(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘリコプタメインロータブレード用の複合材製先端キャップアセンブリであって、
前記メインロータブレードの前方部分に取付可能に設けられたアーム領域と、外側領域と、を備える複合材製メインフェアリングを有し、前記アーム領域は、層のレイアップにより形成されており、この層のレイアップは、
一方向の繊維配向を有する複数の一方向層と、
第一の繊維配向と第二の繊維配向とが組み合わされた第一の織物層と第一の繊維配向と第二の繊維配向とが組み合わされた第二の織物層とを含む複数の織物層と、を含み、前記第二の織物層の繊維配向と前記第一の織物層の繊維配向とはそれぞれ異なっており、
前記複数の一方向層、前記第一の織物層、及び前記第二の織物層は、重なり合うように組み合わさって前記複合材製メインフェアリングのアーム領域の層のレイアップを構成しており、
前記複合材製メインフェアリングの内部に一体化されている複合材製一体型リブ細部構造と、
前記複合材製メインフェアリングと一体化された複合材製クロージャフェアリングと、
前記複合材製メインフェアリング及び前記複合材製クロージャフェアリングと一体化された耐摩耗性のストリップと、をさらに有することを特徴とする複合材製先端キャップアセンブリ。
【請求項２】
前記一方向層（３４）の繊維配向は、−２０°であり、
前記第一の織物層（３６Ａ）の前記第一の繊維配向と第二の繊維配向は、それぞれ−２０°及び＋７０°であり、
前記第二の織物層（３６Ｂ）の前記第一の繊維配向と第二の繊維配向は、それぞれ−６５°及び＋２５°であることを特徴とする請求項１記載の複合材製先端キャップアセンブリ。
【請求項３】
前記複数の一方向層（３４）及び前記複数の織物層（３６）は、グラファイトベースのプリプレグ複合材料であることを特徴とする請求項１記載の複合材製先端キャップアセンブリ。
【請求項４】
前記複合材製一体型リブ細部構造（６０）は、
内側中間領域（６２）と、
外側中間領域（６４）と、
前記内側中間領域と前記外側中間領域との中間でかつこれらの領域と連続している波形領域（６６）と、を含むことを特徴とする請求項１記載の複合材製先端キャップアセンブリ。
【請求項５】
中間の前記波形領域（６６）は、複数の横方向ウェブ（６６Ｔ）と、これらの横方向ウェブと連続する複数の上側及び下側の側面方向ウェブ（６６ＵＬ，６６ＬＬ）とを含み、前記内側中間領域（６２）は、最も内側の前記横方向ウェブと連続するとともにこの横方向ウェブから内側に延びる上側及び下側のフランジ（６２Ｕ，６２Ｌ）を含み、前記外側中間領域（６４）は、最も外側の前記横方向ウェブと連続するとともにこの横方向ウェブから外側に延びる下側のフランジを含むことを特徴とする請求項４記載の複合材製先端キャップアセンブリ。
【請求項６】
前記複合材製一体型リブ細部構造（６０）は、第一の繊維配向と第二の繊維配向とが組み合わされた第一の織物層（６８Ａ）と第一の繊維配向と第二の繊維配向とが組み合わされた第二の織物層（６８Ｂ）とを含む複数の織物層（６８）を含み、前記第一の織物層及び前記第二の織物層は、重なり合うように組み合わさって前記複合材製一体型リブ細部構造を構成していることを特徴とする請求項１記載の複合材製先端キャップアセンブリ。
【請求項７】
前記第一の織物層（６８Ａ）の前記第一の繊維配向と第二の繊維配向は、それぞれ＋４５°及び−４５°であり、前記第二の織物層（６８Ｂ）の前記第一の繊維配向と第二の繊維配向は、それぞれ０°及び９０°であることを特徴とする請求項６記載の複合材製先端キャップアセンブリ。
【請求項８】
前記複数の織物層（６８）は、グラファイトベースのプリプレグ複合材料であることを特徴とする請求項６記載の複合材製先端キャップアセンブリ。
【請求項９】
前記複合材製クロージャフェアリング（５０）は、
一方向の繊維配向で定義される第一の織物層（５６Ａ）と、一方向の繊維配向で定義される第二の織物層（５６Ｂ）と、を含む第一の複数の織物層（５６）と、
第一の繊維配向と第二の繊維配向とが組み合わされた第二の複数の織物層（５７）と、を含み、
前記第一及び第二の複数の織物層は、重なり合うように組み合わさって前記複合材製クロージャフェアリングを構成していることを特徴とする請求項１記載の複合材製先端キャップアセンブリ。
【請求項１０】
前記第一の織物層（５６Ａ）の定義された前記繊維配向は、＋４５°であり、前記第二の織物層（５６Ｂ）の定義された前記繊維配向は、−４５°であり、前記第二の複数の織物層（５７）の前記第一の繊維配向と第二の繊維配向は、それぞれ０°及び９０°であることを特徴とする請求項９記載の複合材製先端キャップアセンブリ。
【請求項１１】
前記第一及び第二の複数の織物層（５６，５７）は、グラファイトベースのプリプレグ複合材料であることを特徴とする請求項９記載の複合材製先端キャップアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、ヘリコプタのメインロータブレードに関し、特に、ヘリコプタのメインロータブレード用の複合材製先端キャップアセンブリに関する。
