(57)【要約】      （修正有）【課題】航空機の製造に用いられる複合構造体の許容含水量を求める方法を提供する。【解決手段】複合構造体に対して熱分析を行うことによって、複合構造体の表面温度プロファイル１２６を求める。表面温度プロファイル１２６は、複合構造体の含水量から独立して求められる。複合構造体に対して水分分析を行うことによって、複合構造体の許容含水量を求めることをさらに含み、水分分析は、求めた表面温度プロファイル１２６に基づいて行われる。【選択図】図１
2017009605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合構造体の許容含水量を求める方法であって、
複合構造体に対して熱分析を行うことによって、前記複合構造体の表面温度プロファイルを求め、前記表面温度プロファイルは、前記複合構造体の含水量に依存しないものであり、
前記複合構造体に対して水分分析を行うことによって、前記複合構造体の許容含水量を求め、前記水分分析は、求めた前記表面温度プロファイルに基づいて行われる、方法。
【請求項２】
さらに、求めた前記許容含水量に基づく厚みを有する複合構造体を製造する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記熱分析は、第１の期間について行われ、前記水分分析は、前記第１の期間より長い第２の期間について行われる、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
熱分析を行うに際し、環境パラメータデータベースから、複数の環境パラメータに関連する環境パラメータデータを受信し、前記環境パラメータデータは、所定の期間にわたって、複数の空港から収集されたものである、請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
さらに、前記環境パラメータデータをパラメータプロファイルモジュールに入力して、前記複数の環境パラメータのうちの各環境パラメータについてのパラメータプロファイルを求める、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
さらに、前記表面温度プロファイルを相対湿度モジュールに入力して、相対湿度プロファイルを求める、請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
さらに、複数の空港のうちの各空港について、利用状況プロファイルを求め、各利用状況プロファイルは、前記複数の空港のうちの各空港からの飛行中動作データ及び地上非動作データに基づくものである、請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
水分分析を行うに際し、所定の複合構造体データ及び少なくとも１つの環境定義プロファイルを、許容含水量モジュールに入力する、請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
前記環境定義プロファイルは、相対湿度プロファイル、前記表面温度プロファイル、前記環境パラメータデータ、及び、利用状況プロファイルに基づくものである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
複数の空港からの複数の環境パラメータに関連する環境パラメータデータを含む環境パラメータデータベースと、
熱分析を行うことによって、前記複数の空港についての複合構造体の表面温度プロファイルを求めるように構成された表面温度モジュールと、を含み、前記表面温度プロファイルは、前記環境パラメータデータに基づくとともに、前記複合構造体の含水量には依存しないものであり、
水分分析を行うことによって、求めた前記表面温度プロファイルに基づいて、前記複合構造体の許容含水量を求めるように構成された許容含水量モジュールをさらに含む、許容含水量判定システム。
【請求項１１】
前記環境パラメータデータに基づいて複数のパラメータプロファイルを求めるように構成されたパラメータプロファイルモジュールをさらに含み、
各パラメータプロファイルは、前記複数の環境パラメータのうちの１つの環境パラメータに基づくものであり、前記表面温度モジュールは、求めた前記パラメータプロファイルに基づいて前記表面温度プロファイル（１２６）を求める、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記複数の空港のうちの各空港についての環境定義プロファイルをさらに含み、
前記環境定義プロファイルは、相対湿度プロファイル、前記表面温度プロファイル、前記環境パラメータデータ、及び、利用状況プロファイルに基づくものである、請求項１０又は１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記複数の空港について、前記相対湿度プロファイルを求めるように構成された相対湿度モジュールをさらに含み、前記相対湿度プロファイルは、求めた前記表面温度プロファイルに基づくものである、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記利用状況プロファイルは、前記複数の空港のうちの各空港からの飛行中動作データ及び地上非動作データに基づくものである、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記複合構造体に関連するデータを含む複合構造体データベースをさらに含み、前記許容含水量モジュールは、前記環境定義プロファイル及び前記複合構造体データに基づいて、前記複合構造体の前記許容含水量を求めるように構成されている、請求項１２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、構造体の許容含水量を求める方法に関し、より具体的には、航空機の製造に用いられる複合構造体の許容含水量を求める方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非金属性の構造体は、金属製の構造体に比べて、多くの利点を有する。