対応する第２の支持要素４００は、図１から図６に示された例を参照して本明細書で開示される複合構造部材１００に類似するが、たとえば必要な変更を加えて図１０から図１２に示された例に関して本明細書で開示されるものに類似する形で、第１の支持要素３００のインターフェース部分に荷重を支持して接触してはまることのできる対応して変更されたインターフェース部分を有することができる。
【０１２０】
第２の例では、図１３を参照すると、そのような複合構造部材２００を、荷重を支持する形で第１の構造支持要素８００および第２の支持要素７００を機械的に接続するのに使用することができる。たとえば、第１の支持要素８００を、たとえばＵＡＶで使用される翼の翼桁として構成することができ、第２の支持要素７００は、翼桁がそれに接続されることが望まれる胴体フレームの形である。第１の例と同様に、第１の支持要素８００は、図１から図６に示された例を参照して本明細書で開示される複合構造部材１００に対応する。したがって、第１の支持要素８００は、第１のフランジ要素１２０、ウェブ要素１３０、および第２のフランジ要素１４０を含み、ウェブ要素１３０内にウェブ開口部１６５を含む。
【０１２１】
図１４をも参照すると、第２の例では、第２の支持要素７００が、第１の構造要素８００のウェブ開口部１６５に対応する開口部７６８を有する胴体フレームの形である。たとえば、第２の支持要素７００は、複合材料または他の非金属材料、具体的には海洋環境に露出された時に非耐蝕性の材料からも作られる。
【０１２２】
この例では、ウェブ開口部１６５をフレーム開口部７６５に整列させることによって、第１の構造支持要素８００を荷重を支持する形で第２の支持要素７００に接続することができ、その後、本開示される主題の第２の態様による１つまたは複数の複合構造部材２００が、対応する同軸に整列された開口部１６５および７６５に挿入され、定位置に幾何学的にロックされる。
【０１２３】
この例では、各複合構造部材２００の少なくとも一部が、対応する整列された開口部１６５、７６５を介して第１の構造支持要素８００のウェブ要素１３０および第２の支持要素４００に荷重を支持して接触する。
【０１２４】
この例の代替変形形態で、第１の支持要素８００が、その代わりに例のいずれかを参照して本明細書で開示される複合構造部材１００または図７から図９に示されたその代替変形形態に対応することができることに留意されたい。その場合に、１つまたは複数の複合構造部材２００が、たとえば必要な変更を加えて図１０から図１２に示された例に関して本明細書で開示されるものに類似する形で、第１の支持要素８００内に設けられる対応する１つまたは複数のウェブ開口部を介して第２の支持要素７００に関して対応する第１の支持要素８００に接続する。
【０１２５】
最後に、添付の特許請求の範囲全体で使用される単語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」が、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ（含むがこれに限定されない）」を意味すると解釈されなければならないことに留意されたい。
【０１２６】
本開示される主題による例を図示し、開示したが、特許請求の範囲に示され得た本開示される主題の範囲から逸脱せずに、多数の変更を行うことができることを了解されたい。
【図１】
2021520304.tif 000003
【図１（ａ）】
2021520304.tif 000004
【図２】
2021520304.tif 000005
【図３】
2021520304.tif 000006
【図４（ａ）】
2021520304.tif 000007
【図４（ｂ）】
2021520304.tif 000008
【図４（ｃ）】
2021520304.tif 000009
【図５（ａ）】
2021520304.tif 000010
【図５（ｂ）】
2021520304.tif 000011
【図５（ｃ）】
2021520304.tif 000012
【図６】
2021520304.tif 000013
【図７】
2021520304.tif 000014
【図８】
2021520304.tif 000015
【図９】
2021520304.tif 000016
【図１０】
2021520304.tif 000017
【図１０（ａ）】
2021520304.tif 000018
【図１１】
2021520304.tif 000019
【図１２】
2021520304.tif 000020
【図１３】
2021520304.tif 000021
【図１４】
2021520304.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】令和2年11月4日(2020.11.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2021520304.tif 000023
【国際調査報告】
2021520304.tif 000024
2021520304.tif 000025
2021520304.tif 000026
2021520304.tif 000027
2021520304.tif 000028