背景技術
ヘリコプタのメインロータアセンブリ、そして特にそのメインロータブレードには、空気力、慣性力、及び遠心力などの種々の力が働く。メインロータブレードは、特に、曲げ負荷、フラップ方向（面外）や翼弦方向（面内）の負荷、軸方向（遠心）負荷、及びねじれ負荷などの種々の動的負荷に対応するように設計する必要がある。このような動的負荷によって、メインロータブレードに、大きさの変動する応力／ひずみが加わる。
特に、メインロータブレードの機外側最先端部即ち先端部には、空気力により最も大きな応力／ひずみが加わり、これに伴って、これらの部分は、ヘリコプタのメインロータアセンブリの動作中に（メインロータブレード先端部の高速回転の結果）摩耗や浸食により最も構造的に劣化する。更に、メインロータブレードの機外側最先端部は、異物の衝突によって最も構造的に損傷を受けやすい。
従って、ヘリコプタの従来技術では、ヘリコプタのロータブレードの機外側最先端部に犠牲先端キャップ即ち除去可能な先端キャップを設けることが周知である。ヘリコプタのロータブレード用の先端部キャップの代表的な例は、メインロータブレードのノーズのけたに固定された先端部キャップを開示した米国特許第４，１２０，６１０号や、内部ハニカムコアに接着した複合材製外板を含むメインロータブレード用の交換可能な先端部、及びこの先端部に取り付けられた複合材製先端キャップを開示した米国特許第５，３２０，４９４号に示されている。
図１Ａ〜図１Ｃは、米国特許第５，５４２，８２０号に示されたヘリコプタ用の例示的なメインロータブレード１００を示している。このメインロータブレード１００は、ヘリコプタロータハブアセンブリ（図示省略）にメインロータブレード１００を取り付けるように構成された機内側セグメント１０２、中間セグメント１０４、及び交換可能な先端セグメント１０６を含む。（参照符号１０５は、中間セグメント１０４の機外側端部と交換可能な先端セグメントとの境界を示している。）機内側、中間、及び先端のセグメント１０２，１０４，１０６は、メインロータブレード１００の翼幅を定める。メインロータブレード１００は、前縁１０８と後縁１１０とを有し、これらの縁は、メインロータブレード１００の翼弦を定める。
メインロータブレード１００の機内側領域１０２及び中間領域１０４は、ブレード１００の上側及び下側の空気力学的な面をそれぞれ定める上側及び下側の複合材製外板１１２，１１４、ハニカムコア１１６、けた１１８、１つまたはそれ以上の釣合いおもり１２０、前縁シース１２２、及び調整可能なトリムタブ１２４により構成される。複合材製の上側及び下側の外板１１２，１１４は、複合材製外板１１２，１１４の間の軽量な構造補強部材として機能するハニカムコア１１６に接着される。けた１１８は、（複合材もしくはチタンなどのような金属材料より）予形成された部材であり、メインロータブレード１００の主な構造部材として機能して、ヘリコプタのメインロータアセンブリの動作中にブレード１００内で発達する捻り、曲げ、剪断、及び遠心性の動負荷に反作用する。
メインロータブレード１００の釣合いを静的及び動的に保つために、１つまたはそれ以上の釣合いおもり１２０がけた１１８に接着される。前縁シース１２２は、適切な樹脂マトリックスに埋め込まれた織物ガラス繊維及び、チタン及びニッケルのストリップなどの耐摩耗性材料の複合材で製造した予製造ハイブリッド部材である。シース１２２は、機内側セグメント１０２の機内側端部から中間セグメント１０４の機外側端部にわたってメインロータブレード１００の前縁１０８を定める実質的にＣ字型の形状を有する。前縁シース１２２、特に耐摩耗性のストリップは、メインロータブレード１００の前縁１０８を摩耗から保護する。前縁シース１２２は、また、メインロータブレード１００のエアフォイル許容差を調整する。
メインロータブレード１００の交換可能な先端セグメント１０６は、メインロータブレード１００及びメインロータアセンブリの空気力学的性能を向上させるために、例えば、後退角（ｒｅａｒｗａｒｄ  ｓｗｅｅｐ）、テーパ、または下反角などの定義された空気力学的形状を有する。交換可能な先端セグメント１０６は、ハニカムコアに接着した上側及び下側の複合材製外板を含む。交換可能な先端セグメント１０６のハニカムコアには、凹部１４０が形成されており、この凹部１４０は、けた１１８の外側寸法よりもわずかに大きい寸法を有している。交換可能な先端セグメント１０６は、エポキシフィルム接着材などの接着材を凹部１４０を定める壁及びけた１１８の外側面に施すことでけた１１８に接着される。更に、交換可能な先端セグメント１０６と中間セグメント１０４との結合をより確実とするためにねじ付き締結具などの締結具１４５を使用することもできる。上述した交換可能な先端セグメントは、発着所で除去可能であるので、適時に修理もしくは交換することが大変容易となる。