特に、非金属性の構造体は、例えば負荷がかかることが予測される方向に非金属繊維を正確に並べることによって、強度を損なうことなく、重量を大幅に減らすことができる。繊維は、複数の重なり合う層状に配置される。
【０００３】
ある種のグループの材料、例えば、ある種のプラスチックとエポキシ樹脂による複合材料の構造体は、拡散により水分を吸収しやすい。これは、比較的遅いプロセスである（吸収量は、週、月、及び年単位の期間にわたって測定して、ミリメートル単位で表される）が、材料内の水分の存在によって、当該材料の耐用年数が短くなる場合がある。また、比較的高温に長期間曝露されることによっても、材料の耐用年数が短くなる場合がある。従って、設計プロセスにおいては、高温及び含水量の影響を考慮する必要がある。
【０００４】
従来、複合構造体のサイズ及びスケールにかかわらず、複合材料の設計には、一定の飽和レベルが採用されてきた。一定の飽和レベルは、乾燥状態の複合構造体の重量に対する水分の割合として測定される。例えば、構造体に含まれる水分の重量が、水分量ゼロの複合構造体の重量の所定の割合に達すると、最大許容含水量（飽和レベル）に達したことになる。従来の飽和レベルは、３０〜４０層の比較的薄い複合構造体について設定されていた。しかしながら、最近の複合構造体は、５０〜１００層もの層を含む場合がある。このように厚みが増した現代の複合構造体は、コンポーネントの耐用年数に影響を与えることなく、厚みに比例してより多くの水分を吸収することができる。従って、従来の所定の飽和レベルを採用すると、複合構造体が過剰仕様になって、航空機の重量ならびに製造時間及びコストが増える。
【０００５】
また、飽和レベルを判定するために行われる計算は、熱分析と水分拡散分析とを組み合わせて行われる。このような計算は、膨大な量のデータを含み、判定にかなりの計算能力及び時間を必要とする。
【０００６】
従って、比較的厚みの大きい複合構造体の水分飽和レベルを、より少ない時間及び計算能力で求める方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００７】
一側面において、複合構造体の許容含水量を求める方法が提供される。当該方法は、複合構造体に対して熱分析を行うことによって、複合構造体の表面温度プロファイルを求めることを含む。表面温度プロファイルは、複合構造体の含水量から独立して求められる。当該方法は、複合構造体に対して水分分析を行うことによって、複合構造体の許容含水量を求めることも含み、水分分析は、求めた表面温度プロファイルに基づいて行われる。
【０００８】
別の側面において、許容含水量判定システムが提供される。許容含水量判定システムは、複数の空港からの複数の環境パラメータに関連する環境パラメータデータを含む環境パラメータデータベースを含む。許容含水量判定システムは、熱分析を行うことによって、複数の空港についての複合構造体の表面温度プロファイルを求めるように構成された表面温度モジュールも含む。表面温度プロファイルは、環境パラメータデータに基づくとともに、複合構造体の含水量には依存しないものである。許容含水量判定システムは、水分分析を行うことによって、求めた表面温度プロファイルに基づいて複合構造体の許容含水量を求めるように構成された許容含水量モジュールをさらに含む。
【０００９】
さらに別の側面において、コンピューター実行可能命令を記録させた少なくとも１つの非一時的なコンピューター可読記憶装置が提供される。コンピューター実行可能命令は、プロセッサによって実行された際に、プロセッサに、表面温度モジュールを用いて複合構造体の熱分析を行うことによって、複合構造体の表面温度プロファイルを求めさせる。表面温度プロファイルは、複合構造体の含水量から独立して求められる。コンピューター実行可能命令は、さらに、プロセッサに、許容含水量モジュールを用いて複合構造体の水分分析を行うことによって、複合構造体の許容含水量を求めさせる。水分分析は、求めた表面温度プロファイルに基づいて行われる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的な許容含水量判定システムを実施するための例示的なフローチャートを示す図である。
【図２】例示的な複合構造体の、判定された許容含水量の例示的なプロットを示す図である。
【図３】複合構造体の許容含水量を求める方法の例示的なフローチャートを示す図である。
【図４】複合構造体の許容含水量を求める別の方法の例示的なフローチャートを示す図である。
【図５】図１の許容含水量判定システムに用いられる演算装置の一例のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
