(57)【要約】      （修正有）【課題】航空機のための防火デバイスを提供する。【解決手段】構造エレメントを複合部品２０に取り付ける継目は金属アタッチメント４０を備えており、この継目は、その一方の側、つまり火炎側が火炎源にさらされ、継目は、継目の火炎側とは反対側の低温側に配置された保持デバイス５０を備えており、保持デバイス５０は、金属アタッチメント４０と接触する第１の表面５１、及び複合部品２０と接触する第２の表面５２を備えており、第２の表面５２は、第１の表面５１の面積より広い面積を有しており、保持デバイス５０は、熱伝導率が大きい材料でできている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属アタッチメント（４０）を備えた、構造エレメント（１０）を複合部品（２０）に取り付ける継目であって、その一方の側、つまり火炎側が火炎源にさらされる継目において、前記継目の前記火炎側とは反対側、つまり低温側に配置された保持デバイス（５０）を備え、前記保持デバイス（５０）が、前記金属アタッチメント（４０）と接触する第１の表面（５１）、及び前記複合部品（２０）と接触する第２の表面（５２）を備え、前記第２の表面（５２）が前記第１の表面（５１）の面積より広い面積を有し、前記保持デバイス（５０）が熱伝導率が大きい材料でできていることを特徴とする継目。
【請求項２】
前記第２の表面（５２）の面積が前記第１の表面（５１）の面積より少なくとも３倍広い、請求項１に記載の継目。
【請求項３】
前記保持デバイス（５０）の前記材料が少なくとも１０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する、請求項１又は２のいずれかに記載の継目。
【請求項４】
前記複合部品（２０）がそのガラス転移温度（Ｔｇ）より低い温度条件で動作するように設計される、請求項１から３までのいずれかに記載の継目。
【請求項５】
前記低温側に空気流（６０）が存在する、請求項１から４までのいずれかに記載の継目。
【請求項６】
前記金属アタッチメント（４０）がリベット又はボルトである、請求項１から５までのいずれかに記載の継目。
【請求項７】
前記複合部品（２０）の前記複合材料が炭素繊維強化重合体である、請求項１から６までのいずれかに記載の継目。
【請求項８】
前記複合部品（２０）の前記複合材料が５０℃乃至９５℃の範囲のガラス転移温度（Ｔｇ）を有する、請求項１から７までのいずれかに記載の継目。
【請求項９】
前記複合部品（２０）の前記複合材料が航空機の外板を形成する、請求項１から８までのいずれかに記載の継目。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれかに記載の継目を備える航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は航空機に使用されるデバイスに関し、詳細には、構造エレメント及び航空機内の複合部品を取り付ける継目であって、これらの継目が構造負荷にさらされるように、また、これらの継目が耐火性を備えるように取り付ける継目に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、複合材料は、現在の航空機設計における重量制限のため、ますます頻繁に航空機構造に使用されている。航空機構造のいくつかの部品では、金属エレメントが複合材料製のエレメントに結合される。いくつかのケースでは、これらの継目は、航空機によってもたらされる大きな構造負荷にさらされる。高温にさらされる複合材料構造の場合、力に対する強度、とりわけ直角方向の力に対する強度は極めて危ういことが分かっており、したがってこれらの継目に火炎が発生すると、複合エレメントは、その強度が著しく低下する。したがって上で説明したような場合、複合材料エレメントの著しい強度低下によって、金属エレメントが結合される複合材料エレメントから金属エレメントが離脱する可能性があり、したがって航空機構造が故障する可能性がある。
【０００３】
この問題は、これらの継目が航空機エンジン・ナセル内に配置される場合にとりわけ関連する問題である。
【０００４】
最新技術では、構造航空機エレメントを火炎から保護するために、それらに対する遮蔽又はコーティングの使用が知られている。通常、これらの構造エレメントは、熱ブランケット、すなわち、保護すべきエレメント又は部品の温度を低くするために熱伝導率が小さい材料でできたコーティングを備えている。しかしながらこれらの知られている解決法には、航空機の総重量に対して投入される重量の問題がある。さらに、これらの解決法はコストがかかり、また、同じくコストのかかる強力な保全性修正が必要である。
【０００５】
特に、結合されている航空機エレメントが金属であり、また、複合材料でできており、且つ、火炎から保護する必要のあるエレメントであり、また、大きい負荷、とりわけ直角方向の大きい負荷にさらされる場合、コストが高く、且つ、重量が重いという問題があるため、隔離材料でできたコーティングを提供する知られている解決法の使用を適用することはできない。
【０００６】