メインロータブレード１００の実施例は、更に、例えば、適切な樹脂マトリクスに埋め込んだグラファイト繊維などの複合材製の先端キャップ１４４を含み、このキャップは、締結具１４６などによって交換可能な先端セグメント１０６の機外側端部に固定される。また、先端キャップ１４４は、チタンもしくはアルミニウムなどの金属材料より製造することもできる。先端キャップ１４４は、現場で交換可能なので、その交換に関連する時間やコストが最小となる。交換可能な先端セグメント１０６は、耐摩耗性ストリップ１５０を含み、複合材製先端キャップは、耐摩耗性ストリップ１５２を含む。これらの耐摩耗性ストリップ１５０，１５２は、通常、ニッケルなどの耐摩耗性金属材料から形成されるとともに、交換可能な先端セグメント１０６の前縁を定める。
本出願人であるシコルスキーエアクラフトコーポレイションは、現在自社のＵＨ−６０ブラックホーク（ＢＬＡＣＫ  ＨＡＷＫ）（登録商標）及びＳＨ−６０シーホーク（ＳＥＡＨＡＷＫ）（登録商標）ヘリコプタ用の交換可能な先端キャップアセンブリを供給している（ブラックホーク及びシーホークは、シコルスキーエアクラフトコーポレイションの登録商標である。）。これらの交換可能な先端キャップアセンブリは、メインフェアリング、内部リブ、複合材製クロージャフェアリング、及びニッケル製耐摩耗性ストリップを含む。メインフェアリングは、アルミニウムから製造され、定められた空気力学的形状、即ち空気力学的な面、前縁、及び後縁を有する上側及び下側のエアフォイルを有している。内部リブは、複数のアルミニウム製Ｃ字型部材を含み、これらの部材は、メインフェアリングのキャビティ内に配置されるとともにエアロスペース締結具によって上側及び下側のエアフォイルに固定されている。空気力学的形状を有する複合材製クロージャフェアリングは、ケブラ（ＫＥＶＬＡＲ）（登録商標）をベースとした複合材料で製造されており、適切な接着材を用いてメインフェアリングに接着されている（ケブラは、デレウェア州、ウィルミントン（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）のイー．アイ．デゥポンデネモーズアンドカンパニー（Ｅ．Ｉ．ｄｕＰｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ＆  Ｃｏ．）の非常に高い引っ張り強さを有する全芳香族ポリアミド繊維の登録商標である。）。ニッケル製の耐摩耗性ストリップは、メインフェアリング及びクロージャフェアリングに接着される。アルミニウム製の先端キャップアセンブリは、メインロータブレードの機外側端部にボルト止めされる。
上述したアルミニウム製の先端キャップアセンブリは、その設計された目的に関して機能的であるが、このような従来技術の先端キャップアセンブリは難点も有する。例えば、これらのアルミニウム製の先端キャップアセンブリは、１６個の別個の部材を含むので、その製造及び組み立ては、時間がかかるとともに労働集約的である。メインフェアリングと個々のＣ字型リブ部材との一体化は、特に時間がかかるとともに労働集約的であり、個々のＣ字型リブ部材をメインフェアリングに固定するためにエアロスペース締結具が９０個余計に必要となる。更に、メインフェアリングは、メインロータアセンブリの作動中に先端キャップアセンブリが受ける高い空気力学的負荷により疲労亀裂を生じやすいので、アルミニウム製の先端キャップアセンブリは、定期的に点検及び交換する必要がある。
従って、従来よりも容易に製造及び組み立てることができる即ち、より再現性が高く、かつ上述した従来のアルミニウム製の先端キャップアセンブリよりもコスト効率がよいヘリコプタのメインロータブレード用の先端キャップアセンブリが求められている。このような先端キャップアセンブリは、ＵＨ−６０ブラックホークやＳＨ−６０シーホークヘリコプタで現在使用されているアルミニウム製の先端キャップアセンブリの改良部品として適合するように設計された形状を有する必要がある。
発明の開示
本発明の１つの目的は、複合材製一体型リブ細部構造を含むヘリコプタのロータブレード用の複合材製先端キャップアセンブリを提供することを含む。
本発明の上記及び他の目的は、ヘリコプタメインロータブレード用の複合材製先端キャップアセンブリによって達成され、この複合材製先端キャップアセンブリは、複合材製メインフェアリング、この複合材製メインフェアリングの内部に一体化された複合材製一体型リブ細部構造、上記複合材製メインフェアリングと一体化された複合材製クロージャフェアリング、及び上記複合材製メインフェアリングと上記複合材製クロージャフェアリングと一体となるように設けられた耐摩耗性ストリップを含む。
【図面の簡単な説明】
以下の図面を参照して以下の詳細な説明を検討することによって、本発明及び本発明の特徴及び利点のより完全な理解が得られる。
図１Ａは、ヘリコプタ用の例示的なメインロータブレードの上面図である。
図１Ｂは、図１Ａのヘリコプタメインロータブレードの線１Ｂ−１Ｂに沿った断面図である。
図１Ｃは、図１Ａのヘリコプタメインロータブレードの交換可能な先端セグメントの拡大上面図である。