現在のところ、許容含水量まで飽和された複合構造体の強度は、完全不飽和状態（completely unsaturated）である複合構造体の理論上の強度よりも低いという前提に基づいて、複合構造体が設計されている。本明細書に述べたように、例えば民間航空機などの大きな構造体の場合、複合材コンポーネントが５０ｍｍのオーダーの厚みを有することもあり得る。このオーダーの複合構造体は、使用寿命の間に厚み全体が飽和状態になることは極めてまれである。従って、厚みに基づいて複合構造体の許容含水量を求めることが望まれる。本明細書に記載したように、複合構造体は、厚みに基づいて新たに算出された吸水状況を考慮して製造され、これによって、必要な強度を維持しつつ航空機の全重量を低減するとともに、関連する製造コストを削減することができる、ゲージ寸法がより薄い複合構造体（thinner gauge composite structures）が生産される。
【００１２】
一実施態様において、コンピュータープログラムが提供される。当該コンピュータープログラムは、コンピューター可読媒体において実施される。例示的な一実施形態において、当該コンピュータープログラムは、単一の演算装置で実行され、サーバーコンピューターへの接続を必要としない。コンピュータープログラムは、フレキシブルであり、いかなる主要な機能も損なうことなく、異なる様々な環境で動作するように設計されている。いくつかの実施態様において、システムは、複数の演算装置に分散された複数のコンポーネントを含む。１つ又は複数のコンポーネントは、コンピューター可読媒体に記録したコンピューター実行可能命令の形態であってもよい。システム及びプロセスは、本明細書に記載された特定の実施態様に限定されない。また、各システム及び各プロセスのコンポーネントは、本明細書に記載した他のコンポーネント及びプロセスから独立して、別個に実施することができる。各コンポーネント及びプロセスは、他のアセンブリパッケージ及びプロセスと組み合わせて用いることもできる。
【００１３】
本明細書で用いる「含水量」とは、概して、例えば吸湿膨張性複合材料（hygroexpansive composite material）などの材料中の水分の量のことをいい、この量は、当業者に知られている任意の単位で表すことができる。いくつかの実施形態において、当該単位は、例えば、水を含まない状態のサンプルの重量に対する水分割合である重量パーセントで表される場合がある。
【００１４】
「吸湿膨張性材料」とは、含水量の変化に伴って体積が変化する材料のことをいう。「吸湿膨張性材料」は、水分を吸収可能であり、水分を取り込む際に膨張し、複数の成分によって構成されている材料である。いくつかの実施形態において、材料は、吸湿成分を含む。当業者であればわかるように、複合材料は、様々な形態をとることができる。例えば、いくつかの実施形態において、「複合材料」という用語と「複合構造体」という用語は、互換的に使われる場合がある。別の例としては、同じ組成又は異なる組成を有する複数の成分から製造された合成材料がある。このような材料は、個々の組成が同じ又は異なる多数の繊維要素を複合した織布材料及び不織布材料を含みうる。
【００１５】
ここでいう、吸湿膨張性複合材料は、航空機、例えば航空機の外板、に使用される樹脂複合材料を含む。また、ここでいう樹脂複合材料は、繊維強化複合材料を含む。樹脂は、エポキシ樹脂を含み、強化繊維は、炭素繊維を含む。他の好適な実施形態において、複合材料における樹脂は、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、及び、フェノール樹脂を、強化繊維は、ガラス繊維、セラミック繊維、及び、アラミド繊維を含みうる。概して、本明細書に記載の複合材料又は複合構造体には、複合材料の使用によって利益を得る任意の用途に使用される任意のタイプの複合材料が包摂される。
【００１６】
本明細書において、単数形で記載され、「ａ」又は「ａｎ」という単語が前に付された要素又は工程は、特にその旨を明記していない限り、複数の要素又は工程を除外しないものと理解されるべきである。また、本開示の「例示的な実施態様」又は「一実施態様」という言葉は、記載した特徴を組み込んだ追加の実施態様の存在を排除するものと理解されるべきではない。
【００１７】
図１は、例示的な許容含水量判定システム１００を実施するための例示的なフローチャートを示している。この例示的な実施形態において、システム１００は、環境パラメータデータベース１０２を含む。当該データベースは、以下により詳しく説明するように、複合構造体の許容含水量を求めるために用いられうる複数の様々な環境パラメータに関連するデータを格納する。具体的には、環境パラメータデータベース１０２は、少なくとも、温度データ１０４、太陽負荷データ１０６、風速データ１０８、及び、降水量データ１１０を格納する。例示的な一実施形態において、データベース１０２は、複数の空港についての環境パラメータデータを格納する。より具体的には、データベース１０２は、吸水が最も多いと判定された少なくとも１２の空港についての環境パラメータデータを格納する。吸水が最も多い空港を用いることによって、最終的な許容含水量の判定結果は、余裕のある見積もり結果となり、一方で、より厚みの大きい複合構造体の許容含水量のより正確な判定も行うことができる。データベース１０２は、４０年間にわたって、時間単位で収集した環境パラメータデータを含む。
【００１８】
