(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前桁と、桁間中央部で前後に分割されたリブの前方部分と、このリブの前方部分と交差するように結合されるストリンガとを複合材でＲＴＭ一体成形して前方桁間骨組構造体を製造するとともに、この前方桁間骨組構造体の上下面に外板を接着して構成した前方桁間構造と、
後桁と、前記分割されたリブの後方部分と、このリブの後方部分と交差するように結合されるストリンガとを複合材でＲＴＭ一体成形して後方桁間骨組構造体を製造するとともに、この後方桁間骨組構造体の上下面に外板を接着して構成した後方桁間構造と、
前記前方桁間構造と前記後方桁間構造を機械的結合手段により結合する結合金具と、
を有し、
前記前方桁間構造と前記後方桁間構造とで構成される桁間構造により燃料タンクを形成することを特徴とする複合材翼。
【請求項２】
前桁と桁間中央部で前後に分割されたリブの前方部分とストリンガとを複合材で一体成形した前方桁間骨組構造体と前方桁間骨組構造体の上下面に接着された外板とで構成される前方桁間構造と、
後桁と分割された前記リブの後方部分とストリンガとを複合材で一体成形した後方桁構造体と後方桁構造体の上下面に接着された外板とで構成される後方桁間構造と、前方桁間構造と後方桁間構造を機械的結合手段により結合する結合金具と、を有し、
前記前方桁間構造の上下面のいずれか一方の後端にストリンガを一体に配置して一方の連結部を形成し、
前記後方桁間構造の上下面のいずれか他方の前端にストリンガを一体に配置して他方の連結部を形成し、
前記前方桁間構造の後端のストリンガと前記後方桁間構造の外板とを前記一方の連結部を介して機械的結合手段により結合し、
前記前方桁間構造の外板と前記後方桁間構造の前端のストリンガとを前記他方の連結部を介して機械的結合手段により結合したことを特徴とする複合材翼。
【請求項３】
前後に分割された翼の一方の表面に沿う一方の下型治具の上に樹脂を含浸しない織物材で形成した前後いずれか一方の桁部材とストリンガ部材とを置き、この上に樹脂を含浸しない織物材で形成され中央部で前後に分割されたリブの一方の部材を一方の中間治具で支持して配置し、この上に樹脂を含浸しない織物材で形成したストリンガ部材を置き、この上に前後に分割された翼の表面に沿う一方の上型治具を載せ、上型治具を下型治具に固定して密封し、上型治具と下型治具との間に樹脂を導入して加熱し桁とストリンガと分割されたリブの一方とからなる前後いずれかの桁間骨組構造体を一体に成形し、
前後に分割された翼の一方の翼表面形状を持つ一方の下型に複合材プリプレグ外板を積層し、このプリプレグ外板の上に接着剤を介して前後いずれか一方の桁間骨組構造体を配置し、一方の中間治具を一方の桁間骨組構造体の間に配置し、一方の中間治具と一方の桁間骨組構造体の上に接着剤を介して複合材プリプレグ外板を積層し、これらの上に一方の上型を被せ、これら全体を真空バッグフィルムで覆いその内部の空気を排出した状態で加圧加熱して硬化させ前後いずれか一方の桁間構造を一体成形し、
前後に分割された翼の一方の表面に沿う他方の下型治具の上に樹脂を含浸しない織物材で形成した前後いずれか他方の桁部材とストリンガ部材とを置き、この上に樹脂を含浸しない織物材で形成され前後に分割されたリブの他方の部材を他方の中間治具で支持して配置し、この上に樹脂を含浸しない織物材で形成したリブの他方の部材を置き、この上に前後に分割された翼の他方の表面沿う他方の上型治具を載せ、上型治具を下型治具に固定して密封し、上型治具と下型治具との間に樹脂を導入して加熱し桁と縦通材と分割されたリブの他方とからなる前後いずれか他方の桁間骨組構造体を一体に成形し、
前後に分割された翼の他方の翼表面形状を持つ他方の下型に複合材プリプレグを積層し、このプリプレグの上に接着剤を介して他方の桁間骨組構造体を配置し、他方の中間治具を他方の桁間骨組構造体の間に配置し、他方の中間治具と他方の桁間骨組構造の上に接着剤を介して複合材プリプレグ外板を積層し、これらの上に他方の上型を被せ、これら全体を真空バッグフィルムで覆いその内部の空気を排出した状態で加圧加熱して後方桁間構造を一体成形し、
一体成形された一方の桁間構造と一体成形された他方の桁間構造を機械的結合手段により結合する