図２Ａは、本発明に係る複合材製先端キャップアセンブリの説明図である。
図２Ｂは、図２Ａの複合材製先端キャップアセンブリの下面図である。
図３は、複合材製メインフェアリングを構成する（ヘリコプタメインロータブレードのフェザリング軸を基準とする）一方向層及び平織層の繊維配向を概略的に示した図２Ａ，図２Ｂの複合材製先端キャップアセンブリの複合材製メインフェアリングの上側エアフォイル面の平面図である。
図３Ａは、図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
図３Ｂは、図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
図３Ｃは、複合材製メインフェアリングの翼弦線を参照符号ＣL30で示した図３のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
図３Ｄは、複合材製メインフェアリングの翼弦線を参照符号ＣL20で示した図３のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
図３Ｅは、図３のＥ−Ｅ線に沿った断面図である。
図４は、複合材製メインフェアリングを構成する上側及び下側のエアフォイルレイアップとして組み合わせた一方向層及び織物層を示している。
図５は、図４の上側及び下側のエアフォイルレイアップを、複合材製先端キャップアセンブリの複合材製メインフェアリングを製造することができる例示的な割型に配置した説明図である。
図６Ａは、複合材製クロージャフェアリングを構成する（ヘリコプタメインロータブレードのフェザリング軸を基準とする）平織層の繊維配向を概略的に示した図２Ａ，図２Ｂの複合材製先端キャップアセンブリの複合材製クロージャフェアリングの上側エアフォイル面の平面図である。
図６Ｂは、図２Ａ，図２Ｂの複合材製先端キャップアセンブリの複合材製クロージャフェアリングの下側エアフォイル面の平面図である。
図６Ｃは、図２Ａ，図２Ｂの複合材製先端キャップアセンブリの複合材製クロージャフェアリングの例示的な断面図である。
図６Ｄは、図２Ａ，図２Ｂの複合材製先端キャップアセンブリの複合材製クロージャフェアリングの前縁の部分断面図である。
図７は、複合材製一体型リブ細部構造を構成する（ヘリコプタメインロータブレードのフェザリング軸を基準とする）平織層の繊維配向を概略的に示した図２Ａ，図２Ｂの複合材製先端キャップアセンブリの複合材製一体型リブ細部構造の底部の下面図である。
図７Ａは、図７の複合材製一体型リブ細部構造のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
図７Ｂは、図７の複合材製一体型リブ細部構造のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
図７Ｃは、図７の複合材製一体型リブ細部構造のＣ部分の断面図である。
図８は、本発明の複合材製先端キャップアセンブリの複合材製一体型リブ細部構造を製造することができる複合成形アセンブリの説明図である。
図９Ａ〜図９Ｃは、複合材製一体型リブ細部構造の下側中間フランジの他の実施例を示した説明図である。
発明を実施するための最良の形態
以下の詳細な説明とともに用いる図面のいくつかは、本発明に係る複合材製先端キャップアセンブリを構成する部材及びこれらの部材の構造的な相互関係に関するより正確な理解を容易とするために径方向の基点（Ｒ  ＳＴＡ）基準線（ＲＥＦ）を含んでいる。当業者であれば、これらの径方向の基点が、ヘリコプタのメインロータハブ（図示省略）の回転中心を基準としていることが分かるであろう。
図面の対応部及び相当部に、同一符号を付している以下の図面を参照すると、図２Ａ，図２Ｂは、それぞれ本発明に係る複合材製先端キャップアセンブリ１０の概略説明図及び上面図である。複合材製先端キャップアセンブリ１０は、シコルスキーエアクラフトコーポレイションによって製造されているＵＨ−６０ブラックホーク及びＳＨ−６０シーホークヘリコプタで現在使用されている上述したアルミニウム製の先端キャップアセンブリと交換可能な部材となるように、構造的及び機能的に設計されている。
複合材製先端キャップアセンブリ１０は、複合材製メインフェアリング２０、複合材製クロージャフェアリング５０、複合材製一体型リブ細部構造６０、及び耐摩耗性ストリップ７０を含む。複合材製先端キャップアセンブリ１０は、ヘリコプタのメインロータブレードで用いられるタイプの空気力学的形状を有しており、このような形状は、後退角、テーパ、または下反角などの選択された組み合わせを含み得る。複合材製先端キャップアセンブリ１０の具体的な空気力学的形状は、本発明の特徴ではないので、詳細には説明しない。