システム１００は、パラメータプロファイルモジュール１１２をさらに含む。当該モジュールは、データベース１０２からの環境パラメータデータに基づいて、複数のパラメータプロファイル１１４を求める。より具体的には、モジュール１１２は、データベース１０２にデータが格納された複数種類の環境パラメータのそれぞれについて、パラメータプロファイル１１４を求める。例えば、モジュール１１２は、温度データ１０４から温度プロファイル１１６を、太陽負荷データ１０６から太陽負荷プロファイル１１８を、風速データ１０８から風速プロファイル１２０を、そして、降水量データ１１０から降水量プロファイル１２２を求める。モジュール１１２は、上述したプロファイルのみを求めることに限定されず、データベース１０２に格納された任意の環境パラメータのデータからプロファイルを求めることができる。例示的な実施形態において、各パラメータプロファイル１１４は、データベース１０２内のパラメータのうちの１つに関する環境パラメータデータから求められる。すなわち、それぞれの環境パラメータについてのパラメータプロファイルを求めるために、複数の空港の各々からの環境パラメータデータが用いられる。
【００１９】
許容含水量判定システム１００は、複合構造体表面温度モジュール１２４をさらに含む。当該モジュールは、熱分析の少なくとも一部を行って、複数の空港についての複合構造体の推定表面温度プロファイル１２６を求めるように構成されている。例示的な一実施形態において、表面温度プロファイル１２６は、環境パラメータデータを含むパラメータプロファイル１１４に基づいており、複合構造体の含水量又は水分分析から独立して求められる。より具体的には、モジュール１２４は、補間法によって、所定の期間について、環境パラメータプロファイル１１４に基づいて複合構造体の平均表面温度を計算する。
【００２０】
複合構造体の温度プロファイルは、全体の吸水状況を判定する１つのパラメータである。具体的には、複合構造体の表面温度が高いほど、吸水速度が高い。本明細書に記載したように、表面温度は、複合構造体を取り巻く周囲の環境条件に基づく。例えば、高い周囲温度、高い太陽負荷（複合構造体の太陽光曝露量）、低風速、及び、降水量の少なさのすべてが、複合構造体の表面温度の上昇を促進する。反対に、低い周囲温度、低い太陽負荷、高風速、及び、降水量の多さのすべてが、複合構造体の表面温度の低下を促進する。
【００２１】
モジュール１２４は、パラメータプロファイル１１４の環境パラメータデータを得て、スプライン補間（spline interpolation）を行い、パラメータプロファイル１１４に表された環境パラメータに複合構造体が曝露された場合、その表面温度がどのようになるかを予測する。スプライン補間は、環境パラメータの関数として、表面温度プロファイルについての３次曲線当てはめを形成するコンピューターコード又はモジュールである。より具体的には、与えられた一時間ごとの入力環境パラメータについて、モジュール１２４は、補間によって、時間ごとの複合構造体表面温度プロファイル１２６を、環境パラメータデータに基づいて、所定期間について算出する。また、許容含水量判定システム１００は、複数の空港についての相対湿度プロファイル１３０を求める相対湿度モジュール１２８をさらに含む。例示的な一実施形態において、モジュール１２８は、相対湿度プロファイル１３０及び表面温度プロファイル１２６を用いて、複合構造体の相対湿度を算出する。
【００２２】
例示的な実施形態において、許容含水量判定システム１００は、航空機の動作データを含む利用状況プロファイル（fleet utilization profile）１３２をさらに含む。より具体的には、利用状況プロファイル１３２は、（地上における）非動作データ１３４、及び、（飛行中の）動作データ１３６を含む。非動作データ１３４は、航空機が地上で費やす時間を含み、動作データ１３６は、航空機が飛行中に費やす時間を含む。航空機の飛行中における複合外板の吸水速度は、航空機が地上にある際の複合外板の吸水速度よりもかなり低い。また、複合外板の表面温度は、航空機の飛行中に比べて地上の方が高くなる可能性がある。水分の拡散速度は、通常、高温ではより速く、低温ではより遅くなる。飛行中は、航空機は高い高度で飛行し、このような高度での周囲相対湿度及び周囲温度は非常に低く、温度についていえば氷点下である。従って、一般的に、水分吸収は、飛行中は非常に遅いか、あるいは停止する。
【００２３】
ただし、航空機が地上にある際は、複数の要因によって、吸水率及び表面温度が、通常、上昇する。より具体的には、これらの要因には、周囲温度、太陽負荷、風速、及び降水量を含む、上述した環境要因が含まれる。非動作データ１３４は、これらの環境要因を計算に入れつつ、非環境要因も計算に入れる。非環境要因とは、例えば、航空機がどこに保管されているか、及び、航空機をさらに長期間駐機させておくことになる定期的な保守点検１３８の有無、などであるが、これらに限定されない。航空機の保管に関していえば、航空機が格納庫あるいは日陰に保管されている際は、複合構造体の表面温度は、通常、周囲温度と同じであり、従って、航空機が屋外のタールマック（tarmac）に駐機されて高い太陽負荷に直接曝露されている場合（周囲温度より表面温度が高い場合）のような乾燥効果は、考慮されない。従って、このような状況で航空機が保管されている際は、複合材料表面の吸水速度は、より高い。保守点検１３８に関していえば、エンジンなどの、航空機のある種のコンポーネントは、一定の稼働期間など、様々な使用段階に達した時点で、修理又は点検が必要である。保守点検に要する期間は様々であるが、あらゆる保守点検は、非動作時間データを増やすことになる。
【００２４】