本発明には、上で言及した欠点を解決し、以下で言及されているケースに適用することができる解決法を提供することが意図されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、航空機に使用されるデバイス、詳細には構造エレメントを航空機内の複合部品に取り付ける継目を提供することであり、この継目は金属アタッチメントを備えており、また、構造負荷にさらされる。本発明による継目は、言及されている継目の耐火性を保証する保持デバイスを備えている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、継目は、火炎側と呼ばれているその一方の側が火炎源にさらされ、保持デバイスは、継目の火炎側とは反対側の低温側と呼ばれている側に配置され、とりわけ外部空気流にさらされる航空機の外側に配置される。本発明の保持デバイスは、金属アタッチメントと接触する第１の表面を備えており、この第１の表面は、金属アタッチメントがさらされる負荷に対する反動負荷として金属アタッチメントから負荷を受け取り、また、本発明の保持デバイスは、航空機内の複合部品と接触し、とりわけ火炎源とは反対側である複合部品の側と接触する第２の表面を備えている。本発明によれば、保持デバイスの第２の表面は、保持デバイスの第１の表面の面積より広い面積を有している。
【０００９】
上で言及した構造の場合、本発明の継目の保持デバイスは、その第１の表面で受け取る負荷を、火炎源とは反対側である複合部品の側であり、したがって火炎源と接触する温度がより高い側と比較すると、温度がより低い複合部品の側と接触するその第２の表面へ伝達するように働く。したがって本発明の継目の保持デバイスは、温度がより低い、温度がより高い側と比較するとより強い強度を有する複合部品の側へ負荷を伝達する。
【００１０】
さらに、第２の表面の面積は、金属アタッチメントと接触する第１の表面の面積より広いため、複合部品に対する圧力が低くなる。
【００１１】
この方法によれば、複合材料の継目は、高温で動作し、且つ、複合表面に対して直角の力、つまり圧力による力で動作する臨界挙動を有しているため、金属アタッチメントと複合部品の間の継目の挙動が改善される。
【００１２】
以上の目的及び多くの本発明の付随利点は、添付の図面に関連してなされる以下の詳細な説明を参照することによってより深く理解されるため、したがってより容易に認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】知られている従来技術による、構造負荷にさらされる、金属エレメント及び複合材料エレメントを取り付ける継目の断面図である。
【図２】火炎にさらされた従来技術の図１の継目の断面図であり、同じく構造及び継目の熱の分布を示す図である。
【図３】本発明による、構造エレメントを航空機内の複合部品に取り付ける、耐火性を備えた継目の主コンポーネントの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
航空機構造のいくつかの部品では、図１に示されているように、一般的には金属である構造エレメント１０は、複合材料製のエレメント又は部品２０に結合しなければならない。いくつかのケースでは、これらの構造エレメント１０は、航空機によってもたらされる大きい構造負荷３０にさらされる。通常、構造エレメント１０は、一般的にはリベット又はボルトである金属アタッチメント４０によって複合部品２０に結合される。高温にさらされる複合材料構造の場合、力に対する強度、とりわけ直角方向の力に対する強度は極めて危ういことが分かっており、したがって火炎が発生すると、従来技術による図１及び２に示されているケースがそうであるように、複合部品２０は、著しくその強度が低下する。
【００１５】
業界における通常の実践は、保護すべき部品の温度を低くするために、火炎にさらされる構造エレメント１０を熱伝導率が小さい隔離材料から構成される熱ブランケット又はコーティングを使用することによって遮蔽することである。
【００１６】
上で説明したように、問題は複合航空機構造に見出され、とりわけ、図１に示されているように金属アタッチメント４０によって複合部品２０に結合された構造エレメント１０が存在している場合、火炎に露出される炭素繊維強化重合体（ＣＦＲＰ）航空機構造に見出される。構造エレメント１０がさらされる負荷３０は、金属アタッチメント４０に力３１、３２及び３３、３４を導入する。そのため、複合部品２０は、複合外板に対して直角の力（３１及び３３に対する反力）に耐えなければならない。より詳細には、複合部品２０に加えられる力３３に対する反作用に特別の注意を払わなければならず、これは複合外板を引っ張ることになる（プル・アウト負荷）。火炎が存在すると、金属アタッチメント４０は火炎温度を複合部品２０の周囲の複合外板に伝達することになる。
【００１７】
図２に示されているように、金属アタッチメント４０が火炎への露出によってもたらされる高温にさらされる場合、複合部品２０の領域４００の温度がガラス転移温度（Ｔｇ）に近くなるか、或いはそれより高くなる可能性がある。その場合、金属アタッチメント４０を取り囲んでいる複合部品２０の領域４００の局部外板の強度が小さくなり、また、複合部品２０に加えられる力３３に対する反作用に耐えることができなくなる可能性がある。そのために複合部品２０の複合外板から領域４００が離脱する可能性があり、したがって航空機構造が故障する可能性がある。
【００１８】
したがって本発明の目的は、構造負荷にさらされる、一般的には金属である構造エレメント１０を複合部品２０に取り付ける継目を提供することであり、継目は金属アタッチメント４０を備えており、火炎側であるその一方の側が火炎源にさらされる。本発明によれば、継目は、これらの継目に防火を提供する保持デバイス５０を備えている（図３参照）。
【００１９】