以下で詳細に説明する複合材製先端キャップアセンブリの実施例を構成する（耐摩耗性ストリップ８０以外の）部材は、プリプレグ状態の複合材料で製造される。プリプレグ複合材料は、グラファイト、例えばケブラなどのアラミド、ホウ素、ガラス繊維などである配向した繊維材料マトリクスで構成した織物、ヤーン、もしくは、繊維トウによって形成され、これを、所定量のエポキシ、フェノール、もしくは他の同様の有機樹脂状物質で含浸する。有機樹脂で含浸した複合材料は、粘着性の複合材料即ちプリプレグを形成するようにステージ化される。粘着状態のプリプレグ複合材料は、本発明に係る複合材製先端キャップアセンブリ１０の部材を形成するために種々のレイアップ段階で処理及び加工される。
複合材製先端キャップアセンブリ１０の実施例では、プリプレグ複合材料は、適切な樹脂マトリクスに埋め込んだ繊維状のグラファイト材料で形成される。本発明では、ひずみの許容範囲が広く、かつ質量に対する剛性の比率が高いグラファイトベースの複合材料を選択した。本発明で使用可能であるグラファイトベースの複合材料の例としては、ＩＭ７Ｇ／８５５２が挙げられ、この材料は、デラウェア州ウィルミントン（Ｗｉｌｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）ヘラクレスインコーポレイテッド（Ｈｅｒｃｕｌｅｓ  Ｉｎｃ．）によって供給されている
本発明の複合材製先端キャップアセンブリ１０を製造するために使用されるグラファイトベースのプリプレグ複合材料は、以下で個々の部材に関して説明していくように、（テープ状の）一方向層及び平織層である。一方向層は、約０．０１５２４センチメートル（０．００６インチ）の公称層厚を有し、平織層は、約０．０１９センチメートル（０．００７５インチ）の公称層厚を有する。
図３，図３Ａ〜図３Ｅに示した複合材製メインフェアリング２０は、上側エアフォイル２２、下側エアフォイル２４、前縁２６、後縁２８、機内側接続領域３０、及び機外側接続領域３２によって定められる。上側及び下側のエアフォイル２２，２４の外側モールドライン（ＯＭＬ）の面により、複合材製メインフェアリング２０の空気力学的形状が定まり、前縁及び後縁２６，２８によって複合材製メインフェアリング２０の翼弦ＣL20（図３Ｃ，図３Ｄ参照）が定まる。機内側接続領域３０の内側モールドライン（ＩＭＬ）の面は、ヘリコプタのメインロータブレード（図示省略）の機外側端部のＯＭＬ面と相補的な形状を有する。機内側接続領域３０は、（図３で点線で示された−図２Ａ，図２Ｂ参照）複数の開口部３１を含み、これらの開口部は、複合材製先端キャップアセンブリ１０とヘリコプタのメインロータブレードの機外側端部とを（ボルトで）固定するために使用される。機外側接続領域３２のＯＭＬ面は、複合材製クロージャフェアリング５０と相補的な形状を有する。機外側接続領域３２は、以下で詳細に説明するように、複合材製一体型リブ細部構造６０の外側端部を、複合材製メインフェアリング２０内に配置するための（図２Ｂ，図３で点線で示した）複数のアライメント開口部３３を含むこともできる。
複合材製メインフェアリング２０は、重なり合うように組み合わせた（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ）複数の一方向層３４及び複数の織物層３６（図３Ａ，図３Ｂ，図３Ｅ参照）で構成される。一方向層３４は、繊維の一方向の配向によって定義される。複合材製メインフェアリング２０の実施例では、定義される一方向層３４の繊維配向は、−２０°である。複数の織物層３６は、第一／第二の繊維配向を有する第一の織物層３６Ａと、第一／第二の繊維配向を有する第二の織物層３６Ｂを含む。複合材製メインフェアリング２０の実施例では、第一の織物層３６Ａは、−２０°／＋７０°の繊維配向を有し、第二の織物層３６Ｂは、−６５°／＋２５°の繊維配向を有する。図３Ａ，３Ｂ，３Ｅに示すように、一方向層３４は、機内側に延びる複合材製メインフェアリング２０の延長アーム領域の前縁２６に隣接する部分のみで用いられる（図３Ｅ参照）。前縁２６を含む残りの複合材製メインフェアリング２０の構造は、第一及び第二の織物層３６Ａ，３６Ｂの重なり合った組み合わせによって構成される。
グラファイトベースの複合材料は、優れた強度及び振動負荷を伝達する能力を有するので、複合材製メインフェアリング２０をグラファイトベースの複合材料で製造することによって、複合材製メインフェアリング２０の疲労亀裂の発生率を最小とすることができる。更に、グラファイトベースの複合材料で製造される複合材製メインフェアリング２０は、亀裂の伝播に対しても優れた耐性を有する。
複合材製メインフェアリング２０の上側及び下側のエアフォイル２２，２４を構成する第一及び第二の織物層３６Ａ，３６Ｂは、ＩＭＬ面取りショルダ部４０，４１を形成するように構成される。ＩＭＬ面取りショルダ部４０，４１によって、複合材製先端キャップアセンブリ１０の複合材製メインフェアリング２０とヘリコプタメインロータブレードの機外側端部との正確な接合が可能となる。更に、複合材製メインフェアリング２０の上側及び下側のエアフォイル２２，２４を構成する、重なり合った第一及び第二の織物層３６Ａ，３６Ｂは、ＯＭＬ面取りショルダ部４２，４３（図３Ａ参照）を形成するように構成される。これらのＯＭＬ面取りショルダ部４２，４３は、複合材製メインフェアリング２０と複合材製クロージャフェアリング５０との接合を容易となるように機能する。更に、複合材製メインフェアリング２０の上側及び下側エアフォイル２２，２４を構成する、重なり合った第一及び第二の織物層３６Ａ，３６Ｂは、図３Ａに示したＩＭＬ面取りショルダ部４４，４５を形成するように構成される。これらのＩＭＬ面取りショルダ部４４，４５によって、複合材製メインフェアリング２０の内部に一体型リブ細部構造６０を適切に配置することが容易となる。