例示的な実施形態において、非動作データ１３４及び動作データ１３６は、データベース１０２内の環境パラメータデータに表された、最も高い水分レベルの空港間を飛行する航空機の平均時間データを表す。これに代えて、非動作データ１３４及び動作データ１３６は、任意の空港間を飛行する航空機の平均時間データを表すものであってもよい。従って、例示的な実施形態において、各空港は、当該空港についての非動作データ１３４及び動作データ１３６を表す、独自の利用状況プロファイル１３２を有している。
【００２５】
例示的な実施形態において、許容含水量判定システム１００は、複数の空港のうちのそれぞれについての、環境定義プロファイル１４０をさらに含む。各環境定義プロファイル１４０は、データベース１０２からの環境パラメータデータ、表面温度プロファイル１２６、相対湿度プロファイル１３０、及び、利用状況プロファイル１３２に基づくものである。従って、各環境定義プロファイル１４０は、複合構造体の許容含水量を算出するのに必要な環境データを含む。例示的な実施形態において、各環境定義プロファイル１４０は、複合構造体データベース１４２に格納された所定の複合構造体データと組み合わされる。許容含水量判定モジュール１４４は、水分分析を行うことによって、環境定義プロファイル１４０及びデータベース１４２内の情報に基づき、各空港についての複合構造体の許容含水量１４６を求める。データベース１４２は、複数の異なるタイプの複合構造体に関するデータを含む。例えば、ユーザーが決定したタイプの複合構造体について、当該データベースは、当該特定のタイプの複合構造体に関する、環境パラメータから独立した複数のパラメータを含む。
【００２６】
許容含水量判定モジュール１４４を動作させるに際して、ユーザーは、所望の空港に対応する環境定義プロファイル１４０を選択する。ユーザーは、次に、分析しようとする複合構造体のタイプ、及び、複合構造体の所望の厚みを選択する。これらの選択がモジュール１４４に入力されると、モジュール１４４は、選択された厚み、及び、空港の環境定義プロファイル１４０に基づいて、当該特定の複合材料の許容含水量１４６を算出する。ユーザーは、次に、同じ環境定義プロファイル１４０と、同じ複合構造体ではあるが厚みの異なる複合構造体とを用いて、再びモジュール１４４を実行する。すると、モジュール１４４は、新たに入力された厚みに基づいて、前回とは異なる許容含水量１４６を算出する。一実施形態において、モジュール１４４は、各空港について、例えば、０．０インチと０．８インチの間などの所定範囲の厚みについて、許容含水量１４６を求めるように命令される。この結果、複合構造体の厚みと、これに対応付けられた許容含水量との関係がわかる。
【００２７】
単一の空港ではなく複数の空港に基づく平均許容含水量１４８を求めるために、許容含水量モジュール１４４は、求められた各空港の許容含水量１４４のそれぞれを補間する。これによって、モジュールは、複合構造体の厚みと、平均許容含水量との関係を示すプロット２００（図２）を作成する。
【００２８】
図２を参照すると、プロット２００のｙ軸は、平均許容含水量を、水分を含まない状態の複合構造体に対する重量パーセントで示している。プロット２００のｘ軸は、複合構造体全体の厚みをインチで示している。複合構造体の厚みと平均許容含水量との関係を、プロット２００において、線分２０６として示す。図示のように、線分２０６は、負の方向に傾斜する最良適合線を含む、曲線である。従って、線分２０６は、複合構造体の厚みが増すにつれて、平均許容含水率が低下することを示している。複合材の強度は、通常、含水率が低いほど高いことが知られている。この判定含水率は、複合構造体の厚みが大きいほど、飽和レベルではなく、より低い含水量（非飽和レベル）を採用して安全性の余裕を持たせるか、あるいは、余裕分を増やすために厚みをわずかに減らすことが、構造的な安定性をもたらすということを示唆している。すなわち、厚みと含水量との非直線的な関係によって、複合構造体の厚みが大きいほど、より薄い複合構造体に比べて、許容レベルの強度を維持しつつも、一層あたりに、より多くの量の水分を吸収することができる。
【００２９】
また、プロット２００には、複合構造体の厚みに依存しない、一定の平均許容含水量の一例も、破線２０８で示している。これは、典型的には、ある種の複合材料の飽和レベルである。線分２０６における厚みの小さい複合構造体は、線２０８に近接している一方、線分２０６における厚みの大きい複合構造体は、線２０８から離れており、一定線２０８に比べて許容含水量が大幅に低い。複合構造体の平均吸水速度は、ゲージ寸法のより厚い構造体では減少するため、これに関連する構造体の強度は、厚みが増すにつれて増大する。このことは、ゲージ寸法のより薄い複合材料も、許容される強度を有することになり、且つコスト及び重量の面で効率的であることを意味する。
【００３０】
図３は、複合構造体の許容含水量を求める例示的な方法３００を示している。方法３００は、複合構造体の表面温度プロファイル１２６（図１に示す）を求めるために、複合構造体の熱分析を行う工程３０２を含み、ここで、表面温度プロファイル１２６は、当該複合構造体の含水量に依存しないものとして求められる。例示的な実施形態において、熱分析を、主に表面温度モジュール１２４（図１に示す）によって行い、データベース１０２（図１に示す）に格納された環境パラメータに曝露された場合の複合構造体の表面温度プロファイル１２６を求める。方法３００は、複合構造体の許容含水量１４８（図１に示す）を求めるために、複合構造体の水分分析を行うこと３０４をさらに含む。水分分析は、許容含水量判定モジュール１４４（図１に示す）によって行われ、少なくとも部分的に、表面温度プロファイル１２６に基づく。方法３００は、求められた許容含水量に基づいて、所定の厚みを有する複合構造体を製造すること３０６を含む。
