(57)【要約】      （修正有）【課題】航空機等に使用されるジョイントには大きな負荷がかかるため、層間剥離が起こる可能性がある。このようなジョイントで過剰な力に対応し、層間剥離及び複合材料破壊を防止できる、簡素で軽量なジョイントを提供する。【解決手段】連続外板１１２の対向する面に結合される重なり合うブレードストリンガー１０８、１１０を利用する構造ジョイント１０２とする。構造ジョイントは、連続外板の内側表面に結合される第１コンポーネント１０４に関連する任意の数の内側ブレードストリンガー１０８を含む。第２コンポーネント１０６に関連する任意の数の外側ブレードストリンガー１１０は、連続外板の外側表面に結合されていてもよい。内側ブレードストリンガー及び外側ブレードストリンガーは連続外板の対向する表面に重なっていてもよい。【選択図】図１
2013159337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側表面と外側表面を有する連続外板（１１２）と、
前記連続外板（１１２）の前記内側表面に結合され、互いにほぼ平行に構成される複数の内側ブレードストリンガー（１０８）であって、各々がジョイントエンド（２０２）を有する複数の内側ブレードストリンガー（１０８）と、
前記連続外板（１１２）の前記外側表面に結合され、互いにほぼ平行に構成される複数の外側ブレードストリンガー（１１０）であって、各々がジョイントエンド（２０２）を有する複数の外側ブレードストリンガー（１１０）とを含み、
前記複数の内側ブレードストリンガー（１０８）及び前記複数の外側ブレードストリンガー（１１０）の前記ジョイントエンド（２０２）が前記連続外板（１１２）の対向する面上で重なる、構造ジョイント。
【請求項２】
各内側ブレードストリンガー（１０８）は、前記連続外板（１１２）の前記内側表面に結合された内側ストリンガー基板フランジ（２０４Ａ）と、前記内側ストリンガー基板フランジ（２０４Ａ）から離れるように突出し且つ前記内側ブレードストリンガーの前記ジョイントエンド（２０２）の丈の低い部分までテーパー処理される内側ストリンガーウェブ（２０６Ａ）とを含み、
各外側ブレードストリンガー（１１０）は、前記連続外板（１１２）の前記外側表面に結合された外側ストリンガー基板フランジ（２０４Ｂ）と、前記外側ストリンガー基板フランジ（２０４Ｂ）から離れるように突出し且つ前記外側ブレードストリンガーの前記ジョイントエンド（２０２）の丈の低い部分までテーパー処理される外側ストリンガーウェブ（２０６Ｂ）とを含む、
請求項１に記載の構造ジョイント（１０２）。
【請求項３】
前記内側ストリンガーウェブ（２０６Ａ）は、前記内側ブレードストリンガー（１０８）の前記ジョイントエンド（２０２）の丈の低い部分までテーパー処理される前記内側ストリンガー基板フランジ（２０４Ａ）に対向する開放端部を含み、前記外側ストリンガーウェブ（２０６Ｂ）は、前記外側ブレードストリンガー（１１０）の前記ジョイントエンド（２０２）の丈の低い部分までテーパー処理される前記外側ストリンガー基板フランジ（２０４Ｂ）に対向する開放端部を含む、請求項２に記載の構造ジョイント（１０２）。
【請求項４】
前記丈の低い部分が前記内側ストリンガーウェブ（２０６Ａ）又は前記外側ストリンガーウェブ（２０６Ｂ）の外側表面と面一となる高さを有する、請求項２に記載の構造ジョイント（１０２）。
【請求項５】
前記複数の内側ブレードストリンガー（１０８）及び前記複数の外側ブレードストリンガー（１１０）のジョイントエンド（２０２）が、非ゼロ重なり角に従って前記連続外板（１１２）の対向する面上で重なる、請求項１に記載の構造ジョイント（１０２）。
【請求項６】
前記非ゼロ重なり角が航空機主翼の掃引角度を含む、請求項５に記載の構造ジョイント（１０２）。
【請求項７】
２つの構造物を連結する方法であって、
複数の内側ブレードストリンガー（１０８）を提供するステップであり、前記複数の内側ブレードストリンガー（１０８）の各々が内側ストリンガー基板フランジ（２０４Ａ）及び前記内側ストリンガー基板フランジ（２０４Ａ）から離れるように突出し且つ前記内側ブレードストリンガー（１０８）のジョイントエンド（２０２）の丈の低い部分までテーパー処理される内側ストリンガーウェブ（２０６Ａ）を含むステップと、
前記複数の内側ブレードストリンガー（１０８）を第１構造物に結合するステップと、
複数の内側ブレードストリンガー（１０８）の各々の前記内側ストリンガー基板フランジ（２０４Ａ）を連続外板（１１２）の内側表面に結合するステップと、
複数の外側ブレードストリンガー（１１０）を提供するステップであり、前記複数の外側ブレードストリンガー（１１０）の各々が外側ストリンガー基板フランジ及び前記外側ストリンガー基板フランジ（２０４Ｂ）から離れるように突出し且つ前記外側ブレードストリンガー（１１０）のジョイントエンド（２０２）の丈の低い部分までテーパー処理される外側ストリンガーウェブ（２０６Ｂ）を含むステップと、
前記複数の外側ブレードストリンガー（１１０）を第２構造物に結合するステップと、
前記複数の外側ブレードストリンガー（１１０）の各々の前記外側ストリンガー基板フランジ（２０４Ｂ）を前記連続外板（１１２）の外側表面に結合するステップであって、各内側ブレードストリンガー（１０８）の前記ジョイントエンド（２０２）が前記連続外板（１１２）の対向する面上で各外側ブレードストリンガー（１１０）の前記ジョイントエンド（２０２）に重なるステップと
を含む方法。
【請求項８】