複合材製メインフェアリング２０の実施例は、更に、ステンレス鋼メッシュ層４７Ａ，４７Ｂを含み、ステンレス鋼メッシュ層４７Ａは、ストランド配向が−２０°であり、ステンレス鋼メッシュ層４７Ｂは、ストランド配向が９０°である（図３Ｂ，図３Ｅ，図４参照）。実施例では、ステンレス鋼メッシュ層４７Ａ，４７Ｂは、（ニューヨーク州，ニューロシェル（ＮＹ，Ｎｅｗ  Ｒｏｃｈｅｌｌｅ）所在のジェラルドダニエル  アンド  カンパニー（Ｇｅｒａｒｄ  Ｄａｎｉｅｌ  ＆  Ｃｏ．）より供給される）ＡＭＳ５６９０プレーンダッチ５０Ｘ２５０ステンレス鋼ワイヤメッシュである。複合材製メインフェアリング２０は、銅メッシュ層４８（図３Ｂ，図４参照）を含むこともできる。この銅メッシュ層４８は、メリーランド州のハブレデグレイス（ＭＤ，Ｈａｖｒｅ  ｄｅ  Ｇｒａｃｅ）所在のサイテック  エンジニアード  マテリアルズ（Ｃｙｔｅｃ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）より供給されるＦＭ９９Ｍ−０２９ＣＸＭＣなどの銅メッシュが使用可能である。
複合材製メインフェアリング２０を製造するには、まず、上側及び下側のエアフォイル２２，２４を構成する（ステンレス鋼層４７Ａ，４７Ｂ及び銅メッシュ層４８が含まれている場合には、これらの層とともに）一方向層３４及び第一及び第二の織物層３６Ａ，３６Ｂを、図４で例示的に示したように、別々のレイアップ２２Ｌ，２４Ｌで重ねて組み合わせる。上側及び下側のそれぞれのエアフォイルのレイアップ２２Ｌ、２４Ｌ（図４では、覆われた上側レイアップが示されている）は、成形アセンブリで組み合わされ、この成形アセンブリは、説明する実施例では、調整可能な片側成形型（ｍｏｌｄ  ｈａｌｆ）ＳＭ１と固定された片側成形型ＳＭ２を含む割型アセンブリである。調整可能な片側成形型ＳＭ１は、固定された片側成形型ＳＭ２に対して移動可能となっており、割型アセンブリＳＭ内で上側及び下側のエアフォイルのレイアップ２２Ｌ，２４Ｌを組み合わせることが容易となっている。上側及び下側のレイアップ２２Ｌ，２４Ｌを割型アセンブリＳＭで組み合わせるのに従って、複合材製メインフェアリング２０の前縁２６を構成する第一及び第二の織物層３６Ａ，３６Ｂが、前縁２６において接合部を形成するように重なる。この接合部には、確実に前縁２６を構成する第一及び第二の織物層３６Ａ，３６Ｂが適切に積層するように、インテンシファイアが設けられている。
上側及び下側のエアフォイルレイアップ２２Ｌ，２４Ｌを用いて複合材製メインフェアリング２０を製造することによって、製造工程がかなり単純化されるとともに、更に、複合材製先端キャップアセンブリ１０の構造的な完全性が最適化される。構造的な完全性の最適化は、複合材製メインフェアリング２０の前縁２６に上記の接合部を形成することによって達成される。通常は、複合材構造に形成されるどのような接合部も、剥離するおそれのある構造的に弱い領域となってしまう。しかし、本発明の場合には、前縁２６のＯＭＬ面に続いて接着される耐摩耗性ストリップ７０によって、前縁２６の構造的な完全性が維持される。つまり、耐摩耗性のストリップ７０が接合部を覆って、複合材製先端キャップアセンブリ１０の前縁２６において構造を補強即ち強化する。
続いて、上述した上側及び下側レイアップ２２Ｌ，２４Ｌを含む割型アセンブリＳＭは、予備硬化複合材製メインフェアリング２０を形成するように、当業者に周知である従来の技術及び方法によって、真空バギングしてオートクレーブで硬化する。温度、圧力、時間、などの硬化のサイクルパラメータは、当業者には周知であり、主に複合材の構成要素によって異なる。
図６Ａ〜図６Ｄに示されている複合材製クロージャフェアリング５０は、上記でアルミニウム製先端キャップアセンブリに関して説明したクロージャフェアリングと設計形状が同様である。複合材製クロージャフェアリング５０は、上側エアフォイル５１、下側エアフォイル５２、前縁５３、後縁５４、及び機内側接続領域５５によって画定される。上側および下側エアフォイル５１，５２のＯＭＬ面は、複合材製クロージャフェアリング５０の空気力学的形状を定め、前縁及び後縁５３，５４は、複合材製クロージャフェアリング５０の翼弦ＣL50（図６Ｃ，図６Ｄ参照）を定める。機内側接続領域５５の内側モールドライン（ＩＭＬ）の面は、複合材製メインフェアリング２０の機外側接続領域３２と相補的な形状を有する。
