(57)【要約】      （修正有）【課題】層流を促進し、同時に構造的要件を満足するように動作可能な、空力ボディを提供する。【解決手段】有孔パネル外板２３０２は、内表面にマイクロラティス支持構造２３１２が連結されており、この構造が、外表面から有孔パネル外板を通って空力ボディのプレナムに空気を吸引させる、通気用間隙を規定している。マイクロラティス支持構造のメインビーム２３１４の列は、空力ボディ上の気流に呼応してほぼ翼弦方向に配向されたランドラインに沿って配列されている。【選択図】図２３
2017197165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空力ボディであって、前記空力ボディ上の気流に呼応して翼弦方向を規定し、
前記空力ボディは、内表面、外表面及び前記内表面から前記外表面に延びる複数の穿孔を有する外側パネル外板であって、前記空力ボディの内装表面を周って延び、前記空力ボディの前縁を規定する外側パネル外板と、
それぞれが、前記外側パネル外板の前記内表面に接続された少なくとも第１の端部を有する複数のメインビーム、及び
それぞれが隣接するメインビーム間に対角に延び前記隣接するメインビームに接続された複数の対角支持支柱
を含むマイクロラティス補強材構造とを備え、
前記マイクロラティス補強材構造は、前記複数の穿孔の下流に前記外側パネル外板の前記内表面に沿って延び、前記複数のメインビーム及び前記複数の対角支持支柱は、それらの間に通気用間隙を規定し、前記複数の穿孔を、前記マイクロラティス補強材構造の下流で前記空力ボディの前記内装表面と流体連通させる、空力ボディ。
【請求項２】
前記複数のメインビームが、前記翼弦方向にほぼ平行であるランドラインに沿って列状に前記外側パネル外板の前記内表面上に配列されている、請求項１に記載の空力ボディ。
【請求項３】
前記複数のメインビームが、前記外側パネル外板の前記内表面上に二次元配列で配列されている空力ボディであって、前記複数のメインビームのうちの４つからなる各グループが四辺形のそれぞれの角を規定し、前記複数の対角支持支柱のうちの２つが、前記四辺形の対角において前記メインビーム間に延びており、前記複数の対角支持支柱のうちの２つは、前記四辺形内の節点において交差している、請求項１に記載の空力ボディ。
【請求項４】
前記複数のメインビームが、前記外側パネル外板の前記内表面上に二次元配列で配列されている空力ボディであって、前記複数のメインビームのうちの４つからなる各グループが四辺形のそれぞれの角を規定し、前記複数の対角支持支柱のうちの２つが、前記四辺形の隣接する角において前記メインビーム間に延びており、前記複数の対角支持支柱のうちの２つは、前記四辺形の辺に沿った節点において交差している、請求項１に記載の空力ボディ。
【請求項５】
前記外側パネル外板の前記内表面に接続された前記複数のメインビームの前記第１の端部とは反対側の、第２の端部で、前記複数のメインビームのうちの隣接するものに接続された横方向支持支柱をさらに含む、請求項１に記載の空力ボディ。
【請求項６】
前記前縁の近傍の前記空力ボディ内に配置され、対応する前記複数のメインビームの前記第１の端部とは反対側の第２の端部で対応する前記複数のメインビームに接続された状態で後方に延びる、内側パネル外板をさらに備え、前記外側パネル外板と前記内側パネル外板は、それらの間に通気チャネルを規定し、前記複数の穿孔を、前記内側パネル外板から下流で前記空力ボディの前記内装表面と流体連通させる、請求項１に記載の空力ボディ。
【請求項７】
前記複数のメインビームのうちのそれぞれが、前記メインビームが接続されている前記外側パネル外板の前記内表面の対応する部分に対してほぼ垂直である、請求項１に記載の空力ボディ。
【請求項８】
前記複数のメインビームが、前記空力ボディの前記翼弦方向とほぼ平行である、請求項１に記載の空力ボディ。
【請求項９】
前記複数のメインビームが、前記空力ボディの前記前縁から下流方向に延びるにつれて、前記複数のメインビームに接続された対角支持支柱の複数の層をさらに備える、請求項８に記載の空力ボディ。