前記複数の内側ブレードストリンガー（１０８）を提供するステップは、前記複数の内側ブレードストリンガー（１０８）を提供するステップであって、各ストリンガーが前記内側ブレードストリンガー（１０８）の前記ジョイントエンドの丈の低い部分までテーパー処理される前記内側ストリンガー基板フランジ（２０４Ａ）の対向する開放端部を伴う内側ストリンガーウェブ（２０６Ａ）を有するステップをさらに含み、前記複数の外側ブレードストリンガー（１１０）を提供するステップは、前記複数の外側ブレードストリンガー（１１０）を提供するステップであって、各ストリンガーが前記外側ブレードストリンガー（１１０）の前記ジョイントエンド（２０２）の丈の低い部分までテーパー処理される前記外側ストリンガー基板フランジ（２０４Ｂ）の対向する開放端部を伴う外側ストリンガーウェブ（２０６Ｂ）を有するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記丈の低い部分が前記内側ストリンガーウェブ（２０６Ａ）又は前記外側ストリンガーウェブ（２０６Ｂ）の外側表面と面一となる高さを有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の内側ブレードストリンガー、前記複数の外側ブレードストリンガー（１１０）、及び前記連続外板（１１２）に構造部材（１１４、１１６、１１８）を結合するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
航空機並びに他の種類の輸送手段及び構造物は、航空機又は構造物の様々な表面を覆う外板に強度及び補剛性を付与するためにストリンガーを使用する。２つのコンポーネントはジョイントで１点に収束するため、従来の技術は、各コンポーネント及び外板のストリンガーを、ジョイントに所望の強度を付与する一又は複数の金属接合プレートで終端処理するステップを含む。ストリンガー及び外板に複合材料を使用している場合、負荷が増大して対応するモーメントが日常的に作用するときには、これらのジョイントには層間剥離が起こる可能性がある。このようなジョイントで過剰な力に対応し、層間剥離及び複合材料破壊を防止するため、これらの従来のジョイント並びに接合プレートは一般的に複雑で、好ましくないほど重くなっている。
【０００２】
このような観点並びにその他の観点から、ここに本発明が開示される。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の概要は、以下の詳細説明でさらに述べられる単純化された形式で概念の選択を導入するために提供されるものと認識されたい。本発明の概要は、請求の範囲の対象の範囲を限定するために使用されることを意図するものではない。
【０００４】
装置及び方法は、連続外板に２つのコンポーネントを結合し、内側と外側のストリンガーを重ね合わせる構造ジョイントを提供する。本明細書で開示されている一態様によれば、構造ジョイントは内側表面と外側表面とを有する連続外板を含んでいてもよい。任意の数の内側ブレードストリンガーは、連続外板の内側表面と結合され、互いに平行に配置されていてもよい。任意の数の外側ブレードストリンガーは、連続外板の外側表面と結合され、互いに平行に配置されていてもよい。内側と外側のストリンガーは、連続外板の対向する面に重なるジョイントエンドを有していてもよい。
【０００５】
別の一態様によれば、２つの構造物を連結する方法は、任意の数の内側ブレードストリンガーを提供するステップを含み、各ストリンガーは内側ストリンガー基板フランジ、並びに内側ストリンガー基板フランジから離れるように突出し、ストリンガーのジョイントエンドの丈の低い部分までテーパー処理される内側ストリンガーウェブを有する。内側ブレードストリンガーは第１構造物に結合されている。各内側ブレードストリンガーの内側ストリンガー基板フランジは、連続外板の内側表面に結合されている。任意の数の外側ブレードストリンガーが提供されることがあり、その各々は外側ストリンガー基板フランジ、並びに外側ストリンガー基板フランジから離れるように突出し、外側ブレードストリンガーのジョイントエンドの丈の低い部分までテーパー処理される外側ストリンガーウェブを有していてもよい。外側ブレードストリンガーは、第１構造物と連結されている第２構造物に結合されていてもよい。各外側ブレードストリンガーの外側ストリンガー基板フランジは、連続外板の外側表面に結合されていてもよい。各内側及び外側ブレードストリンガーのジョイントエンドは、連続外板の対向する面に重なっていてもよい。
【０００６】
さらに別の一態様によれば、構造ジョイントは連続外板、任意の数の内側ブレードストリンガー、及び任意の数の外側ブレードストリンガーを含んでいてもよい。内側ブレードストリンガーは互いに平行に配置することが可能で、各々は、連続外板の内側表面に結合された内側ストリンガー基板フランジ、及び内側ストリンガー基板フランジから距離が離されている開放端部を有する内側ストリンガーウェブを含むことができる。この距離は、各内側ブレードストリンガーのジョイントエンドの丈の低い部分まで短くなることがある。外側ブレードストリンガーは互いに平行に配置することが可能で、各々は、連続外板の外側表面に結合された外側ストリンガー基板フランジ、及び外側ストリンガー基板フランジから距離が離されている開放端部を有する外側ストリンガーウェブを含むことができる。この距離は、各外側ブレードストリンガーのジョイントエンドの丈の低い部分まで短くなることがある。内側ブレードストリンガー及び外側ブレードストリンガーのジョイントエンドは、連続外板の対向する面に重なっていてもよい。
【０００７】
既に説明した特徴、機能及び利点は、本発明の様々な実施形態で独立に実現することが可能であるか、以下の説明及び図面を参照してさらなる詳細が理解されうる、さらに別の実施形態で組み合わせることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本明細書に記載される様々な実施形態による、内側ブレードストリンガー及び外側ブレードストリンガーを使用する本体側面ジョイントの実施例の上面斜視図である。