【００３１】
例示的な一実施形態において、熱分析工程は、水分分析工程とは切り離されており、熱分析結果、すなわち、表面温度プロファイルは、複合構造体の含水量から独立して求められる。より具体的には、熱分析は、第１の期間について（例えば１時間ごとに）繰り返し計算され、水分分析は、第１の期間より長い第２の期間について（例えば月ごと又は年ごとに）繰り返し計算される。熱分析を、水分分析から独立して求めることによって、熱分析と水分分析とが同時に行われていた従来の方法よりも、より短い時間且つより少ない計算能力で、計算を行うことができる。
【００３２】
図４は、複合構造体の許容含水量を求める別の方法４００を示している。方法４００は、データベース１０２（図１に示す）などのデータベースによって、複数の環境パラメータに関する環境パラメータデータを受信すること４０２を含む。本明細書に記載したように、環境パラメータデータは、複数の空港から、所定の期間にわたって収集される。方法４００は、モジュール１１２（図１に示す）などのパラメータプロファイルモジュールによって、データベースに格納されたデータを有する各環境パラメータについて、パラメータプロファイル１１４（図１に示す）などのパラメータプロファイルを求めること４０４をさらに含む。環境パラメータデータがパラメータプロファイルモジュールに入力されて、関連するパラメータプロファイルが求められる。次に、このパラメータプロファイルに基づいて、モジュール１２４（図１に示す）などの表面温度プロファイルモジュールによって、プロファイル１２６（図１に示す）などの表面温度プロファイルを求めること４０６が行われる。より具体的には、パラメータプロファイルが、表面温度モジュールに入力されて、表面温度プロファイルが求められる。次に、求められた表面温度プロファイルを用いて、モジュール１２８（図１に示す）などの相対湿度モジュールによって、プロファイル１３０（図１に示す）などの相対湿度プロファイルを求めること４０８が行われる。
【００３３】
方法４００は、データ１３６（図１に示す）などの飛行中の動作データ、及び、データ１３４（図１に示す）などの地上非動作データに基づいて、プロファイル１３２（図１に示す）などの利用状況プロファイルを求めること４１０をさらに含む。次に、利用状況プロファイル、表面温度特定、相対湿度プロファイル、及び、環境パラメータデータを組み合わせて、環境パラメータデータの収集源である各空港について、プロファイル１４０（図１に示す）などの環境定義プロファイルを求めること４１２が行われる。方法４００は、環境定義プロファイル、及び、データベース１４２（図１に示す）などの複合構造体データベースから許容含水量モジュールに入力された所定の複合構造体データに基づいて、モジュール１４４（図１に示す）などの許容含水量モジュールによって、複合構造体の許容含水量を求めること４１４をさらに含む。
【００３４】
図５は、図１の許容含水量判定システム１００に用いられる演算装置５０２の一例のブロック図である。例示的な実施形態において、演算装置５０２は、許容含水量判定システム１００を実施するための機械可読命令を実行可能である。演算装置５０２は、命令を実行するための少なくとも１つのプロセッサ５０５を含む。いくつかの実施形態において、実行可能な命令は、メモリデバイス５１０に格納される。プロセッサ５０５は、１つ又は複数の処理装置（例えばマルチコア構成）を含みうる。１つ又は複数のメモリデバイス５１０は、実行可能命令及び／又はその他のデータなどの情報の格納及び読出しが可能な任意の１つ又は複数のデバイスである。１つ又は複数のメモリデバイス５１０は、１つ又は複数のコンピューター可読媒体を含みうる。
【００３５】
演算装置５０２は、ユーザー５０１に情報を提供するための少なくとも１つのメディア出力コンポーネント５１５も含む。メディア出力コンポーネント５１５は、ユーザー５０１に情報を伝えることが可能な任意のコンポーネントであってよい。いくつかの実施形態において、メディア出力コンポーネント５１５は、ビデオアダプタ及び／又はオーディオアダプタなどの出力アダプタを含む。出力アダプタは、プロセッサ５０５に機能的に接続されており、ディスプレイ装置（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、陰極線管（ＣＲＴ）、もしくは「電子インク」ディスプレイ）又はオーディオ出力装置（例えばスピーカーもしくはヘッドフォン）などの出力装置に機能的に接続可能である。少なくともいくつかの実施形態において、メディア出力コンポーネント５１５は、ユーザー５０１に対して１つ又は複数のプロット２００を表示させる。
【００３６】
いくつかの実施形態において、演算装置５０２は、ユーザー５０１からの入力を受信するための入力装置を含む。入力装置５２０は、例えば、キーボード、ポインティングデバイス、マウス、スタイラス、タッチパネル（例えば、タッチパッドもしくはタッチスクリーン）、ジャイロスコープ、加速度計、位置検出器、又は音声入力装置を含みうる。タッチスクリーンなどの単一のコンポーネントが、メディア出力コンポーネント５１５の出力装置と入力装置５２０の両方として機能する構成とすることもできる。
【００３７】