複合材製クロージャフェアリング５０は、第一の複数の織物層５６と第二の複数の織物層５７が重なり合うように組み合わさった一体構造として形成されている（図６Ｄ参照）。第一の複数の織物層５６は、一方向の繊維配向で定義される第一の織物層５６Ａと、一方向の繊維配向で定義される第二の織物層５６Ｂと、を含む。複合材製クロージャフェアリング５０の実施例では、第一の織物層５６Ａの繊維配向は、＋４５°であり、第二の織物層５６Ｂの繊維配向は、−４５°である。第二の複数の織物層５７は、第一／第二の繊維配向を有する。複合材製クロージャフェアリング５０の実施例では、織物層５７は、０°／９０°の繊維配向を有する。
複合材製クロージャフェアリング５０は、上述したグラファイトベースの複合材料で製造される。上述したグラファイトベースの複合材料の利点に加え、（上記アルミニウム先端キャップアセンブリの複合材製クロージャフェアリングで使用されているケブラをベースとした複合材料に比べ）たわみ性が向上しているとともにコストが低いので複合材製クロージャフェアリング５０の製造処理に有利となっている。
複合材製クロージャフェアリング５０の実施例は、更に、ストランド配向が−２０°であるステンレス鋼メッシュ層（図６Ｂ，図６Ｄ参照）を含む。実施例では、ステンレス鋼メッシュ層５８の組成
及び構造は、上述した複合材製メインフェアリング２０のステンレス鋼メッシュ層４７Ａ，４８Ｂと同様である。また、複合材製クロージャフェアリング５０は、複合材製メインフェアリング２０に関して上述したタイプの銅メッシュ層５９（図６Ａ，図６Ｂ参照）を含むこともできる。
複合材製クロージャフェアリング５０を製造するには、まず、複合材製クロージャフェアリング５０を構成する（ステンレス鋼メッシュ層５８及び銅メッシュ層５９が含まれていれば、これらの層とともに）第一及び第二の織物層５６Ａ，５６Ｂ、及び織物層５７を、通常は下型である従来の成形アセンブリ（図示省略）内に重なり合うように組合わせてレイアップする。続いて、レイアップした成形アセンブリを、予備硬化複合材製クロージャフェアリング５０を形成するように、真空バギングしてオートクレーブで硬化する。温度、圧力、時間などの硬化サイクルパラメータを含む上述の製造技術は、当業者には周知であり、主に複合材の構成要素によって決まる。
図７，図７Ａ〜図７Ｃに例示的に示した複合材製一体型リブ細部構造６０は、複合材製メインフェアリング２０のＩＭＬ面と相補的となるような設計寸法を有する。複合材製一体型リブ細部構造６０は、内側中間領域６２，外側中間領域６４，及び中間波形領域６６によって画定される。内側中間領域６２は、上側及び下側フランジ６２Ｕ，６２Ｌを含み、これらのフランジは、図７Ａに示すように、複合材製メインフェアリング２０の上側及び下側エアフォイル２２，２４のＩＭＬ面と接触するＯＭＬ面を有する。複合材製一体型リブ細部構造６０は、複合材製メインフェアリング２０の内部に配置され、上側及び下側エアフォイル２２，２４に構造的なブリッジ支持を提供するように機能し得る。
中間波形領域６６は、横方向ウェブ６６Ｔと、これらの横方向ウェブ６６Ｔの間で連続性を提供する上側及び下側側面方向ウェブ６６ＵＬ，６６ＬＬと、を含む（図７，図７Ａ参照）。下側側面方向ウェブ６６ＬＬは、複合材製一体型リブ細部構造６０の中間波形領域に構造的な強度を加えるために、離間されたリブ補強材６６ＲＳ（図７，図７Ａ参照）を含むように製造される。中間波形領域６６の横方向ウェブ６６Ｔは、上側及び下側の側面方向ウェブ６６ＵＬ，６６ＬＬが複合材製メインフェアリング２０の上側及び下側のエアフォイル２２，２４とそれぞれ接触するような寸法となっている。
複合材製一体型リブ細部構造６０は、複数の織物層６８によって構成される。複数の織物層６８は、第一／第二の繊維配向を有する第一の織物層６８Ａと、第一／第二の織物配向を有する第二の織物層６８Ｂを有する。複合材製一体型リブ細部構造６０の実施例では、第一の織物層６８Ａは、±４５°の繊維配向を有し、第二の織物層６８Ｂは、０°／９０°の繊維配向を有する。
複合材製一体型リブ細部構造６０を製造するには、まず、複合材製一体型リブ細部構造６０を構成する第一及び第二の織物層６８Ａ，６８Ｂを、図８で例として示した複合成形アセンブリのような従来の成形アセンブリ内に重なり合うようにレイアップする。図８で示した成形アセンブリＭＡは、第一及び第二の織物層６８Ａ，６８Ｂがそれぞれ確実に成形アセンブリＭＡ内に適切に配置されるように、レーザ式層ロケータＬＰＬを使用する。本発明の複合材製一体型リブ細部構造６０の比較的単純な形状によって、複合成形アセンブリＭＡの使用が容易となるために、複数の複合材製一体型リブ細部構造６０を同時に製造することができ、リブ細部構造６０のユニット当たりのコストを減少させることができる。続いて、レイアップした成形アセンブリＭＡを、予備硬化複合材製一体型リブ細部構造６０を形成するように、真空バギングしてオートクレーブに挿入して硬化する。温度、圧力、時間などの硬化サイクルパラメータを含む上記の製造技術は、当業者には周知であり、これらのパラメータは、主に複合材料の構成要素によって異なる。