【請求項１０】
前記複数のメインビームは前記翼弦方向にほぼ垂直であり、前記複数のメインビームの第２の端部は前記外側パネル外板の前記内表面に接続されている、請求項１に記載の空力ボディ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、概して、空力面に関する。具体的には、本開示の実施形態は、層流を提供するための空力面に関する。
【背景技術】
【０００２】
限定しないが例として、層流は、翼、胴体などといった航空機の部品の輪郭上の、平滑で乱流度の低い空気の流れを含む。層流という用語は、境界層の形成に際して、空気の層が次々と形成されるプロセスに由来する。翼部上で境界層の空気の平滑な流れが妨害されると乱流が発生し得、その結果、揚力が最適でなくなったりし得るか、及び／または抗力が最適でなくなったりし得る。抗力が最小になり、境界層の流れが妨害されないように設計された空力ボディは、層流空力面と呼ばれ得る。層流空力面は、気流の境界層の付着を、可能な限り前縁から機体後方で維持し得る。非層流空力ボディでは、境界層は高速時に妨害され得、非層流空力面の残りの部分上で、乱流が生じ得る。乱流は、抗力として実感され得る。抗力は、最適ではないものであり得る。
【発明の概要】
【０００３】
層流を促進し、同時に構造的要件を満足するように動作可能な、空力ボディが開示される。有孔パネル外板には、内表面と外表面とが含まれる。外表面には、空力ボディの前縁が含まれる。内表面は、その上に連結されたマイクロラティス補強材構造によって補強される。マイクロラティス補強材構造は、パネル外販の外表面上に層流を促進するため、穿孔を通って空力構造の内表面に気流を入れる一方で、パネル外板への構造的支持を提供するために、空力ボディの内装表面に沿ってパネル外板の穿孔の下流に延びていてよい。
【０００４】
本開示の一態様では、空力ボディ上の気流に呼応して翼弦方向を規定する空力ボディが開示される。空力ボディは、内表面、外表面、及び内表面から外表面に延びる複数の穿孔を有する外側パネル外板であって、空力ボディの内装表面を周って延び、空力ボディの前縁を規定する外側パネル外板、並びにマイクロラティス補強材構造を含み得る。マイクロラティス補強材構造は、外側パネル外板の内表面に接続された少なくとも１つの第１の端部をそれぞれが有する複数のメインビームと、それぞれが隣接するメインビーム間に対角に延び、隣接するメインビーム間に接続された、複数の対角支持支柱とを含み得る。マイクロラティス補強材構造は、外側パネル外板の内表面に沿って複数の穿孔の下流に延びていてよく、複数のメインビームと複数の対角支持支柱は、それらの間に通気用間隙を規定し、複数の穿孔を、マイクロラティス補強材構造から下流の空力ボディの内装表面と流体連通させ得る。
【０００５】
本開示の別の態様では、空力ボディの外装上を通る気流から層流を生成する方法が開示される。空力ボディは、気流に呼応して翼弦方向を規定し得る。方法は、空力ボディの内装表面を周って延びていてよい空力ボディの外側パネル外板内に形成された穿孔を通って、気流の一部を伝えることと、内部に通気用間隙を規定し、空力ボディの前縁からほぼ翼弦方向に延びるマイクロラティス補強材構造を通るように、この穿孔からの気流の一部を向けることと、マイクロラティス補強材構造の気流の間隙を通って、空力ボディの内装表面内に気流を受流することと、を含み得る。
【０００６】
本開示のさらなる一態様では、空力ボディ上の気流に対して翼弦方向を規定する空力ボディが開示される。空力ボディは、内表面、外表面、及び内表面から外表面に延びる複数の穿孔を有する外側パネル外板であって、空力ボディの内装表面を周って延び、空力ボディの前縁を規定する外側パネル外板、並びにマイクロラティス補強材構造を含み得る。マイクロラティス補強材構造は、外側パネル外板の内表面に接続された少なくとも１つの第１の端部をそれぞれが有する複数のメインビームと、それぞれが隣接するメインビーム間に対角に延び、隣接するメインビーム間に接続された、複数の対角支持支柱とを含み得る。