演算装置５０２は、通信インターフェイス５２５をさらに含み、当該インターフェイスは、別の演算装置５０２などの遠隔の装置に、通信可能に接続可能である。通信インターフェイス５２５は、例えば、有線もしくは無線ネットワークアダプタ、又は、携帯電話ネットワーク（例えば、グローバル・システム・フォー・モバイル・コミュニケーション（Global System for Mobile communications：ＧＳＭ）、３Ｇ、４Ｇ、もしくはブルートゥース）、又は、他のモバイルデータネットワーク（例えば、ワールドワイド・インターオペラビリティー・フォー・マイクロウェイブ・アクセス（Worldwide Interoperability for Microwave Access：ＷＩＭＡＸ））で使用するための無線データ送受信機を含みうる。
【００３８】
１つ又は複数のメモリデバイス５１０には、コンピューター可読命令が格納されており、これは、例えば、メディア出力コンポーネント５１５を介してユーザー５０１にユーザーインターフェイスを提供するとともに、任意には入力装置５２０からの入力を受信及び処理するためのものである。ユーザーインターフェイスは、例えば、テキスト、グラフィック、及び／又は音声を含み、これによって、ユーザー５０１は演算装置５０２と作用し合うことが可能になる。
【００３９】
本明細書に記載した方法及びシステムは、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の、控えめ且つ現実的な吸水状況を定量化することを示している。当該方法は、吸水状況に影響を与える変数を明らかにし、特に環境曝露（例えば、太陽光曝露、周囲温度、周囲相対湿度、基板厚み、利用状況）を明らかにするプロセスを提供する。温度及び水分拡散の疑似組み合わせによる分析方法によって、最小限のコンピューティング・リソースで２０〜４０年のタイムスパンにわたって長期の吸水状況の算出を行うことが可能になる。当該方法はまた、吸水の値を、適切に規定された環境曝露、期間、利用状況、及び動作に対する、基板厚みの関数として規定する。その結果、厚みに基づく、新たに算出された許容含水量に従って複合構造体が製造され、所望の強度を維持しつつ、航空機の全重量及び関連する製造コストを低減する、ゲージ寸法のより薄い複合構造体が生産される。
【００４０】
本発明の様々な実施例の特徴には、図面によって図示していたり図示していなかったりするものがあるが、これは単に利便性のためである。本発明の原理に従い、図面における任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照及び／又は特許請求することができる。
【００４１】
また、本開示は、以下の付記による実施形態を含む。
【００４２】
付記１．複合構造体の許容含水量を求める方法であって、
複合構造体に対して熱分析を行うことによって、前記複合構造体の表面温度プロファイルを求め、前記表面温度プロファイルは、前記複合構造体の含水量に依存しないものであり、
前記複合構造体に対して水分分析を行うことによって、前記複合構造体の許容含水量を求め、前記水分分析は、求めた前記表面温度プロファイルに基づいて行われる、方法。
【００４３】
付記２．さらに、求めた前記許容含水量に基づく厚みを有する複合構造体を製造する、付記１に記載の方法。
【００４４】
付記３．前記熱分析は、第１の期間について行われ、前記水分分析は、前記第１の期間より長い第２の期間について行われる、付記１又は２に記載の方法。
【００４５】
付記４．熱分析を行うに際し、環境パラメータデータベースから、複数の環境パラメータに関連する環境パラメータデータを受信し、前記環境パラメータデータは、所定の期間にわたって、複数の空港から収集されたものである、付記１〜３のいずれか１つに記載の方法。
【００４６】
付記５．さらに、前記環境パラメータデータをパラメータプロファイルモジュールに入力して、前記複数の環境パラメータのうちの各環境パラメータについてのパラメータプロファイルを求める、付記４に記載の方法。
【００４７】
付記６．表面温度プロファイルを求めるに際し、求めた前記パラメータプロファイルを表面温度モジュールに入力する、付記５に記載の方法。
【００４８】
付記７．さらに、前記表面温度プロファイルを相対湿度モジュールに入力して、相対湿度プロファイルを求める、付記１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【００４９】
付記８．  さらに、複数の空港のうちの各空港について、利用状況プロファイルを求め、各利用状況プロファイルは、前記複数の空港のうちの各空港からの飛行中動作データ及び地上非動作データに基づくものである、付記１〜７のいずれか１つに記載の方法。
【００５０】
付記９．水分分析を行うに際し、所定の複合構造体データ及び少なくとも１つの環境定義プロファイルを、許容含水量モジュールに入力する、付記１〜８のいずれか１つに記載の方法。
【００５１】
付記１０．前記環境定義プロファイルは、相対湿度プロファイル、前記表面温度プロファイル、前記環境パラメータデータ、及び、利用状況プロファイルに基づくものである、付記９に記載の方法。
【００５２】
付記１１．複数の空港からの複数の環境パラメータに関連する環境パラメータデータを含む環境パラメータデータベースと、
熱分析を行うことによって、前記複数の空港についての複合構造体の表面温度プロファイルを求めるように構成された表面温度モジュールと、を含み、前記表面温度プロファイルは、前記環境パラメータデータに基づくとともに、前記複合構造体の含水量には依存しないものであり、