本発明によれば、継目は、火炎側であるその一方の側が火炎源にさらされ、保持デバイス５０は、航空機の火炎側とは反対側の低温側（図３参照）に配置され、とりわけ外部空気流６０にさらされる航空機の外側に配置される。保持デバイス５０は、金属アタッチメント４０と接触する第１の表面５１を備えており、この第１の表面５１は、金属アタッチメント４０がさらされる負荷に対する反動負荷として金属アタッチメント４０から負荷を受け取り、また、保持デバイス５０は、航空機内の複合部品２０と接触し、とりわけ火炎源とは反対側である複合部品２０の側と接触する第２の表面５２を備えている。本発明によれば、保持デバイス５０の第２の表面５２は、保持デバイス５０の第１の表面５１の面積より広い面積を有している。
【００２０】
上で言及した構造の場合、保持デバイス５０は、その第１の表面５１で受け取る負荷を、火炎源とは反対側である複合部品２０の側であり、したがって火炎源と接触する温度がより高い側と比較すると、温度がより低い複合部品２０の側と接触するその第２の表面５２へ伝達するように働く。したがって保持デバイス５０は、温度がより低い、金属アタッチメント４０を取り囲んでいる複合部品２０の領域４００と比較するとより強い強度を有する複合部品２０の側へ負荷を伝達する。
【００２１】
さらに、第２の表面５２の面積は、金属アタッチメント４０と接触する第１の表面５１の面積より広いため、複合部品２０に対する圧力が低くなる。
【００２２】
この方法によれば、複合材料の継目は、高温で動作し、且つ、複合表面に対して直角の力、つまり圧力による力で動作する臨界挙動を有しているため、金属アタッチメント４０と複合部品２０の間の継目の挙動が改善される。
【００２３】
本発明の継目の保持デバイス５０によれば、上で言及した問題が以下の手段によって解決される。
ａ）複合部品２０に対するプル・アウト負荷が複合外板の非損傷表面に再分配され、当分野で知られている解決法は、ただ単に金属アタッチメント４０の頭部と接触する領域の複合外板の強度に頼っているが、複合部品２０のこの周辺領域は、高温によって損傷されるか、或いは低下した（より低い？）強度を有している。提案されている本発明は、このプル・アウト負荷をより良好な機械的条件で複合外板のより広い表面へ伝達する。これは、直角方向の力に対する強度が火炎温度によって著しく小さくなる複合部品２０の構造の場合、極めて重要であることが分かっている。
ｂ）火炎の反対側に外部空気流６０が存在する場合（これは、外側に空気流が存在する通常の飛行条件であるため、ほとんどの場合に適用することができる）、本発明は、この通気を利用して金属アタッチメント４０と複合部品２０の間に低温での接続を確立する。この事実との関連性は、複合外板が高温に対して極めて敏感であり、複合外板がガラス転移温度（Ｔｇ）に到達すると、その機械的特性を失うことである。
【００２４】
本発明の継目は、複合部品２０の低温側に保持デバイス５０を創出し、以下の要求事項に合致する。
−  保持デバイス５０は、火炎にさらされない複合部品２０の側（低温側）に取付け負荷を伝達する
−  火炎源とは反対側の複合部品２０の側と接触する第２の表面５２の面積は、保持デバイス５０に負荷を伝達する金属アタッチメント４０と接触する第１の表面５１の総面積より広く、とりわけ第１の表面５１の総面積の３倍より広い
−  保持デバイス５０の材料は大きい熱伝導率を有していなければならず、とりわけ１０Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率を有していなければならない
【００２５】
継目の保持デバイス５０は、保持デバイス５０の材料の大きい熱伝導率による金属アタッチメント４０の両端間の伝導伝熱によって、また、低温側の空気と接触するより広い総面積による対流伝熱によって有効な伝熱を提供し、それにより継目のすべての金属部品（一般的には金属アタッチメント及び構造エレメント１０）の温度が低くなり、したがって金属アタッチメント４０を取り囲んでいる複合部品２０の領域４００全体、及び複合部品２０の低温側と接触する保持デバイス５０の第２の表面５２全体の両方の複合部品２０に向かう伝熱が小さくなる。
【００２６】
さらに、外部空気流６０が存在する場合（通常の飛行条件）、保持デバイス５０の大きい熱伝導率と、強制対流及び冷たい外部空気流６０に露出されるより広い表面による改善された伝熱とが相俟って、複合部品２０への構造エレメント１０の低温での接続が提供される。
【００２７】
さらに、本発明の継目の保持デバイス５０を使用して実施される火炎試験は、とりわけＩＳＯ２６８５、ＡＣ２０−１３５規格に合致する航空宇宙規制に従って実施される。
【００２８】
以上、本発明について、好ましい実施例に関連して完全に説明したが、本発明の範囲内で修正を加えることができることは明らかであり、これらの実施例が本発明を制限するものと見なしてはならず、本発明は、以下の特許請求の範囲の内容によって制限されるものとする。
【符号の説明】
【００２９】
１０  構造エレメント
２０  エレメント又は部品（複合部品）
３０  構造負荷
３１、３２、３３、３４  力
４０  金属アタッチメント
５０  保持デバイス
５１  保持デバイスの第１の表面
５２  保持デバイスの第２の表面
６０  外部空気流
４００  複合部品の領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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