マイクロラティス補強材構造は、外側パネル外板の内表面に沿って複数の穿孔の下流に延びていてよく、複数のメインビームと複数の対角支持支柱は、それらの間に通気用間隙を規定し、複数の穿孔を、マイクロラティス補強材構造から下流の空力ボディの内装表面と流体連通させ得る。空力ボディは、空力ボディ内の前縁の近傍に配置され、後方に広がる内側パネル外板をさらに含み得る。この内側パネル外板は、複数のメインビームのうちの対応するものの第１の端部とは反対側の第２の端部で、複数のメインビームのうちの対応するものに接続されていてよい。外側パネル外板と内側パネル外板は、それらの間に通気チャネルを規定し、複数の穿孔を、内側パネル外板の下流で空力ボディの内装表面と流体連通させ得る。
【０００７】
この「発明の概要」は、以下の「発明を実施するための形態」でさらに説明される選ばれた概念を、単純化した形態で紹介するために提供される。この「発明の概要」は、特許請求される主題の主要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図しておらず、また特許請求される主題の範囲を決定する補助手段として使われることも意図していない。
【０００８】
本開示の実施形態のより完全な理解は、下記の図面と併せて、「発明を実施するための形態」及び「特許請求の範囲」を参照することによってもたらされ得る。下記の図面では、全図面を通じて同様の参照番号は類似の要素を示している。数字は、本開示の理解を助けるために提供されており、本開示の幅、範囲、規模、または適用可能性を限定するものではない。図面は、必ずしも縮尺どおりに描かれていない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示の航空機の製造及び保守方法のフロー図である。
【図２】航空機の例示的なブロック図である。
【図３】ハイブリッド層流制御を提供するための層流用波状補強接合構造を有しない、垂直尾翼の断面図である。
【図４】本開示の一実施形態による、ハイブリッド層流制御を提供するための層流用波状補強接合構造を備える、垂直尾翼の断面図である。
【図５】層流を受け得る様々な外部構造が示されている、航空機の図である。
【図６】垂直尾翼及び水平安定板上の、層流のおよその部位を示す、図５の航空機の尾部の図である。
【図７】前縁の操縦翼面上及びエンジンナセル上の、層流のおよその部位を示す、図５の航空機の翼の図である。
【図８】本開示の一実施形態による、例示の層流用波状補強接合構造の斜視図である。
【図９】本開示の一実施形態による、気流が示されている、図８に示す例示の層流用波状補強接合構造の部分拡大図である。
【図１０】本開示の一実施形態による、例示の層流用波状補強接合構造の断面図である。
【図１１】本開示の一実施形態による、図１０に示す例示の層流用波状補強接合構造の、Ａ−Ａ部の断面図である。
【図１２】本開示の一実施形態による、図１０に示す例示の層流用波状補強接合構造の、Ｂ−Ｂ部の断面図である。
【図１３】本開示の一実施形態による、図１０に示す例示の層流用波状補強接合構造の、Ｃ−Ｃ部の断面図である。
【図１４】本開示の一実施形態による、各リブ補強材上に置かれた接着剤が示されている、例示の層流用波状補強接合構造の補強材の上面図である。
【図１５】本開示の一実施形態による、補強材／補強材間の接合と、補強材／チタン間の接合が示されている、例示の層流用波状補強接合構造の補強材の断面図である。
【図１６】本開示の一実施形態による、波状加工された前縁ストラップが示されている、例示の層流用波状補強接合構造の部分斜視図である。
【図１７】本開示の一実施形態による、図１６に示す例示の層流用波状補強接合構造の部分拡大図である。
【図１８】本開示の一実施形態による、図１６に示す例示の層流用波状補強接合構造の部分拡大図である。
【図１９】本開示の一実施形態による、例示の層流用波状補強接合構造の部分断面図である。
【図２０】本開示の一実施形態による、例示の層流用波状補強接合構造の、補強材及びストラップの断面図である。
【図２１】本開示の一実施形態による、層流用波状補強接合構造を提供するプロセスを示す、例示のフロー図である。