【図２】本明細書に記載される様々な実施形態による、例示的なブレードストリンガーのジョイントエンドの側面図である。
【図３】本明細書に記載される様々な実施形態による、例示的なブレードストリンガーのジョイントエンドの上面図である。
【図４】本明細書に記載される様々な実施形態による、内側ブレードストリンガー及び外側ブレードストリンガーを使用する本体側面ジョイントの実施例の底面斜視図である。
【図５】本明細書に記載される様々な実施形態による、内側ブレードストリンガー及び外側ブレードストリンガーを使用する本体側面ジョイントの実施例の上面図である。
【図６】本明細書に記載される様々な実施形態による、内側ブレードストリンガー、外側ブレードストリンガー、及び連続外板を使用する構造ジョイントを作成するための方法を図解する工程フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の詳細な説明は、内側及び外側ブレードストリンガーを使用する構造ジョイントに連続外板を提供するための方法を対象としている。上で簡単に説明したように、従来のコンポーネントストリンガー及び対応する外板はジョイントの位置で終了するため、高負荷領域での複合材料の層間剥離又は不具合を防止するには、強化されたターミネーションブロック又は接続金具の使用が必要となる。その結果構造ジョイントは複雑になり、構造物の重量が増す。この複雑さと重量は、航空機又は他の輸送手段に関連して使用される場合には、好ましくない。
【００１０】
本明細書で説明されている概念を利用することにより、層間剥離又は負荷による不具合が発生することなく連結される２つのコンポーネントを越えて複合材料又はその他の外板が連続可能となるような方法で、航空機の翼及び胴体などの構造コンポーネントを連結することができる。以下でさらに詳しく説明するように、ブレードストリンガーは連続外板の内側及び外側の表面で使用することができる。基板フランジ、ウェブ、及びトップキャップを含む従来の「I 形」ストリンガーと異なり、本明細書で説明されているブレードストリンガーは、従来のストリンガーでは一般的なトップキャップを使用することなく、基板フランジとウェブを用いて構成することが可能で、これによりコンポーネントの複雑さと重量がさらに軽減される。以下で説明されるストリンガーのウェブは、コンポーネントが連結されるストリンガーの端部方向の基板フランジに向かって下方にテーパー処理されることがある。ウェブは、内側及び外側ストリンガーが重なる連続外板の対向する面上の重なり領域内でテーパー処理されることがある。
【００１１】
以下の詳細説明において、本明細書の一部を形成し、説明、特定の実施形態又は実施例として示される添付の図面を参照する。ここで図面を参照して、内側及び外側ブレードストリンガーを備える連続外板を有する構造ジョイントについて説明するが、幾つかの図面において同じ番号は同じ要素を表す。図１に注目すると、構造ジョイント１０２の上面斜視図が示されている。構造ジョイント１０２は、互いに連結されている第１コンポーネント１０４と第２コンポーネント１０６を含むことがある。
【００１２】
１つの例示的な実施形態によれば、構造ジョイント１０２は、第１コンポーネント１０４が航空機の主翼ボックスで第２コンポーネント１０６が航空機胴体のセンターボックスである、航空機の本体側面ジョイントを含むことがある。航空機の本体側面ジョイントは、航空機の主翼が胴体に結合される箇所である。この箇所には、飛行中に航空機の主翼及び胴体に作用する様々な力によって、一般的に高い負荷が存在する。航空機及びその他の輸送手段のコンポーネント上では、複合材料が使用されることが多い。本体側面ジョイントに存在する過度の力並びにこれに対応する複合材料の層間剥離及び不具合のリスクにより、本体側面ジョイントは複合材料コンポーネントにとって特に難しい応用となっている。
【００１３】
既に説明したように、本体側面ジョイントで複合材料を使用することにより、典型的には主翼ボックスストリンガー、センターボックスストリンガー、及び航空機外板を一又は複数の接合プレート又は固定具の位置で終端処理して、関連する負荷を管理することができる。しかしながら、本明細書に記載されている実施形態により、外板を接合プレートの位置で終端処理することなく、このジョイントを越えて主翼ボックスからセンターボックスまで連続させることができる。このようにすることにより、飛行中に経験する負荷を適切に管理する能力を維持しつつ、構造ジョイント１０２の重量を軽減することができる。航空機の本体側面ジョイントの実施例に関しては様々な実施形態が検討されうるが、本明細書で説明される概念及び実施形態は、本発明の開示及び添付されている特許請求の範囲を逸脱することなく、任意の輸送手段又は固定構造物の任意の構造ジョイントに等しく適用することができる。
【００１４】
既に説明したように、構造ジョイント１０２は、互いに連結されている第１コンポーネント１０４と第２コンポーネント１０６を含むことがある。１つの実施形態によれば、第１コンポーネント１０４は、任意の数の内側ブレードストリンガー１０８、内側ブレードストリンガー１０８及び／又は連続外板１１２に取り付けられた一又は複数の構造部材１１４、並びに連続外板１１２を含むことができる。同様に、第２コンポーネント１０６は、任意の数の外側ブレードストリンガー１１０、外側ブレードストリンガー１１０及び／又は連続外板１１２に取り付けられた一又は複数の構造部材１１８、並びに連続外板１１２を含むことができる。上述の本体側面の実施例に続いて、第１コンポーネント１０４は主翼ボックスを含むことが可能で、主翼ボックスは、構造部材１１４として提示される任意の数のリブ、さらには図１には示されていないが、従来航空機の翼に関連するリブ及び／又はストリンガー及び外板に結合されている任意の数及び種類の主翼コンポーネントを含むことができる。本体側面の実施例の第２コンポーネント１０６は胴体のセンターボックスを含むことが可能で、センターボックスは、任意の数の構造部材１１６、さらには図１には示されていないが、従来航空機の本体に関連するストリンガー又は外板に結合されている任意の数及び種類の胴体コンポーネントを含むことができる。
