(57)【要約】本発明は、航空機体の一部として作用するシェル部材（４）を提供する。前記シェル部材（４）は湾曲されたシート状部材として形成され且つ少なくとも部分的又は全体的にＣＲＰ構造とされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機体の一部として用いられるシェル部材（４）であって、湾曲されたシート状部材として形成され且つ少なくとも部分的に又は全体的にＣＲＰ構造体によって形成され、当該シェル部材（４）のキャビンを向く側において少なくとも厚みが幅及び／又は長さに亘って変更可能とされ、少なくとも１０ｍ〜６０ｍの範囲の長さを有し、積層製法又は繊維スプレー製法によって製造されていることを特徴とするシェル部材。
【請求項２】
少なくとも外表面は全体的にＣＲＰ構造体として形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシェル部材。
【請求項３】
少なくとも３５ｍ〜６０ｍの範囲の長さを有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のシェル部材。
【請求項４】
航空機におけるコックピット（８）の後方から後部圧力隔壁（９）のところ又は少なくとも両者の間まで延びるように長さが設定されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のシェル部材。
【請求項５】
少なくとも部分的には単体ＣＲＰ構造体及び／又は複合ＣＲＰ構造体とされていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のシェル部材。
【請求項６】
少なくとも部分的にはサンドイッチＣＲＰ構造とされていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のシェル部材。
【請求項７】
前記サンドイッチＣＲＰ構造においてコア材は２つのＣＲＰ表面の間に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のシェル部材。
【請求項８】
前記コア材は、パネル及び／又は成形された型材によって構成されたハニカム構造又は他の適切な補強構造を有していることを特徴とする請求項７に記載のシェル部材。
【請求項９】
前記コア材は、ＣＲＰ，ＧＲＰ又はＡＲＰ等の繊維強化樹脂、発泡プラスチック、ノーメックス紙等のパラフィン紙、及び／又は、アルミニウム，鋼鉄及び／又はチタニウム合金等の合金を有していることを特徴とする請求項８に記載のシェル部材。
【請求項１０】
少なくとも厚み、繊維配列、強度、剛性及び／又は材料が、キャビンを向く側において幅及び／又は長さに亘って変更可能とされていることを特徴とする請求項１から９の何れかに記載のシェル部材。
【請求項１１】
窓又はドア等の為の切り欠きが、成形又はレーザによる切り取りによって設けられていることを特徴とする請求項１から１０の何れかに記載のシェル部材。
【請求項１２】
外周の少なくとも一部が請求項１から１０の何れかに記載のシェル部材によって形成されていることを特徴とする航空機体。
【請求項１３】
外周が２つ，３つ，４つ又は５つの前記シェル部材によって形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の航空機体。
【請求項１４】
請求項１２及び１３の少なくとも一つに記載の航空機体を有する航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機体の形成に使用され且つ部分的又は全体的にＣＲＰ構造体とされたシェル部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
出願人は、航空機体が複数の短い機体形成用バレルを結合することによって形成され得ることを承知している。この場合、航空機体は外周全域に亘って一体化される。他の置換構造においては、航空機体は複数の機体形成用シェル部材から形成される。この構造は、製造容易である点及びさらには機体の設計に関し大きな自由度を提供し得る点において機体形成用バレルより有効である。
【０００３】