【図２２】本開示の一実施形態による、空力ボディ上に層流を提供するプロセスを示す、例示のフロー図である。
【図２３】本開示の一実施形態による、例示の層流用マイクロラティス補強構造の斜視図である。
【図２４】図２３のマイクロラティス補強構造の部分端面図である。
【図２５】図２３及び図２４のマイクロラティス補強構造に関する本開示による、マイクロラティス補強材構造の実施形態の部分上面図である。
【図２６】図２３及び図２４のマイクロラティス補強構造に関する本開示による、マイクロラティス補強材構造の代替実施形態の部分上面図である。
【図２７】前縁の近傍であり、マイクロラティス補強材構造が有孔外側パネル外板の内表面にほぼ垂直なメインビームを有する、図２３のマイクロラティス補強構造の、部分側面図である。
【図２８】図２７のマイクロラティス補強材構造及び内側パネル外板を有する図２３のマイクロラティス補強構造の、部分側面図である。
【図２９】構造の前縁の近傍であり、マイクロラティス補強材構造がマイクロラティス補強構造の下流方向にほぼ平行なメインビームを有する、図２３のマイクロラティス補強構造の、部分側面図である。
【図３０】構造の前縁の近傍であり、図２９のマイクロラティス補強材構造及び内側パネル外板を有する図２３のマイクロラティス補強構造の、部分側面図である。
【図３１】構造の前縁の近傍であり、マイクロラティス補強材構造が、マイクロラティス補強構造の下流方向とほぼ平行な複数の層及びメインビームを有する、図２３のマイクロラティス補強構造の、部分側面図である。
【図３２】構造の前縁の近傍であり、マイクロラティス補強材構造が、マイクロラティス補強構造の下流方向とほぼ垂直な複数の層及びメインビームを有する、図２３のマイクロラティス補強構造の、部分側面図である。
【図３３】本開示の一実施形態による、層流用マイクロラティス補強構造を提供するプロセスを示す、例示のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細な記載は本質的に例示のためのものであり、本開示または本開示の実施形態の応用及び利用を限定することを意図していない。具体的な装置、技法、及び応用の説明は、例としてのみ提供されている。本書に記載の実施例の様々な変更形態は、当業者には容易に自明となろう。また、本書で規定される一般的な原理は、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、他の実施例及び応用に適用され得る。さらに、上記の「技術分野」、「背景技術」、「発明の概要」、または下記の「発明を実施するための形態」で提示された明示または黙示のいかなる理論にも拘束されることを意図していない。本開示は、特許請求の範囲と一致した範囲であるべきであり、本書に記載され示される実施例によって限定されるべきではない。
【００１１】
本開示の実施形態は、機能ブロック及び／または論理ブロックの構成要素、並びに様々な処理ステップを単位として、本書に記載され得る。こうしたブロック構成要素が、特定の機能を実行するように構成された任意の数のハードウェア、ソフトウェア、及び／またはファームウェア構成要素によって実現され得ることは、理解されるべきである。簡潔にするため、空気力学、構造、製造に関する従来の技法及び構成要素、並びにシステム（及びシステムの個別の動作構成要素）の他の機能的側面は、本書では詳細には記載されない場合がある。加えて、本開示の実施形態が、様々な構造体と協同して実施され得ること、及び本書に記載の実施形態が単に本開示の例示的な実施形態に過ぎないことは、当業者に理解されるであろう。
【００１２】
本開示の実施形態は、実用的で非限定的な用途、即ち翼型の前縁の文脈で本書に記載されている。しかし、本開示の実施形態は、こうした翼型の前縁という用途に限定されず、本書に記載された技法は、他の空力面の用途にも利用され得る。例えば、実施形態は、尾部構造、エンジン支柱、風力タービンブレード、空気の代わりに液体（例えば水）を利用する流体力学面などにも適用可能であり得る。
【００１３】