【００１５】
１つの実施形態によれば、内側ブレードストリンガー１０８は互いにほぼ平行に構成され、各々は連続外板１１２の内側表面１２０に結合されており、一方、外側ブレードストリンガー１１０もまた互いに平行に構成され、連続外板１１２の外側表面１２２に結合されている。図１の破線は、連続外板の対向する面、又は外側表面１２２に結合される外側ブレードストリンガー１１０を表わす。図１に示すように、又図５に関して以下でさらに詳細に説明されるように、内側ブレードストリンガー及び外側ブレードストリンガー１１０の端部は、連続外板１１２の対向する面上で互いに重なり合う。
【００１６】
構造部材１１６は、Ｔコード又は第１翼リブを含むことがあるが、第１コンポーネント１０４と第２コンポーネント１０６が１点に集まる中央部分で構造ジョイント１０２に結合されていてもよい。構造部材１１６は、構造ジョイント１０２の面外への移動を抑えるように支えることができる。明確にするため、図１にのみ構造部材１１４、１１６、及び１１８を示す。種々の図に示した構造ジョイント１０２は部分構造を示すもので縮尺どおりには描かれていないことを理解されたい。構造ジョイント１０２は任意の形状と大きさで、内側ブレードストリンガー１０８、外側ブレードストリンガー１１０、及び任意の寸法を有する連続外板１１２を伴っていてもよい。
【００１７】
図２及び３はそれぞれ、１つの実施形態による部分的な内側ブレードストリンガー１０８又は外側ブレードストリンガー１１０のジョイントエンド２０２の側面図及び上面図を示している。内側ブレードストリンガー１０８はそれぞれ、連続外板１１２の内側表面１２０に接着又は結合されている内側ストリンガー基板フランジ２０４Ａを含む。内側ストリンガーウェブ２０６Ａは、内側ストリンガー基板フランジ２０４Ａから内側ストリンガー基板フランジ２０４Ａに対向する開放端部２０８Ａでの高さ２１０まで突出する。同様に、外側ブレードストリンガー１１０はそれぞれ、連続外板１１２の外側表面１２２に接着又は結合されている内側ストリンガー基板フランジ２０４Ｂを含む。外側ストリンガーウェブ２０６Ｂは、外側ストリンガー基板フランジ２０４Ｂから外側ストリンガー基板フランジ２０４Ｂに対向する開放端部２０８Ｂ（「２０８Ａ」及び「２０８Ｂ」は本明細書では一般的に「２０８」で参照される）で丈の高い部分２１０まで突出する。
【００１８】
本明細書で使用されている「開放端部」という用語は、従来の「I 形」ストリンガー構成では典型的なように、トップキャップ又はトップフランジに結合又は当接していないエッジを指す。様々な実施形態によれば、内側ブレードストリンガー１０８と外側ブレードストリンガー１１０の重なり及び／又は重なる箇所によってもたらされる補強及びその他の構造上の利点により、開放端部２０８が可能である。代替的な実施形態によれば、開放端部２０８は、従来のストリンガーの方法でトップキャップ又はトップフランジに当接し、連続し、又は結合されるエッジによって置き換えることができる。しかしながら、開放端部２０８は、従来のストリンガー設計と比較して、製造コストを低減し、構造ジョイント１０２及び対応するコンポーネントの全体の重量を低減することが可能である。
【００１９】
１つの実施形態によれば、内側ストリンガーウェブ２０６Ａは、ストリンガーのジョイントエンド２０２の丈の高い部分２１０から丈の低い部分２１２まで、トリミングされるか、又はテーパー処理される。テーパー処理によるストリンガーの長さの減少は、連続外板１１２の対向面上で対応して重なり合うストリンガーによって相殺される。例えば、図１の構造部材１１４の左に位置する第１コンポーネント１０４上のある箇所で、内側ブレードストリンガー１０８の内側ストリンガーウェブ２０６Ａは最高の高さ、すなわち丈の高い部分２１０となり、最大の構造補強と補剛の利点をもたらす。内側ブレードストリンガー１０８は構造部材１１４を通って延伸するにつれて、連続外板１１２の外側表面１２２の上の外側ブレードストリンガー１１０の外側端部に重なり始める。１つの実施形態によれば、ほぼこの位置で、ストリンガーの外側端部の丈の低い部分２１２に到達するまで、内側ストリンガーウェブ２０６Ａはテーパー処理が開始される。外側ブレードストリンガー１１０の外側ストリンガーウェブ２０６Ｂは、内側ブレードストリンガー１０８の重なりが始まる位置からほぼ始まる丈の低い部分２１２まで対応するようにテーパー処理され、この実施例の構造部材１１８にほぼ達することができる。
【００２０】