ことを特徴とする複合材翼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定翼機の主翼構造に係り、特に、前後に分割した桁間構造を有する複合材翼およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に用いられている固定翼機の金属製主翼は、桁、ストリンガ、リブ（シアタイ）および外板をそれぞれ個別に製作し、これらをそれぞれファスナ結合することで組み立てるようにしている。桁間構造を燃料タンクとして使うためには、ストリンガと外板の結合部や、ストリンガとリブの結合部や、桁と外板の結合部が燃料漏洩経路となるので、これら結合部をシール処理する必要がある。
【０００３】
すなわち、燃料金属製主翼の桁間構造を燃料タンクとして使うには、図８に示すように、ストリンガ１００と外板１０１のファスナ結合部１０２や、ストリンガ１００とリブ１０３のファスナ結合部１０４にシール処理１０５，１０６を施したり、図９に示すように、リブ１０３と桁１０７のファスナ結合部１０８や外板１０１とリブ１０３と桁１０７のファスナ結合部１０９にシール処理１１０，１１１を施している。また、ストリンガ１００と外板１０１の接合面やリブ１０３と外板１０１の接合面にもシール処理１１２，１１３を施すことが必要である。
【０００４】
また、外板とストリンガ一体式のインテグラル外板を有する金属製主翼は、図１０に示すように、インテグラル外板１１４と桁１０７（図９）とリブ１０３をそれぞれファスナ結合して桁間構造を組み立てるので、桁間構造を燃料タンクとして使うには、インテグラル外板１１４とリブ１０３のファスナ結合部１１５や図９に示すリブ１０３と桁１０７のファスナ結合部１０８が燃料漏洩経路となるので、ファスナ結合部１１５やファスナ結合部１０８にシール処理１１６，１１０を施したり、インテグラル外板１１４とリブ１０３の接合面にシール処理１１７を施すことが必要である。
【０００５】
また、分割式外板を有する金属製主翼の桁間構造を燃料タンクとして使うには、図１１に示すように分割された外板の端面を近接させて、両外板の端部を結合するスプライスストリンガ１１８と分割外板１１９，１１９のファスナ結合部１２０が燃料漏洩経路となるので、これらファスナ結合部１２０をシール処理１２１することが必要がある。
【０００６】
桁間構造を組み立てる際の通常のファスナ結合の行程は概略次の通りである。
(i)   結合する２つ以上の部品を重ねて位置決めする。
(ii)  これらにドリルによりファスナ孔を穿孔する。
(iii) 重ね合わせた部品を一度分解して、孔周りにできたバリの除去を行う。
(iv)  部品の清掃。
(v)   結合する部品を再度位置決めしてファスナ結合する。
(vi)  液密確保のために燃料漏洩経路にシールを施す。
(vii) 液密性のチェック。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記金属製主翼は、個別に製作した桁、ストリンガ、スプライスストリンガ、リブ（シアタイ）および外板をファスナ結合する際に、部品の穿孔、清掃、ファスニングの行程が必要であり、組立作業に多大の労力と時間を要する。
【０００８】
また、上記金属製主翼において、桁間構造を燃料タンクとして使うには、桁間構造に高い液密性が要求されるので、部品の合わせ面やファスナ孔周りなどの燃料漏洩経路をシール処理し液密性が確保されていることを確認する必要があるが、結合する部品数とファスナ本数を少なくするのに限界がある。
【０００９】
本発明は、上記した点を考慮してなされたもので、分割した桁間構造を複合材材一体成型品の桁間骨組構造体に外板を接着により結合することで構成し、分割した桁間構造を結合金具を介して機械的手段により結合することで製造工程の簡単化を図ることができる複合材翼およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の複合材翼は、
前桁と、桁間中央部で前後に分割されたリブの前方部分と、このリブの前方部分と交差するように結合されるストリンガとを複合材でＲＴＭ一体成形して前方桁間骨組構造体を製造するとともに、この前方桁間骨組構造体の上下面に外板を接着して構成した前方桁間構造と、
後桁と、前記分割されたリブの後方部分と、このリブの後方部分と交差するように結合されるストリンガとを複合材でＲＴＭ一体成形して後方桁間骨組構造体を製造するとともに、この後方桁間骨組構造体の上下面に外板を接着して構成した後方桁間構造と、
前記前方桁間構造と前記後方桁間構造を機械的結合手段により結合する結合金具と、
を有し、
前記前方桁間構造と前記後方桁間構造とで構成される桁間構造により燃料タンクを形成することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の複合材翼は、