本書の記載を読めば当業者には明らかになるように、以下は本開示の例示及び実施形態であり、これらの例に従って動作することに限定されない。本開示の例示的実施形態の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が利用され得、構造的変化が加えられ得る。
【００１４】
本開示の実施形態は、図面をより具体的に参照しながら、図１に示す航空機の製造及び保守方法１００、及び図２に示す航空機２００に照らして説明され得る。製造前段階では、例示の方法１００は、航空機２００の仕様及び設計１０４と、材料の調達１０６とを含み得る。製造段階では、航空機２００の構成要素及びサブアセンブリの製造１０８と、システムインテグレーション１１０とが行われる。その後、航空機２００は、認可及び納品１１２を経て運航１１４に供され得る。航空機２００には、顧客により運航される間に、（改造、再構成、改修なども含み得る）定期的な整備及び保守１１６が予定される。
【００１５】
方法１００のプロセスの各々は、システムインテグレータ、第三者、及び／またはオペレータ（例えば顧客）によって実行または実施され得る。本書の目的において、システムインテグレータは、限定されることなく任意の数の航空機製造業者及び主要システム下請業者を含み得、第三者は、限定されることなく任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含み得、オペレータは、限定されることなく、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などであり得る。
【００１６】
図２に示すように、例示的方法１００によって製造される航空機２００は、複数のシステム２２０及び内装２２２を有する機体２１８を含み得る。高レベルシステム２２０の例には、推進システム２２４、電気システム２２６、油圧システム２２８、及び環境システム２３０のうちの１つ以上が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙産業の例が示されているが、本開示の実施形態は、他の諸産業にも適用され得る。
【００１７】
本書で実施される装置及び方法は、製造及び保守方法１００の１つ以上の任意の段階で採用することができる。例えば、製造プロセス１０８に対応する構成要素またはサブアセンブリは、航空機２００の運航中に製造される構成要素またはサブアセンブリと同様の方法で作製または製造され得る。加えて、１つ以上の装置の実施形態、方法の実施形態、またはそれらの組み合わせは、例えば、航空機２００の組立てを実質的に効率化するか、または航空機２００のコストを削減することにより、製造段階１０８及び１１０で利用され得る。同様に、１つ以上の装置の実施形態、方法の実施形態、またはそれらの組み合わせを、航空機２００の運航中に、限定しないが例として、整備及び保守１１６に利用することができる。
【００１８】
本開示の実施形態は、ハイブリッド層流制御を利用し、それによって表面摩擦抗力を低下させることで、航空機の外表面上に層流を作り、維持するようにする。ハイブリッド層流制御とは、表面付近の気流を層流状態から乱流状態に遷移させ得る不安定性を除去するために、翼といった表面の前縁部位内の小さな穴を通じて戦略的に吸引を行うことを意味し得る。
【００１９】
図３は、表面３０２付近の乱流３０４が示されている、ハイブリッド層流制御なしの、垂直尾翼の断面３００の図である。図３に示すように、表面３０２付近の乱流３０４は完全に擾乱しており、それによって高い表面摩擦抗力が生じている。
【００２０】
図４は、本開示の一実施形態による、ハイブリッド層流制御を提供する層流用波状補強接合構造４０２（波状補強構造４０２）を備える、垂直尾翼の断面４００（翼型４００）の図である。波状補強構造４０２の吸引エリア４０４は、翼型表面４０８付近に層流４０６を作り出す。吸引エリア４０４は、翼型表面４０８を通る空気の流動を可能にするために穿孔されており、気流を生じさせながら形状を維持するため補強されている。波状補強構造４０２の実施形態は、図８〜図２０に照らして以下に記載される。