内側ストリンガーウェブ２０６Ａ及び外側ストリンガーウェブ２０６Ｂは、テーパー処理されるため、開放端部２０８Ａ及び２０８Ｂがそれぞれ内側ストリンガー基板フランジ２０４Ａ及び外側ストリンガー基板フランジ２０４Ｂから丈の高い部分２１０の位置に配置されている時に生じる構造補強と補剛性の一部を失う可能性がある。しかしながら、これらの損失は、連続外板１１２の対向する面上で対応するように重なり合うストリンガーの追加によって相殺される。すなわち、内側ブレードストリンガー１０８の内側ストリンガーウェブ２０６Ａが、連続外板１１２の内側表面１２０の丈の低い部分２１２の位置又は近傍にあるときには、同一位置での連続外板１１２の外側表面１２２上の外側ブレードストリンガー１１０の外側ストリンガーウェブ２０６Ｂが丈の高い部分２１０の位置又は近傍に留まるため、当該位置の構造ジョイント１０２によって受ける負荷は制御された状態に留まる。さらに、内側ストリンガーウェブ２０６Ａ及び外側ストリンガーウェブ２０６Ｂをテーパー処理することによって、対応するウェブ内部の歪みが低減され、この歪みの結果として発生する可能性のある外側ストリンガーウェブ２０６Ｂと外側ストリンガー基板フランジ２０４Ｂとの間の層間剥離だけでなく、内側ストリンガーウェブ２０６Ａと内側ストリンガー基板フランジ２０４Ａとの間の層間剥離も防止される。このように、連続外板１１２、内側ブレードストリンガー１０８及び外側ブレードストリンガー１１０を使用することで、複雑で重い接合プレートを使用することなく、第１コンポーネント１０４を構造ジョイント１０２の位置で第２コンポーネント１０６と結合することが可能である。
【００２１】
内側ストリンガーウェブ２０６Ａ及び外側ストリンガーウェブ２０６Ｂの丈の高い部分２１０は、ストリンガーが設計される特定の用途並びにストリンガー及び構造ジョイント１０２が受ける負荷に応じて決まることがある。限定するものではないが、内側ストリンガー基板フランジ２０４Ａ並びに外側ストリンガー基板フランジ２０４Ｂの幅と厚み、及びストリンガーウェブの厚みを含む、内側ブレードストリンガー１０８並びに外側ブレードストリンガー１１０に関連するその他の寸法も、用途に固有のものである。丈の低い部分２１２もまた、内側ブレードストリンガー１０８及び外側ブレードストリンガー１１０の特定の用途に応じて決まることがある。１つの実施形態によれば、内側ストリンガーウェブ２０６Ａ及び外側ストリンガーウェブ２０６Ｂが、丈の高い部分２１０から、それぞれ内側ストリンガー基板フランジ２０４Ａ及び外側ストリンガー基板フランジ２０４Ｂの外側表面とほぼ面一となる丈の低い部分２１２まで、テーパー処理されるため、丈の低い部分はほぼゼロになる。
【００２２】
テーパー特性は具体的な用途に応じて変わる可能性があることを理解されたい。例えば、開放端部２０８が水平から下に向かってテーパー処理されるテーパー角２１４は、図５に関して以下でさらに詳細に説明されるように、その他の設計条件の中で、構造ジョイント１０２の所望の重なり領域に応じて決まることがある。１つの例示的な実施形態によれば、内側ブレードストリンガー１０８及び外側ブレードストリンガー１１０の丈の高い部分２１０は２．５〜３インチであって、テーパー処理が開始される点から５５〜６５インチ離れた位置になる終点の高さ０インチの丈の低い部分２１２まで、下に向かってテーパー処理される。このようにすることで、テーパー角２１４は、約２．７５度、すなわち２．５〜３度の間の角度となる。
【００２３】
構造ジョイント１０２が航空機の本体側面ジョイントを含む１つの実施形態によれば、内側ブレードストリンガー１０８は航空機主翼のセクション１２から始まり、主翼ボックス近傍又はその内部のセクション１１で終わるまで横に延びることがある。同様に、外側ブレードストリンガー１１０は、航空機胴体のセンターボックス内から始まり、主翼の第２リブ又はその近傍で終わってもよい。これらの実施例は例示のみを目的として提供されるものであり、内側ブレードストリンガー１０８及び外側ブレードストリンガー１１０の実際の特性は具体的な実装に応じて変化しうることを理解されたい。
【００２４】
内側ブレードストリンガー１０８及び外側ブレードストリンガー１１０は、特定の用途並びに構造ジョイント１０２が受ける負荷に応じて、任意の適切な材料で作られることがある。種々の実施形態によれば、連続外板１１２に加えて、内側ブレードストリンガー１０８及び外側ブレードストリンガー１１０は、剛性が増すにつれて軸方向係数が高くなる複合材料などの複合材料から作られることがある。複合材料は一般的に、従来の金属材料と比較して、重量を大幅に軽減しつつ、高い強度特性を提供する。既に述べたように、本明細書に記載されている構造ジョイント１０２の内側／外側ストリンガーが重なる構造は、層間剥離又は不具合のリスクなしで、又重く複雑な接合プレートを使用することなく、ジョイントを越える連続外板１１２の使用を可能にする。
【００２５】
図４は、１つの実施形態による、図１の構造ジョイント１０２の底面斜視図を示している。わかりやすくするため、構造部材１１４、１１６、及び１１８は省略されている。図に示したように、この実施形態によれば、外側ブレードストリンガー１１０は別のブレードストリンガーとほぼ平行に配置され、第２コンポーネント１０６から構造ジョイント１０２へ延伸している。外側ストリンガー基板フランジ２０４Ｂは、連続外板１１２の外側表面１２２に接着又は結合されている。外側ストリンガーウェブ２０６Ｂは、ストリンガーの外側端部の丈の高い部分２１０から丈の低い部分２１２までテーパー処理されている。連続外板１１２の内側表面１２０に結合されている内側ブレードストリンガー１０８を示す破線からわかるように、外側ブレードストリンガー１１０及び内側ブレードストリンガー１０８は、構造ジョイント１０２の対向する面上で重なる。
【００２６】
次に図５に注目すると、実施例のジョイントの上面図を参照しつつ、構造ジョイント１０２のさらなる態様が説明される。上面図は、第１コンポーネント１０４の内側ブレードストリンガー１０８と第２コンポーネント１０６の外側ブレードストリンガー１１０との重なりの１つの実施例を明瞭に図解している。この実施例の実施形態によれば、内側ブレード１０８は第１コンポーネント１０４から構造ジョイント１０２の中へ延伸している。１つの実施例として、内側ブレードストリンガー１０８は、航空機主翼の翼端から、構造ジョイント１０２として示されている本体側面ジョイントへ延伸してもよい。外側ブレードストリンガー１１０は、航空機胴体のセンターボックスなどの第２コンポーネント１０６から、構造ジョイント１０２へ延伸する。内側ブレードストリンガー１０８は連続外板１１２の内側表面１２０に結合されており、一方、外側ブレードストリンガー１１０は破線で示すように連続外板１１２の外側表面１２２に結合されている。