前桁と桁間中央部で前後に分割されたリブの前方部分とストリンガとを複合材で一体成形した前方桁間骨組構造体と前方桁間骨組構造体の上下面に接着された外板とで構成される前方桁間構造と、
後桁と分割された前記リブの後方部分とストリンガとを複合材で一体成形した後方桁構造体と後方桁構造体の上下面に接着された外板とで構成される後方桁間構造と、前方桁間構造と後方桁間構造を機械的結合手段により結合する結合金具と、を有し、
前記前方桁間構造の上下面のいずれか一方の後端にストリンガを一体に配置して一方の連結部を形成し、
前記後方桁間構造の上下面のいずれか他方の前端にストリンガを一体に配置して他方の連結部を形成し、
前記前方桁間構造の後端のストリンガと前記後方桁間構造の外板とを前記一方の連結部を介して機械的結合手段により結合し、
前記前方桁間構造の外板と前記後方桁間構造の前端のストリンガとを前記他方の連結部を介して機械的結合手段により結合したことを特徴とする。
【００１２】
本発明の複合材翼の製造方法は、
前後に分割された翼の一方の表面に沿う一方の下型治具の上に樹脂を含浸しない織物材で形成した前後いずれか一方の桁部材とストリンガ部材とを置き、この上に樹脂を含浸しない織物材で形成され中央部で前後に分割されたリブの一方の部材を一方の中間治具で支持して配置し、この上に樹脂を含浸しない織物材で形成したストリンガ部材を置き、この上に前後に分割された翼の表面に沿う一方の上型治具を載せ、上型治具を下型治具に固定して密封し、上型治具と下型治具との間に樹脂を導入して加熱し桁とストリンガと分割されたリブの一方とからなる前後いずれかの桁間骨組構造体を一体に成形し、
前後に分割された翼の一方の翼表面形状を持つ一方の下型に複合材プリプレグ外板を積層し、このプリプレグ外板の上に接着剤を介して前後いずれか一方の桁間骨組構造体を配置し、一方の中間治具を一方の桁間骨組構造体の間に配置し、一方の中間治具と一方の桁間骨組構造体の上に接着剤を介して複合材プリプレグ外板を積層し、これらの上に一方の上型を被せ、これら全体を真空バッグフィルムで覆いその内部の空気を排出した状態で加圧加熱して硬化させ前後いずれか一方の桁間構造を一体成形し、
前後に分割された翼の一方の表面に沿う他方の下型治具の上に樹脂を含浸しない織物材で形成した前後いずれか他方の桁部材とストリンガ部材とを置き、この上に樹脂を含浸しない織物材で形成され前後に分割されたリブの他方の部材を他方の中間治具で支持して配置し、この上に樹脂を含浸しない織物材で形成したリブの他方の部材を置き、この上に前後に分割された翼の他方の表面沿う他方の上型治具を載せ、上型治具を下型治具に固定して密封し、上型治具と下型治具との間に樹脂を導入して加熱し桁と縦通材と分割されたリブの他方とからなる前後いずれか他方の桁間骨組構造体を一体に成形し、
前後に分割された翼の他方の翼表面形状を持つ他方の下型に複合材プリプレグを積層し、このプリプレグの上に接着剤を介して他方の桁間骨組構造体を配置し、他方の中間治具を他方の桁間骨組構造体の間に配置し、他方の中間治具と他方の桁間骨組構造の上に接着剤を介して複合材プリプレグ外板を積層し、これらの上に他方の上型を被せ、これら全体を真空バッグフィルムで覆いその内部の空気を排出した状態で加圧加熱して後方桁間構造を一体成形し、
一体成形された一方の桁間構造と一体成形された他方の桁間構造を機械的結合手段により結合することで構成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の複合材翼の組み立て前の段階を示す図であり、この複合材翼１は、コード方向の中央部で前後に分割された前方桁間構造２と後方桁間構造３とを有する。
上記前方桁間構造２は、前方桁間骨組構造体４と前方桁間骨組構造体４の上面に接着された外板５および下面に接着された外板６とから形成される。前方桁間骨組構造体４と外板５，６は、コボンド成形またはコキュア成形あるいは二次接着により接着される。
【００１４】
上記後方桁間構造３は、後方桁間骨組構造体７と後方桁間骨組構造体７の上面に接着された外板８および下面に接着された外板９とから形成される。後方桁間骨組構造体７と外板８，９は、コボンド成形またはコキュア成形あるいは二次接着により接着される。
【００１５】
上記複合材翼１は、図１および図２に示すように、前方桁間構造２と上記後方桁間構造３を開口側が対向するように配置し、金属又は複合材で作られた結合金具１０を介してファスナのような機械的手段結合１１により互いに結合することで作られる。
【００１６】