【００２１】
本開示の実施形態は、航空機５００（図５）の外表面といった外表面の少なくとも一部上に層流を作り、図５〜図７に示す外装空力面上に層流境界層を維持する、パネル構造を提供する。
【００２２】
図５は、限定しないが例として、垂直尾翼５０４、水平安定板５０６、エンジンナセル５０８、前縁操縦翼面５１０（即ちフラップ及びスポイラー）などといった、層流を受け得る様々な外部構造が示されている航空機５００の図である。
【００２３】
図６は、垂直尾翼５０４及び水平安定板５０６それぞれの上の、層流６０２及び６０４のおよその部位が示されている、航空機５００の尾部６００の図である。
【００２４】
図７は、前縁操縦翼面５１０及びエンジンナセル５０８それぞれの上の、層流７０２及び７０４のおよその部位が示されている、航空機５００の翼５０２の図である。
【００２５】
図８は、本開示の一実施形態による、例示の層流用波状補強接合構造８００（波状補強構造８００）の斜視図である。波状補強構造８００は、限定しないが例として、平坦なパネルや湾曲した前縁などを含む空力ボディであってよい。波状補強構造８００は、有孔パネル外板８０２、１つ以上の波状補強材８０４、ストラップ８０６、エッジバンド８０８、及び波状補強材８０４の１つ以上の端部８１０を含む。
【００２６】
有孔パネル外板８０２は、限定しないが例として、垂直尾翼５０４、水平安定板５０６、エンジンナセル５０８、前縁操縦翼面５１０など（図５〜図７）といった外側空力面上に層流を促進するため、複数の穿孔／穴８１２を介して、波状補強構造８００の外表面９０８（図９）から内表面９１０（図９）へと空気９０２（図９）を受動的に吸引することを可能にする。有孔パネル外板８０２は、限定しないが例として、炭素繊維補強ポリマー（ＣＦＲＰ）／ＣＰ２チタンなどからできていてよい。有孔パネル外板８０２の厚さ１５０８（図１５）は、限定しないが例として、約０．０４インチ〜約０．０６３インチなどであってよい。
【００２７】
穿孔／穴８１２は、層流表面を十分に平滑に維持しながら、外側表面９０８から内側表面９１０への適切な量の空気の受動吸引を可能にするため、限定しないが例として、好適に間隔を空けて配置され、形づくられ、ドリル（例えばレーザードリル）されるなどしている。こうして、有孔パネル外板８０２は、中を空気が通ることができるように好適に穿孔され、気流が生じ得るようにしながらその形状を維持するため、以下でさらに詳細に説明されるように補強されている。使用される穿孔／穴８１２の数は、限定しないが例として、飛行速度、局所マッハ数、構造完全性、空力的要件などに依存し得る。限定しないが例として、亜音速飛行の場合、穿孔／穴８１２の好適な数は、空気９０２を外表面／外部表面９０８から内表面９１０へと受動的に移動するため、外部空力面の表面圧力を約１ｐｓｉ低下させるようにして、設けられ得る。こうして、外部空力面上で層流が促進される。
【００２８】
パネル／波状補強構造８００を補強するため、波状補強材８０４が形成される。波状補強材８０４は、波状補強構造８００の内表面９１０（図９）に接合された（図１５）、波状加工された即ち波形にされた複合補強材を含む。例えば、波状補強材８０４を内表面９１０に接着接合することによって、従来型のファスナの必要は除外される。ファスナは、外部空力面上の気流を妨害し、層流の恩恵を低減するか、打ち消し得る。図８に示す実施形態では、波状補強材８０４は、波状補強構造８００の内表面９１０の、上側内表面８２８及び下側内表面８３０上に設置されている。図８に示す実施形態では、上側内表面８２８及び下側内表面８３０のそれぞれに連結された１つ以上の中空部材８１８が、前縁３０８／８１４を補強している。図８に示す実施形態では、波状補強材８０４は、２つの部品で形成されている。波状補強材８０４の製造を容易にするため、上側部品８２２及び下側部品８２４は、前縁３０８／８１４から切り離されている。こうして、波状補強材８０４の上側部品８２２と下側部品８２４は、前縁３０８／８１４を通って延びてはおらず、下記のようにストラップ８０６によって互いに連結されている。
【００２９】