【００２７】
内側ブレードストリンガー１０８と外側ブレードストリンガー１１０は、重なり箇所５０６で始まる重なり領域５０２の中の連続外板１１２の対向する面上で重なる。重なり領域５０２の具体的な大きさと形状は、構造ジョイント１０２の特定の応用に依存することがある。例えば、内側ブレードストリンガー１０８及び外側ブレードストリンガー１１０の端部は長さと終点の位置が変化し、図５に示すように整列されることもあれば、整列されないこともある。種々の実施形態によれば、内側ブレードストリンガー１０８と外側ブレードストリンガー１１０は、相互の重なり角５０４に従って連続外板１１２の対向する面上で重なる。図５の拡大部分に重なり角５０４を示す。この角度で重ねることにより、構造ジョイント１０２で内側ブレードストリンガー１０８及び外側ブレードストリンガー１１０によってもたらされる剛性が増す。
【００２８】
１つの実施形態によれば、重なり角５０４は、胴体に対する航空機主翼の掃引角度にほぼ等しい非ゼロ重なり角である。この実施例では、内側ブレードストリンガー１０８は航空機主翼を通って延伸し、本体側面ジョイント、すなわち構造ジョイント１０２の位置で胴体と交差する。外側ブレードストリンガー１１０は、重なり角５０４が航空機主翼の掃引角度に対応するように、航空機の左右軸すなわちピッチ軸と平行に配置されることがある。所定の実施例の実施形態によれば、この重なり角５０４、すなわち掃引角度は、上反角及び翼幅、その他の航空機の変数に応じて、３０〜５０度となることがある。
【００２９】
次に図６に注目すると、内側ブレードストリンガー１０８、外側ブレードストリンガー１１０、及び連続外板１１２を利用して構造ジョイントを作成するための例示的なルーチン６００が詳細に説明される。図面で示し本明細書の説明に記載されるよりも多くの又は少ない作業が行われる場合があることを認識されたい。これらの作業は本明細書で説明するのとは異なる順番で行うこともできる。
【００３０】
ルーチン６００は、内側ブレードストリンガー１０８が提供される作業６０２から始まる。既に述べたように、内側ブレードストリンガー１０８の数及び構成は、構造ジョイント１０２が使用される具体的な用途に依存することがある。内側ブレードストリンガー１０８はそれぞれ、内側ストリンガー基板フランジ２０４Ａと、丈の高い部分２１０の位置に配置される開放端部２０８までフランジから上向きに突出する内側ストリンガーウェブ２０６Ａを含むことができる。ストリンガーがストリンガーのジョイントエンド２０２近傍の重なり領域５０２に延伸する各内側ブレードストリンガー１０８に沿う位置など、所望の位置で、内側ストリンガーウェブ２０６Ａは、丈の高い部分２１０から丈の低い部分２１２まで、既に述べたテーパー角２１４に従ってテーパー処理される。
【００３１】
ルーチン６００は作業６０２から作業６０４へ続き、内側ブレードストリンガー１０８は第１コンポーネント１０４に結合される。第１コンポーネント１０４は、構造ジョイント１０２の位置で第２コンポーネント１０６に連結される第１コンポーネント１０４を画定する任意の数及び種類のシステム又はデバイスを含むことがある。例えば、第１コンポーネント１０４は、航空機のリブ、スパー、飛行制御及び燃料システムなどを含むことができる。図１に示し、既に述べた構造部材１１４は、航空機のリブ、あるいは第１コンポーネント１０４の他の部分又は全体を表わすことがある。
【００３２】
ルーチン６００は作業６０４から作業６０６へ続き、内側ブレードストリンガー１０８は連続外板１１２に結合される。１つの実施形態によれば、ストリンガーのジョイントエンド２０２が重なり領域５０２の中の所望の箇所で終わるように、内側ストリンガー基板フランジ２０４Ａは連続外板１１２の内側表面１２０に接着又は結合される。ルーチン６００は作業６０６から作業６０８へ続き、外側ブレードストリンガー１１０が提供される。本明細書に記載される作業は、本発明の範囲を逸脱することなく、異なる順序で又は同時に行われることがあることを理解されたい。例えば、外側ブレードストリンガー１１０及び内側ブレードストリンガー１０８は、ほぼ同時に提供され連続外板１１２に結合されることがある。しかしながら、わかりやすくするために、これらの作業は逐次的に説明される。
【００３３】
既に述べたように、外側ブレードストリンガー１１０の数及び構成は、構造ジョイント１０２が使用される具体的な用途に依存することがある。外側ブレードストリンガー１１０はそれぞれ、外側ストリンガー基板フランジ２０４Ｂと、丈の高い部分２１０の位置に配置される開放端部２０８までフランジから上向きに突出する外側ストリンガーウェブ２０６Ｂを含むことができる。ストリンガーがストリンガーのジョイントエンド２０２近傍の重なり領域５０２に延伸する各外側ブレードストリンガー１１０に沿う位置など、所望の位置で、外側ストリンガーウェブ２０６Ｂは、丈の高い部分２１０から丈の低い部分２１２まで、既に述べたテーパー角２１４に従ってテーパー処理される。
【００３４】