水分分析を行うことによって、求めた前記表面温度プロファイルに基づいて、前記複合構造体の許容含水量を求めるように構成された許容含水量モジュールをさらに含む、許容含水量判定システム。
【００５３】
付記１２．前記環境パラメータデータに基づいて複数のパラメータプロファイルを求めるように構成されたパラメータプロファイルモジュールをさらに含み、各パラメータプロファイルは、前記複数の環境パラメータのうちの１つの環境パラメータに基づくものであり、前記表面温度モジュールは、求めた前記パラメータプロファイルに基づいて前記表面温度プロファイルを求める、付記１１に記載のシステム。
【００５４】
付記１３．前記複数の空港のうちの各空港についての環境定義プロファイルをさらに含み、前記環境定義プロファイルは、相対湿度プロファイル、前記表面温度プロファイル、前記環境パラメータデータ、及び、利用状況プロファイルに基づくものである、付記１１又は１２に記載のシステム。
【００５５】
付記１４．前記複数の空港について、前記相対湿度プロファイルを求めるように構成された相対湿度モジュールをさらに含み、前記相対湿度プロファイルは、求めた前記表面温度プロファイルに基づくものである、付記１３に記載のシステム。
【００５６】
付記１５．前記利用状況プロファイルは、前記複数の空港のうちの各空港からの飛行中動作データ及び地上非動作データに基づくものである、付記１３又は１４に記載のシステム。
【００５７】
付記１６．前記複合構造体に関連するデータを含む複合構造体データベースをさらに含み、前記許容含水量モジュールは、前記環境定義プロファイル及び前記複合構造体データに基づいて、前記複合構造体の前記許容含水量を求めるように構成されている、付記１３〜１５のいずれか１つに記載のシステム。
【００５８】
付記１７．コンピューター実行可能命令を記録させた少なくとも１つの非一時的なコンピューター可読記憶装置であって、少なくとも１つのプロセッサによって実行された際に、前記コンピューター実行可能命令は、前記少なくとも１つのプロセッサに、
表面温度モジュールを用いて複合構造体の熱分析を行うことによって、前記複合構造体の含水量に依存しない、前記複合構造体の表面温度プロファイルを求めることと、
許容含水量モジュールを用いて、求めた前記表面温度プロファイルに基づいて、前記複合構造体の水分分析を行うことによって、前記複合構造体の許容含水量を求めることと、
求めた前記許容含水量に基づいて、前記複合構造体の厚みを決定すること、を行わせる、コンピューター可読記憶装置。
【００５９】
付記１８．前記コンピューター実行可能命令は、前記少なくとも１つのプロセッサに、
環境パラメータデータベースから、複数の環境パラメータに関連する、所定の期間にわたって複数の空港から収集された環境パラメータデータを受信することと、
パラメータプロファイルモジュールを用いて、前記複数の環境パラメータのうちの各環境パラメータについての、前記環境パラメータデータに基づいたパラメータプロファイルを求めることと、
前記表面温度モジュール及び前記求めたパラメータプロファイルを用いて、前記複合構造体の前記表面温度プロファイルを求めること、をさらに行わせる、付記１７に記載のコンピューター可読記憶装置。
【００６０】
付記１９．前記コンピューター実行可能命令は、前記少なくとも１つのプロセッサに、
相対湿度モジュールを用いて、前記表面温度プロファイルに基づいた相対湿度プロファイルを求めることと、
複数の空港のうちの各空港について、前記複数の空港のうちの各空港からの飛行中動作データ及び地上非動作データに基づく、利用状況プロファイルを求めることと、
前記相対湿度プロファイル、前記表面温度プロファイル、前記利用状況プロファイル、及び、前記環境パラメータデータに基づく、少なくとも１つの環境定義プロファイルを求めること、を行わせる、付記１７又は１８に記載のコンピューター可読記憶装置。
【００６１】
付記２０．前記コンピューター実行可能命令は、前記少なくとも１つのプロセッサに、
複合構造体データベースから、前記複合構造体に関連するデータを受信することと、
前記環境定義プロファイル及び前記複合構造体データに基づいて、許容含水量モジュールを用いて、前記複合構造体の許容含水量を求めること、を行わせる付記１９に記載のコンピューター可読記憶装置。
【００６２】
本明細書は、例を用いてベストモードを含む様々な実施例を開示することよって、任意の装置又はシステムを作製及び使用すること、及び、組み入れられた方法を実行することを含め、当業者がそれらの実施例を実施することができるようにしたものである。特許を受けうる範囲は、特許請求の範囲によって規定されるものであり、当業者が想定しうる他の例を含みうる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言と相違しない構成要素を有する場合、又は、特許請求の範囲の文言と実質的に相違しない均等の構成要素を含む場合において、特許請求の範囲に含まれることを意図している。
【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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【外国語明細書】
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