民間の大型の旅客機及び輸送機用の機体形成用シェル又は機体形成用バレルは、通常、金属又は合金を用いて形成される。しかしながら、これらの金属機体形成用シェル又は金属機体形成用バレルには様々な欠点が存在する。特に、機体形成用シェル又は機体形成用バレルは大きさに関し、例えば、金属シート等の半製品に生じる規制や、製造に際し使用可能な道具の形状又は薬品浴槽の大きさの制限による規制を受ける。従って、金属機体形成用シェルが用いられる場合には、比較的大量の小金属シェルを組み立てて大きなセクションを形成し、最終的に機体を形成する必要がある。さらなる欠点は、金属製の機体形成用シェル又は機体形成用バレルは非常に重い点である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明は、航空機体を容易且つ安価に形成することができ、且つ、付随的に重量を削減し得る航空機体用のシェル部材の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、前記目的は、請求項１に記載の特徴を有するシェル部材、請求項１２に記載の特徴を有する航空機体、及び、請求項１４に記載の特徴を有する航空機によって達成される。
【０００６】
本発明の第１態様は、湾曲されたシート状部材として形成され且つ部分的に又は全体的にＣＲＰ構造体とされた航空機体用シェル部材に関する。本発明の第１態様は、前記シェル部材が種々の所望サイズに容易且つ安価に製造され得るという効果を有する。これは、従来技術に関連して説明した大きさの規制を受ける金属シェル部材との比較において特に有利である。さらなる効果は、ＣＲＰ構造が金属シェル部材に比して質量の削減を図り得ることである。
【０００７】
本発明の一形態においては、前記シェル部材の少なくとも外表面はＣＲＰ構造体とされる。この場合において、前記外表面は、積層体として形成されるか又は積層体を有し得る。前記積層体は、好ましくは、一又はそれより多いＣＲＰ材の層を有するものとされ、付随的に、ＧＲＰ及び／又はＡＲＰ材の少なくとも一層が備えられる。前記外表面のＣＲＰ構造は、従来技術で使用されている金属製の対応外表面に比べて、質量を大幅に削減できるという効果を有する。
【０００８】
本発明の他の形態においては、前記シェル部材は、少なくとも１０ｍから６０ｍの範囲の長さを有するか、又は、例えば航空機におけるコックピットの後方から後部圧力隔壁のところまで実質的に延びるように長さが設定される。
【０００９】
この構成は、航空機体を形成する為に必要とされる大量の従来の機体形成用バレル及び機体形成用シェルが本発明に係るシェル部材の形態として結合され得る点において、従来技術の機体形成用バレル及び機体形成用シェルに比して有効である。この方法においては、大量の個々の部材を結合する必要が無いため、コストの大幅な削減を図ることができる。横断方向の継ぎ目が複数存在する公知の機体形成用バレルに比して、機体を形成する為に長手方向に沿って取り付けなければならないシェル部材の数量が少ない為、本発明に係るシェル部材は力を良好に吸収することができる。航空機体は、外周に亘って一体化され且つ長手方向に沿って互いに連結される２つ、３つ、４つ又は５つのシェル部材によって形成され得る。
【００１０】
本発明の他の形態においては、前記シェル部材は、少なくとも部分的に又は全体的に、単体ＣＲＰ構造、複合ＣＲＰ構造及び／又はサンドイッチＣＲＰ構造とされ得る。サンドイッチ構造の場合においては、例えば、コア材は２つのＣＲＰ表皮の間に配置される。サンドイッチ構造は、前記シェル部材が従来の単体構造の場合に比して高剛性を有するという効果を奏する。
【００１１】
本発明の一形態においては、前記サンドイッチ構造における前記コア材は、例えば、ハニカム構造、及び／又は、適切な支持構造又は支柱を形成し得るパネル及び／又は成形型材によって構成される他の適切な補強構造を有し得る。斯かる構成によれば、安定性の高いシェル部材を形成することができる。この場合に用いられる前記コア材は、ＣＲＰ，ＧＲＰ又はＡＲＰ等の繊維強化樹脂、発泡プラスチック、ノーメックス紙等のパラフィン紙、及び／又は、アルミニウム，鋼鉄及び／又はチタニウム合金等の適切な合金とされ得る。
【００１２】