ルーチン６００は作業６０８から作業６１０へ続き、外側ブレードストリンガー１１０は第２コンポーネント１０６に結合される。第１コンポーネント１０４に関して既に述べたように、第２コンポーネント１０６は、構造ジョイント１０２の位置で第１コンポーネント１０４に連結される第２コンポーネント１０６を画定する任意の数及び種類のシステム又はデバイスを含むことがある。例えば、第２コンポーネント１０６は、胴体スパー、ロンジロン、飛行制御及び燃料システムなどを含むことができる。図１に示し、既に述べた構造部材１１８は、センターボックスコンポーネント、あるいは第２コンポーネント１０６の他の部分又は全体を表わすことがある。
【００３５】
ルーチン６００は作業６１０から作業６１２へ続き、外側ブレードストリンガー１１０は連続外板１１２に結合される。１つの実施形態によれば、ストリンガーのジョイントエンド２０２が重なり領域５０２の中の所望の箇所で終わるように、外側ストリンガー基板フランジ２０４Ｂは連続外板１１２の外側表面１２２に接着又は結合される。ルーチンは作業６１２から作業６１４へ続き、任意の追加の構造部材が適切な構造ジョイントコンポーネントに結合されることがあり、ルーチン６００は終了する。例えば、１つの実施形態によれば、構造部材１１６として図１に示されるＴコードは、所望の付加的な補剛及び強度特性を構造ジョイント１０２に付与するため、内側ブレードストリンガー１０８、外側ブレードストリンガー１１０、及び連続外板１１２に接着又は機械的に締結することができる。
【００３６】
図及び試験では、内側表面と外側表面を有する連続外板１１２と、連続外板１１２の内側表面に結合され、互いにほぼ平行に構成される複数の内側ブレードストリンガー１０８であって、各々がジョイントエンド２０２を有する複数の内側ブレードストリンガー１０８と、連続外板１１２の外側表面に結合され、互いにほぼ平行に構成される複数の外側ブレードストリンガー１１０であって、各々がジョイントエンド２０２を有する複数の外側ブレードストリンガー１１０とを含み、複数の内側ブレードストリンガー１０８及び複数の外側ブレードストリンガー１１０の前記ジョイントエンド２０２が前記連続外板１１２の対向する面上で重なる、構造ジョイントである。１つの変形例では、各内側ブレードストリンガー１０８は、連続外板１１２の内側表面に結合された内側ストリンガー基板フランジ２０４Ａと、内側ストリンガー基板フランジ２０４Ａから離れるように突出し且つ内側ブレードストリンガーの前記ジョイントエンド２０２の丈の低い部分までテーパー処理される内側ストリンガーウェブ２０６Ａとを含み、各外側ブレードストリンガー１１０は、前記連続外板１１２の外側表面に結合された外側ストリンガー基板フランジ２０４Ｂと、外側ストリンガー基板フランジ２０４Ｂから離れるように突出し且つ外側ブレードストリンガーのジョイントエンド２０２の丈の低い部分までテーパー処理される外側ストリンガーウェブ２０６Ｂとを含む。
【００３７】
別の変形例では、内側ストリンガーウェブ２０６Ａは、内側ブレードストリンガー１０８のジョイントエンド２０２の丈の低い部分までテーパー処理される内側ストリンガー基板フランジ２０４Ａに対向する開放端部を含み、外側ストリンガーウェブ２０６Ｂは、外側ブレードストリンガー１１０のジョイントエンド２０２の丈の低い部分までテーパー処理される外側ストリンガー基板フランジ２０４Ｂに対向する開放端部を含む。さらに別の変形例では、丈の低い部分は内側ストリンガーウェブ２０６Ａ又は外側ストリンガーウェブ２０６Ｂの外側表面と面一となる高さを有する。
【００３８】
１つの代替例では、複数の内側ブレードストリンガー１０８及び複数の外側ブレードストリンガー１１０のジョイントエンド２０２は、非ゼロ重なり角に従って連続外板１１２の対向する面上で重なる。別の代替例では、非ゼロ重なり角は航空機主翼の掃引角度を含む。さらに別の変形例では、構造ジョイント１０２は、主翼ボックス及びセンターボックスに結合する航空機の本体側面ジョイントを含む。さらに別の代替例では、構造ジョイント１０２は、複数の内側ブレードストリンガー１０８、複数の外側ブレードストリンガー１１０、及び連続外板１１２に結合される構造部材１１４、１１６、１１８をさらに含む。さらに別の代替例では、各内側ストリンガーウェブ２０６Ａは、内側ストリンガーが外側ブレードストリンガー１１０に重なり始めるおおよその重なり箇所からテーパー処理が開始されて丈の低い部分まで続き、且つ各外側ストリンガーウェブ２０６Ｂは、外側ストリンガーが内側ブレードストリンガーに重なり始めるおおよその重なり箇所からテーパー処理が開始されて丈の低い部分まで続く。
【００３９】
さらに別の変形例では、２つの構造物を連結する方法であって、複数の内側ブレードストリンガー１０８を提供するステップであり、複数の内側ブレードストリンガー１０８の各々が内側ストリンガー基板フランジ２０４Ａ及び内側ストリンガー基板フランジ２０４Ａから離れるように突出し且つ内側ブレードストリンガー１０８のジョイントエンド２０２の丈の低い部分までテーパー処理される内側ストリンガーウェブ２０６Ａを含むステップ、複数の内側ブレードストリンガー１０８を第１構造物に結合するステップ、複数の内側ブレードストリンガー１０８の各々の内側ストリンガー基板フランジ２０４Ａを連続外板１１２の内側表面に結合するステップ、複数の外側ブレードストリンガー１１０を提供するステップであり、複数の外側ブレードストリンガー１１０の各々が外側ストリンガー基板フランジ及び外側ストリンガー基板フランジ２０４Ｂから離れるように突出し且つ外側ブレードストリンガー１１０のジョイントエンド２０２の丈の低い部分までテーパー処理される外側ストリンガーウェブ２０６Ｂを含むステップ、複数の外側ブレードストリンガー１１０を第２構造物に結合するステップ、複数の外側ブレードストリンガー１１０の各々の外側ストリンガー基板フランジ２０４Ｂを連続外板１１２の外側表面に結合するステップであり、各内側ブレードストリンガー１０８のジョイントエンド２０２が連続外板１１２の対向する面上で各外側ブレードストリンガー１１０のジョイントエンド２０２に重なるステップ、を含む方法である。