上記前方桁間骨組構造体４は、図３に示すように、前桁１２と、この前桁１２にその長手方向と交差する方向に結合されたリブ１３と、このリブ１３の下端にリブ１３と交差するように結合された複数のストリンガ１４と、リブ１３の上端にリブ１３と交差するように結合された複数のストリンガ１５およびＴ字状のスプライスストリンガ１６とを有する。
【００１７】
上記後方桁間骨組構造体７は、図４に示すように、後桁１７と、この後桁１７にその長手方向に交差する方向に結合されたリブ１８と、このリブ１８の下端にリブ１３と交差するように結合された複数のストリンガ１９およびＴ字状のスプライスストリンガ２０と、リブ１８の上面に後方桁１２と平行に結合された複数のストリンガ２１とを有する。
【００１８】
上記前方桁間骨組構造体４の上面に接着された外板５は、図５に示すように、その後端部がスプライスストリンガ１６のフランジ上面の半分に対応する部位に位置するように接着され、一体に成形されている。
【００１９】
上記前方桁間骨組構造体４の下面に接着された外板６は、図６に示すように、その後端部がスプライスストリンガ２０のフランジの半分に対応する部位まで延びている。
前方桁間骨組構造体４の外板６の後端部分６ａは、図６に示すように、スプライスストリンガ２０および結合金具１０にファスナのような機械的結合手段１１により結合される。また、スプライスストリンガ２０のウェブ２０ａと結合金具１０もファスナのような機械的結合手段１１により結合されている。この場合、外板６とスプライスストリンガ２０と結合金具１０の接合部にはシール材２２が施され、外板６とスプライスストリンガ２０と結合金具１０のファスナ結合部にはシール材２３が施され、スプライスストリンガ２０のウェブ２０ａと結合金具１０のファスナ結合部にはシール材２４が施され、スプライスストリンガ２０のウェブ２０ａと結合金具１０の接合面にはシール材２５が施されている。
【００２０】
上記後方桁間骨組構造体７は、図４に示すように、後方桁１７と、この後方桁１７に交差する方向に結合されたリブ１８と、このリブ１８の下端にリブ１８と交差して結合された複数のストリンガ１９およびスプライスストリンガ２０と、リブ１８の上端にリブ１８と交差するようにして結合された複数のストリンガ２１とを有する。
【００２１】
上記後方桁間骨組構造体７の上面に接着された外板８は、図５に示すように、その先端部がスプライスストリンガ１６の上面の半分すなわちフランジ部の半分まで延びている。
【００２２】
後方桁間骨組構造体７の下面に接着された外板６は、図６に示すように、その先端部がスプライスストリンガ２０の下面の半分すなわちフランジ部の半ばまで延び、スプライトストリンガ２０が一体に接着されている。
【００２３】
後方桁間骨組構造体７の外板８の先端部分８ａは、図５に示すように、スプライスストリンガ１６および結合金具１０にファスナのような機械的結合手段１１により結合されている。また、スプライスストリンガ１６のウェブ１６ａと結合金具１０もファスナのような機械的結合手段１１により結合されている。この場合、外板８とスプライスストリンガ１６と結合金具１０の接合部にはシール材２６が施され、外板８とスプライスストリンガ１６と結合金具１０のファスナ結合部１１にはシール材２７が施され、スプライスストリンガ１６のリブ１６ａと結合金具１０のファスナ結合部１１にはシール材２８が施され、スプライスストリンガ１６のリブ１６ａと結合金具１０の接合面にはシール材２９が施されている。
【００２４】
つぎに、本発明の複合材翼の製造方法について説明する。
前方桁間骨組構造体４と後方桁間骨組構造体７および前方桁間構造２と後方桁間構造３は、同じ成形工程で成形されるので、前方桁間骨組構造体４および前方桁間構造２の成形工程についてのみ説明し、後方桁間骨組構造体７および後方桁間構造３の成形工程の説明を省略する。
【００２５】
前方桁間骨組構造体４は、ＲＴＭ法を使用して製作される。図７に示すように、下型治具３０の上に樹脂を含浸しない織物材で形成した桁部材１２ａとストリンガ部材１４ａ，１４ａを置き、この上に樹脂を含浸しない織物材で形成したリブ（図示せず）を中間治具３１，３１，３１で支持して配置し、この上に樹脂を含浸しない織物材で形成したストリンガ部材１５ａ，１５ａおよび１６ｂを置き、この上に上型治具３２を載せ、上型治具３２と下型治具３０を成形型３３，３４に固定して密封し、上型治具３２と下型治具３０との間に樹脂を導入し、桁部材１２ａとストリンガ部材１４ａ，１５ａ，１６ｂと分割されたストリンガ部材に含浸した樹脂を加熱加圧処理することで硬化することで成形される。
【００２６】