本発明の他の形態においては、前記シェル部材の構造は、長手方向及び／又は幅方向において、例えば、強度、剛性、厚み、ＣＲＰ，ＡＲＰ又はＧＲＰ等の繊維強化材の場合における繊維配列、及び／又は、材料に関し、異ならされる。この場合、前記シェル部材の構造は、好ましくはキャビンに向かう側において、例えば厚みを異ならせる等によって変化される。このタイプのシェル部材は異なる領域に生じる負荷の広範囲に亘る幅に対応できるという効果を有する。例えば、前記シェル部材は、特に高圧力が生じる領域、例えば翼が本体に合流する領域において補強され得る。さらなる効果として、前記シェル部材の外面は型内に存する一方で機体内部に面する内面は覆われておらず、個々に作業可能とされているから、例えば、個々の領域の厚みを増加させる必要がある場合等において機体形成用バレルに比して容易にアクセス可能である点があげられる。ＣＲＰ材から作られた機体形成用バレルが前記シェル部材に代えて製造される場合には、ＣＲＰ材が付加されるコアを備える必要がある。従って、機体形成用バレルの外表面が不均一になることを防止する為には、材料厚みが異ならされた状態でコア内に組み込む必要がある。これは、相当の作業負荷となり、追加費用を招く。
【００１３】
本発明の他の形態においては、前記シェル部材に例えば窓又はドア用の切り欠きを直接的に備えるか、若しくは、前記切り欠きを例えばレーザー手段によって前記シェル部材に後から形成することができる。前記シェル部材に後から前記切り欠きを形成することは製造の観点において費用を削減できるという効果を奏する。
【００１４】
本発明の他の態様は、本発明に係る前記シェル部材から製造された航空機体及びこの航空機体を有する航空機に関する。
【００１５】
本発明は例示する実施の形態に基づき且つ添付する図面を参照しつつ下記においてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、金属シェルを用いたシェル構造体の模式斜視図である。
【図２】図２は、本発明に係るシェル部材によって形成された機体を有する航空機の模式斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、モノコック構造体の機体構造を模式的に示しており、金属パネル材３がフレーム２のグリッドに取り付けられている。比較的大量の小金属シェルがフレームグリッドに装着される必要があり、複数の機体形成用バレル１が横断方向ジョイントを介して互いに結合されることで航空機体が形成される。
【００１８】
これに対し、本発明に係る航空機体は、図２に簡略化して示されるように、少なくとも２つの長尺シェル部材によって形成される。なお、図２においては、前記機体を形成する為の前記シェル部材４の配置も、同様に、模式的に示されている。前記シェル部材４の数量及び配置は、例えば、機能や機体のタイプ等に従った要望に応じて変更され、図２に簡略化して図示された形態に限定されるものではない。
【００１９】
前記シェル部材４はＣＲＰ構造体とされ、例えば、適用可能な複数の方法の一つであるリベット（図示せず）によって長手方向に沿って互いに対して結合され得る。ＣＲＰ構造体は、該ＣＲＰ構造体がそれ自身においてエンドレス半製品として購入でき且つ使用され得るから、前記シェル部材４を原則として種々の所望形状又は大きさに製造し得る点において、金属シェル部材より優れている。
【００２０】
ＣＲＰ複合体を製造する種々の製法が一般的に知られている。ここでは、それらの製法のうちの幾つかの例を下記に記す。オートクレーブ製法においては、樹脂含浸マット（例えばプレプレッグ）がオートクレーブ内において加硫処理される。一般的なプレプレッグは樹脂含有量が約４０％である。ハニカム体が使用される場合には、積層の減少無しにハニカム体の湿潤を保証する為に、前記ハニカム体に直接連結されるものとして、（樹脂含有量が増加された）いわゆる接着性のプレプレッグが使用される。さらなる製法として樹脂移送成形（ＲＴＭ）が存在する。これは樹脂射出製法である。さらには、シングルライン射出（ＳＬＩ）製法が知られている。ＳＬＩ製法においては、２つの金型半割れ体を用いる従来のＲＴＭ製法とは異なり、繊維材料を成形する為の力が、大型の器具によって機械的に付加されるのではなく、オートクレーブ圧力を用いた可撓性の金型半割れ体を介して付加される。さらに、材料表面を形成する金型を用意する工程と繊維マットに薄い樹脂層を交互に貼り付ける工程とを含む積層製法が知られている。この製法は本発明に係るシェル部材の製造に特に適切である。さらに、繊維スプレーガンを用いる繊維噴霧製法も知られている。この製法においては、樹脂，硬化剤，促進剤及び長繊維が混合され、金型に投入される。この製法は、同様に、本発明に係るシェル部材の製造に用いられ得る。冷間プレス及び熱間プレスも一般的に知られている。この製法においては、プレプレッグ又は繊維強化樹脂成形体が冷間又は高温の何れかでプレスされて成形体を形成する。