さらに別の変形例では、複数の内側ブレードストリンガー１０８を提供するステップは、複数の内側ブレードストリンガー１０８を提供するステップであって、各ストリンガーが内側ブレードストリンガー１０８のジョイントエンドの丈の低い部分までテーパー処理される内側ストリンガー基板フランジ２０４Ａの対向する開放端部を伴う内側ストリンガーウェブ２０６Ａを有するステップをさらに含み、複数の外側ブレードストリンガー１１０を提供するステップは、複数の外側ブレードストリンガー１１０を提供するステップであって、各ストリンガーが外側ブレードストリンガー１１０のジョイントエンド２０２の丈の低い部分までテーパー処理される外側ストリンガー基板フランジ２０４Ｂの対向する開放端部を伴う外側ストリンガーウェブ２０６Ｂを有するステップをさらに含む。１つの代替例では、丈の低い部分は内側ストリンガーウェブ２０６Ａ又は外側ストリンガーウェブ２０６Ｂの外側表面と面一となる高さを有する。さらに別の代替例では、方法は、構造部材１１４、１１６、１１８を複数の内側ブレードストリンガー、複数の外側ブレードストリンガー１１０、及び連続外板１１２に結合するステップをさらに含む。別の代替例では、複数の内側ブレードストリンガー１０８の各々の内側ストリンガー基板フランジ２０４Ａを連続外板１１２の内側表面に結合するステップ、並びに複数の外側ブレードストリンガー１１０の各々の外側ストリンガー基板フランジ２０４Ｂを連続外板１１２の外側表面に結合するステップは、複数の内側ブレードストリンガー１０８及び複数の外側ブレードストリンガー１１０を互いに対して非ゼロ重なり角で連続外板１１２の対向する表面に結合するステップを含む。さらに別の代替例では、非ゼロ重なり角は航空機主翼の掃引角度を含む。さらに別の変形例では、複数の内側ブレードストリンガー１０８を第１構造物に結合するステップは、複数の内側ブレードストリンガー１０８を航空機主翼の少なくとも１つのコンポーネントに結合するステップを含み、且つ複数の外側ブレードストリンガー１１０を第２構造物に結合するステップは、複数の外側ブレードストリンガー１１０を航空機のセンターボックスの少なくとも１つのコンポーネントに結合するステップを含む。
【００４０】
さらに別の態様では、開示されている構造ジョイントは、連続外板１１２、互いにほぼ平行に構成されている複数の内側ブレードストリンガー１０８であって、各々が連続外板１１２の内側表面に結合される内側ストリンガー基板フランジ２０４Ａ及び内側ストリンガー基板フランジ２０４Ａから距離が離され、その距離は内側ブレードストリンガー１０８のジョイントエンド２０２の丈の低い部分まで減少する開放端部を有する内側ストリンガーウェブ２０６Ａを含む内側ブレードストリンガー１０８、互いにほぼ平行に構成されている複数の外側ブレードストリンガー１１０であって、各々が連続外板１１２の外側表面に結合される外側ストリンガー基板フランジ２０４Ｂ及び外側ストリンガー基板フランジ２０４Ｂから距離が離され、その距離は外側ブレードストリンガー１１０のジョイントエンド２０２の丈の低い部分まで減少する開放端部を有する外側ストリンガーウェブ２０６Ｂを含む外側ブレードストリンガー１１０を含み、複数の内側ブレードストリンガー１０８及び複数の外側ブレードストリンガー１１０のジョイントエンド２０２が連続外板１１２の対向する面上で重なることを特徴とする。１つの変形例では、構造ジョイント１０２は、航空機主翼の主翼ボックスを航空機胴体のセンターボックスに結合する航空機本体側面ジョイントを含む。別の変形例では、複数の内側ブレードストリンガー１０８及び複数の外側ブレードストリンガー１１０のジョイントエンド２０２は、航空機主翼の掃引角度に従って連続外板１１２の対向する面上で重なる。さらに別の変形例では、構造ジョイント１０２は、複数の内側ブレードストリンガー１０８、複数の外側ブレードストリンガー１１０、及び連続外板１１２に結合される航空機リブを含む。
【００４１】
前述した内容に基づいて、内側及び外側ストリンガーと連続外板との重なりを利用する構造ジョイントを作成する技術が本明細書に記載されていることを理解されたい。上述の内容は図面のみにより提供されているが、これに限定するものと解釈されるべきではない。図示され説明が加えられた実施形態や適用例に正確に従わなくとも、本発明の開示の真の精神と範囲から逸脱しなければ、ここで述べられた内容に対し、様々な修正や変更が行われてもよく、このことは後に続く請求の範囲で明記される。
【符号の説明】
【００４２】
１０２    構造ジョイント
１０４    第１コンポーネント
１０６    第２コンポーネント
１０８    内側ブレードストリンガー
１１０    外側ブレードストリンガー
１１２    連続外板
１１４、１１６、１１８    構造部材
１２０    内側表面
１２２    外側表面
２０２    ストリンガーのジョイントエンド
２０４Ａ    内側ストリンガー基板フランジ
２０４Ｂ    外側ストリンガー基板フランジ
２０６Ａ    内側ストリンガーウェブ
２０６Ｂ    外側ストリンガーウェブ
２０８Ａ、２０８Ｂ    開放端部
２１０    丈の高い部分
２１２    丈の低い部分
２１４    テーパー角
５０２    重なり領域
５０４    重なり角
５０６    重なり箇所
【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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【外国語明細書】
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