前方桁間骨組構造体４を治具から取り出した後、翼表面形状を持つ下型に複合材プリプレグ（外板部材）を積層し、このプリプレグの上に接着剤を介して治具から取り出した前方桁間骨組構造体４を配置し、中間治具（３１，３１，３１）を前方桁間骨組構造体４の間に配置し、中間治具（３１，３１，３１）と前方桁間骨組構造体４の上に接着剤を介して複合材プリプレグ（外板部材）を積層し、これらの上にもう一方の翼表面形状を持つ上型治具を被せ、これら全体を真空バッグフィルムで覆いその内部の空気を排出しながら加圧加熱することで前方桁間構造２が作られる。即ち前方桁間構造２は、一体成形された前方桁間骨組構造体４に外板５，６を接着することで作られる。
【００２７】
上記前方桁間構造２は、外板５，６をエポキシ樹脂に炭素繊維を浸したプリプレグを複数枚積層したもので形成しているが、外板５，６は、エポキシ樹脂に炭素繊維を浸したプリプレグを複数枚積層したものを一次硬化（プリキュア）させたものや製品形状の空洞を有する成形治工具の空洞内に賦形した炭素繊維をセットし、樹脂を注入して一次硬化（プリキュア）させるたものであってもよいのはもちろんである。
【００２８】
上記したように、上記前方桁間構造２は、前方桁間骨組構造体４と外板５，６をコボンド成形またはコキュア成形により接着することで作られているが、一次硬化した部品同士を接着する二次接着により接着することで作ることもできる。
【００２９】
後方桁間骨組構造体７および後方桁間構造３は、前方桁間骨組構造体４および前方桁間構造２の同様な成形工程により作られる。
【００３０】
一体成形された前方桁間構造２と一体成形された後方桁間構造３は、図１および図２に示すように、開口側が対向するように配置され、金属又は複合材で作られた結合金具１０を介してファスナのような機械的結合手段１１により互いに結合され複合材翼１を構成する。この場合、前方桁間構造２のスプライスストリンガ１６の一部は、図５に示すように、分割した後方桁間構造３と結合するために外板５に接着されない部分を有し、同様に、後方桁間構造３のスプライスストリンガ２０の一部は、図６に示すように、分割した前方桁間構造２と結合するために外板９に接着されない部分を有する。
【００３１】
また、ファスナのような機械的結合手段１１による結合部および部材の接合部には、図５や図６に示すシール処理が施される。
【００３２】
【発明の効果】
本発明による複合材翼は、従来の金属製翼で行われていたように桁、シアタイ、リブ、外板等の部品を成形し、それらを機械的結合手段により結合するようなことを行わず、分割された前方桁間構造と後方桁間構造を一体で成形し機械的手段により結合して製作されるので、複合材翼の低コスト化が可能になる。
【００３３】
また、本発明による複合材翼は、桁間構造を燃料タンクとして使う際には、桁間構造を骨組構造体の片面に外板を接着して構成することにより、結合時のファスナ結合が上下外板の各一面のみとなるので、シール処理確実なシールとシール作業の容易化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による複合材翼の組み立てる前の状態を示す図。
【図２】  本発明による複合材翼の断面図。
【図３】  本発明による複合材翼の前方桁間骨組構造体を部分的に示す斜視図。
【図４】  本発明による複合材翼の後方桁間骨組構造体を部分的に示す斜視図。
【図５】  本発明による複合材翼の前方桁間構造と後方桁間構造の上側部分の機械的結合部を示す図。
【図６】  本発明による複合材翼の前方桁間構造と後方桁間構造の下側部分の機械的結合部を示す図。
【図７】  本発明による複合材翼の桁間骨組構造体のＲＴＭ法による成形装置を示す図。
【図８】  従来の金属製主翼の桁間構造を示す図。
【図９】  従来の金属製主翼の桁間構造を示す図。
【図１０】  従来の金属製主翼の桁間構造を示す図。
【図１１】  従来の金属製主翼の桁間構造を示す図。
【符号の説明】
１  複合材翼
２  前方桁間構造
３  後方桁間構造
４  前方桁間骨組構造体
５  外板
６  外板
７  後方桁間骨組構造体
８  外板
９  外板
１０  結合金具
１１  機械的結合手段
１２  前桁
１３  リブ
１４  ストリンガ
１５  ストリンガ
１６  スプライスストリンガ
１７  後桁
１８  リブ
１９  ストリンガ
２０  スプライスストリンガ
２１  ストリンガ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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