【００２１】
本発明に係るシェル部材４の製造は、一つの特定の製法又は一つの特定の構造に限定されるものではない。例えば、前記シェル部材４は、単一構造に加えて、ＣＲＰ／金属の複合構造を有し得る。この場合、機体表面はＣＲＰ材料で形成され、且つ、横梁及び／又はフレームは金属又は合金で形成され得る。横梁又はフレームが、ＣＲＰ及び電解質との接触により電解腐食を引き起こす金属又は合金で形成されている場合には、腐食を防止する為に、例えば、ＣＲＰ材料及び金属材料の間に配置されるガラス繊維マット又はテドラーシート（tedlar sheets）の使用、及び、例えば非導電性材料で形成され若しくはＧＲＰ又は非導電性材料で形成されたスリーブが備えられた軸で封入された適切な取付手段の使用等の保護手段を採用する必要がある。
【００２２】
前記シェル部材４は、任意的に、例えば、少なくとも一つのコア材が２つのＣＲＰ表面層（図示せず）の間又は２つのＣＲＰ積層体の間に介挿されているサンドイッチ構造を有し得る。この場合、前記コア材（図示せず）は、例えば、ハニカム構造又は発泡構造を有することができ、若しくは、パネル及び／又は所定形状の型材によって組み立てられ得る。この場合、前記コア材は、例えば、ＣＲＰ，ＧＲＰ及び／又はＡＲＰ等の繊維強化樹脂、発泡プラスチック、ノーメックス紙等のパラフィン紙、及び／又は、アルミニウム，鋼鉄及び／又はチタニウム合金等の合金によって形成され得る。
【００２３】
前記シェル部材４の構造は、長手方向及び／又は幅方向に異ならされ得る。これは、前記シェル部材４の範囲又は領域がそこに作用する負荷に個々に適応可能とされ得る点において有効である。通常、航空機体の全ての領域が同一負荷又は同じ大きさの負荷を受けるわけではない。例えば、機体５の翼６につながる領域及び機体５の後方領域は、航空機体の他の領域よりも大きな負荷を受ける。前記シェル部材４をこれに応じて適合させる為に、前記シェル部材４は、作用する負荷又は力の大きさ又はタイプに応じて、領域毎に厚みを異ならせた状態で形成され得る。さらに、繊維強化材料が用いられる場合には、繊維の配列は、例えば、そこに生じる負荷及び力の作用に応じて領域毎に異ならされ得る。さらに、前記シェル部材４の領域毎に異なる材料が使用され又は混合されるように、材料を異ならせることもできる。例えば、特に大きな負荷に晒される領域には強固な耐負荷材料を使用する一方で、大きな負荷がかからない他の領域には耐負荷性能の低い材料を使用し得る。この構成によれば、前記シェル部材４の個々の領域に適した強度及び／又は剛性を与えることができる。
【００２４】
前記シェル部材４の構造を変化させる際には、生じ得る力及び負荷のみならず、重量削減や経済的な要素を含む他の種々の要因を考慮する必要がある。一つの効果としては、前記シェル部材４の外面は型又は容器（図示せず）内に保持されつつ、内面は露出されて迅速にアクセス可能とされていることである。この構成においては、その後に繊維強化材によって覆われてるコア内に厚み変化を生じさせる必要無く、繊維強化材を前記シェル部材４に異なる繊維方向及び厚みで容易に取り付けることができる。さらに、サンドイッチ構造における材料及び／又は構造に関し変化を生じさせる異なる種類のコア材を用いることも可能である。前記シェル部材４は、コアを有する前述のリング部材とは異なり、内面から完全にアクセス可能であるから、このタイプのコア材は前記シェル部材４に容易に用いられる。
【００２５】
長尺の繊維強化機体形成用シェル４に係る技術は、現在の金属技術に比して、必要とされるシェルの数量及び対応する結合部分を約８０％削減できる。長尺のシェル部材４は、長手方向に沿った継ぎ目７が横断方向の継ぎ目に比して機体バレルを結合する際に生じる負荷の移送を向上し得るという効果を有する。機体を形成する為に互いに対して結合されなければならず、従って、多数の横断方向継ぎ目を有し且つ多数の転移領域を有する多数の機体バレルに比して、継ぎ目及び転移領域が大変少なく済むので、本発明に係るシェル部材４の長尺性は、原則として、良好な負荷転移性能を達成し得る。
【００２６】