上述のように、複合材製一体型リブ細部構造６０の内側中間領域６２を画定する上側及び下側のフランジ６２Ｕ，６２Ｌは、最も内側の横方向ウェブ６６Ｔｉ（図７Ａ参照）の一体型延長部として形成される。また、下側フランジは、別個の要素として製造してから、最も内側の横方向ウェブと一体化することもできる。図９Ａ〜図９Ｃは、横方向レッグ６３Ｔと側面方向レッグ６３Ｌを含む別個の要素として製造した下側フランジ６２Ｌ’を示している。下側フランジ６２Ｌ’は、第一及び第二の織物層６８Ａ，６８Ｂを含み、これらの織物層は、上述したように横方向ウェブの最も内側と接触するように従来の成形型内にレイアップされ、続いて、真空バギングをしてから従来の複合材製造技術及び圧力、温度、及び時間などの硬化サイクルパラメータを用いてオートクレーブ内で硬化される。これにより、複合材製一体型リブ細部構造６０と一体となった要素である硬化された下側フランジ６２Ｌ’が形成される。本発明に係る複合材製一体型リブ細部構造６０に関する設計構造によって、複合材製先端キャップアセンブリ１０を静的及び動的な釣合いを取るために複合材製先端キャップアセンブリ１０に釣合いおもり組み込むことが容易となる。図７，図７Ａでは、１つまたはそれ以上のナットプレート９０つまり捕捉されたナットを含むプレートが最も内側の横方向ウェブ６６Ｔｉに接着されている。続いて、釣合いおもり９２が、対応するナットプレート９０に螺合する取付ねじ９４によって最も内側の横方向ウェブ６６Ｔｉに固定される。
耐摩耗性のストリップ７０は、図２Ａ及び図２Ｂに例示的に示されており、ＵＨ−６０ブラックホーク及びＳＨ−シーホークヘリコプタ用の上述したアルミニウム製先端キャップアセンブリで現在使用されている耐摩耗性ストリップの形状及び材料と同様である。耐摩耗性ストリップ７０のＩＭＬ面は、複合材製のメインフェアリング及びクロージャフェアリング２０，５０のそれぞれの前縁２６，５３のＯＭＬ面と相補的となっている。この耐摩耗性ストリップ７０は、何らかの従来の製造技術を用いてヘリコプタの用途で優れた耐摩耗特性を有するニッケルで製造されることが望ましい。
複合材製先端キャップアセンブリ１０の組み立ては、まず、当業者に周知のタイプの高温型接着材（通常、このような高温型接着材は約２５０°Ｆの温度で硬化する）で接着することにより、硬化した複合材製一体型リブ細部構造６０と、硬化した複合材製メインフェアリング２０と、を一体化する。外側中間フランジ６４のＯＭＬ面と、硬化した複合材製メインフェアリング２０の下側エアフォイル２４の機外側接続領域３２のＩＭＬ面と、の接合接触によって、硬化した複合材製一体型リブ細部構造６０を複合材製メインフェアリング２０に対して適切に配置することができる。また、図７に示したように複合材製一体型リブ細部構造６０の対応する中間フランジ６２Ｌ，６４の一方もしくは両方に、アライメント開口部６２ＬA，６４Aを形成することもできる。対応するアライメント開口部（対応するアライメント開口部３３のみを図示している−図３参照）が、複合材製メインフェアリング２０の下側エアフォイル２２に形成され、複合材製一体型リブ細部構造６０を複合材製メインフェアリング２０の内部に適切に配置するためにアライメントピンをこれらの整列開口部に挿入する。上述した整列ピンを使用すると、製造工程がより複雑になるが、複合材製一体型リブ細部構造６０を複合材製メインフェアリング２０に対して正しく配置するためにアライメントピンを選択的に使用することは、上述したアルミニウム製の製造に比べてかなり労力が少ない。従来のアルミニウム製先端キャップアセンブリの各Ｃ字型リブ部材は、アライメントピンを用いて配置する必要がある。これに対して、本発明では、アライメントピンは、複合材製一体型リブ細部構造６０の中間フランジ６２Ｌ，６４の一方もしくは両方のみで必要となる。複合材製一体型リブ細部構造６０と複合材製メインフェアリング２０とが接着された後に、アライメントピンは取り除かれる。
次に、当業者に周知のタイプの適切な高温型接着材を用いて複合材製クロージャフェアリング５０と複合材製メインフェアリングの機外側接続領域３２とを接着する。最後に、当業者に周知のタイプの適切な高温型接着材を用いて耐摩耗性ストリップ７０を、複合材製のメインフェアリング及びクロージャフェアリング２０，６０のそれぞれの前縁２６，５３に接着する。
本発明の複合材製先端キャップアセンブリ１０は、（上述したＵＨ−６０ブラックホーク及びＳＨ−６０シーホークヘリコプタのアルミニウム製先端キャップアセンブリが１６個の主要部材を含むのに対して）主要部材を４つしか含まないので、複合材製先端キャップアセンブリ１０の製造及び組み立てが容易となっている。これにより、上述した従来の先端キャップアセンブリに比べてユニット当たりのコストがかなり減少する（ユニット当たりのコストが５０％近く減少する）。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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