本発明に係るシェル部材４は種々の所望寸法に形成され得る。例えば、前記シェル部材４は、種々の長さ、幅及び厚みを有し得る。特に、前記シェル部材４は、１０ｍ〜１５ｍ又は１０ｍ〜２０ｍの長さ、２０ｍ〜２５ｍ又は２０ｍ〜３０ｍの長さ、３０ｍ〜３５ｍ又は３０ｍ〜４０ｍの長さ、４０ｍ〜４５ｍ又は４０ｍ〜５０ｍの長さ、５０ｍ〜５５ｍ又は５０ｍ〜６０ｍの長さ、及び、それ以上の長さを有し得る。前記範囲内の全ての中間値も含まれる。原則として、前記シェル部材４の長さを１０ｍ未満とすることも可能である。
【００２７】
前記シェル部材４の具体的な長さは、特定の航空機に依存し且つ個々に規定される。前記シェル部材４の幅及び厚みに関しても同様である。本発明に係るシェル部材４は、例えば、コックピット８の後方から後部圧力隔壁９のところまで延びており、航空機体は、例えば、周方向に配設された２つ，３つ，４つ，５つ又はそれより多いシェル部材４によって形成され得る。
【００２８】
従来技術においては、例えば図１に示されるように、小さい複数のシェルによって組み立てられる筒状の機体セクションの間に航空機に応じて４つ，５つ又はそれより多くの横断方向の結合部又は横断方向の継ぎ目が存在する。これに対し、本発明は、非常に長い航空機の場合において、一般的な航空機体領域における横断方向の結合部の数を０又は１に減少させることができる。機首及び尾部は別体の部材とされ、航空機体に結合され得る。
【００２９】
本発明は、複数のシェル部材の大きさ及び作用を一体化して長尺で且つ単一構造の少数の機体シェル４とすることで今まで必要とされていたシェル部材の数量を最少化でき、これにより、必要な横断方向の結合部の数量を減少させることができる繊維複合材料又は混合一体構造によって形成される航空機体を提供する。
【００３０】
ＣＲＰ構造体の採用及び結合部の数量の減少によって、かなりの質量を削減でき且つコストの低廉化を図ることができる。ＣＲＰ構造体を経済的とする為に前記ＣＲＰ構造体のコストをコントロールする手段の一つに一体化がある。本発明は、例えば、機体形成用パネル材がＣＲＰ材料で形成され且つフレーム及び／又は横梁が金属又は合金で形成されている純粋なＣＲＰ構造体及び複合構造体を用いることで経済的な目的達成の容易化を図る。
【００３１】
本発明は、単一の構造体、詳しくは、従来においては大量の部品を使用する必要があったシェル部材４を提供する。これは、従来においては必要であった結合部を不要とする。このことは、さらに、製造方法の容易化をもたらし、物流管理及び製造工程の管理の簡略化をもたらす。生産手段及び製造設備を削減でき且つ簡略化できる。さらに、部品数量の劇的な減少によって、組立及び装着における簡略化を図ることができる。詳しくは、部品のサイズは手続上の変化を招くが、これは決して補償要因ではない。例えばＣＲＰ機体形成用バレルの構造体と比べると、製造上の危険性を十分に最少化でき、且つ、デザイン及び／又は材料の変更に関し高い自由度を得ることができる。
【００３２】
さらに、本発明に係る機体構造及びシェル部材４は、従来のシェル分割体に比して、質量の削減，コストの削減及び処理時間の短縮を可能とする。
【００３３】
ＣＲＰ機体形成用バレルの製品に比して、生産上のリスク低減という効果に加えて、製造手段及び設備に支出を要さず、さらには、工数低減曲線がより良好になるという効果がある。さらに、機体形成用バレルを形成する為にＣＲＰ材料を取り付けるコアを備える必要が無い為、技術改良，部分的なデザイン変更，学習効果，置換材料をより容易に実行することができる。この種の機体形成用バレルは、例えば、補強繊維が回転コアに巻き回される巻き付け方法によって製造されるが、前記回転コアは、形状に応じて、前記部品内に残るか又は前記部品から再び取り除かれる。
【００３４】
好ましい例示形態に基づき本発明を説明したが、本発明は斯かる形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１        機体形成用バレル
２        フレーム
３        パネル材
４        シェル材
５        機体
６        翼
７        長手方向継ぎ目
８        コックピット
９        後部圧力隔壁
【図１】
2010516539.tif 000003
【図２】
2010516539.tif 000004
【国際調査報告】
2010516539.tif 000005
2010516539.tif 000006
2010516539.tif 000007