しかし別の実施形態では、波状補強材８０４は前縁３０８／８１４まで延びており（図１９の１９０２）、そのためストラップ８０６は使用されていない。こうして、下記のように、波状補強材８０４が、前縁３０８／８１４を囲む１つの連続した部品として製造され得るように、好適な複合材料が利用される。
【００３０】
一実施形態では、波状補強材８０４は、翼型４００上の下流方向の気流３１０に呼応して、前縁３０８／８１４のほぼ翼弦方向３０６（図３）に、且つ前縁３０８／８１４にほぼ垂直に、配向されている。波状補強材８０４の配向は、前縁３０８／８１４の硬性のノーズ部と補助スパー（図示せず）との間にわたって、翼弦方向であるのが、構造上、より効率的である。しかし、限定しないが例として、外部空力面の様々な圧力ゾーン（図５〜図７）に応じて、波状補強材８０４には様々な形状が用いられ得る。波状補強材８０４は、限定しないが例として、六角形、Ｖ字形などであってよい。ほぼ全ての負荷条件及び環境条件において、構造的完全性を維持しながら空力的な多孔性の要件を満たすため、接合ジョイント部１５０２（図１５）は、ブロックする有孔パネル外板８０２上の穿孔／穴８１２の数が、ほぼ最小になるように構成され得る。こうして、図９の検討に照らして以下でより詳細に説明されるように、気流は、有孔パネル外板８０２を通って波状補強材８０４を周り、機尾を向いた低圧の受動的排気口へと通過する。
【００３１】
波状補強材８０４は、限定しないが例として、ＣＰ−２チタン、０±６０のＢＭＳ９−２２３炭素繊維補強ポリマーの１層の組物などから作られていてよい。構造上の効率のため、組物の配向は、炭素繊維の約５０％がほぼ翼弦方向３０６である配向でよい。６０°の繊維は９０°の繊維よりも鋭利な角で良く曲がり得るため、これによって製造が容易でもある。波状補強材８０４は、動作要件を満たすのに十分な曲げ剛性、平滑度、及びうねりを持った前縁３０８／８１４を提供し得る。加えて、波状補強材８０４は、有孔パネル外板８０２への良好な接合が可能である。この良好な接合によって、現行の方法の、真空チャック接合組み立てツールによる組み立ての間、部品がほぼ剛性に保持され、２つの剛体間の接合が、達成可能な部品公差によって最適化されないかもしれない点が緩和され得る。航空機の全般的な効率性の要求を満たすため、波状補強材８０４及び波状補強構造８００は、可能な限り軽量になっている。
【００３２】
上記のように、一実施形態では、波状補強材８０４は、内表面９１０上で連続して、一体の部品で形成されており（図１９の１９０２）、前縁３０８／８１４まで、及び前縁３０８／８１４を周って延びる、全面の補強材が提供されている。このように、波状補強材８０４はかなり軽量であり、限定しないが例として、「破断炭素繊維」を利用した炭素繊維補強ポリマー、牽切炭素繊維などといった、形成可能な構造を利用し得る。しかし代わりに、上記のように、波状補強材８０４は、２つ以上の部品から形成されていてよい。このように、タイトな半径の「ノーズ」部として形成することはできないかもしれない炭素繊維強化ポリマーの組物が、上記のように２つ以上の部品には形成されてよい。例示的な波状補強材８０４の幾何学的形状が、以下の図１１により詳細に示される。
【００３３】
ストラップ８０６が、波状補強材８０４の上側部品８２２と下側部品８２４とを、互いに連結している。ストラップ８０６は、隆線部１１０２（図１１）では波状補強材８０４と合致するが、この場合も気流は通過する。図８に示す実施形態では、ストラップ８０６は有孔パネル外板８０２に接触しない。ストラップ８０６は、限定しないが例として、約０．０３インチから約０．０６インチなどの厚さを有する、ＣＰ１チタンなどから作られていてよい。波状補強構造８００に剛性と強度を与えるため、ストラップ８０６は、前縁８１４付近のエリアで接合される。ストラップ８０６は、限定しないが例として、図８に示す平滑な表面、図１６に示す波状前縁ストラップ１６０４といった波状の表面などを備え得る。波状前縁ストラップ１６０４は、波状補強材８０４の上側部品８２２と下側部品８２４の間に連続性を提供し、それによって、上側部品８２２と下側部品８２４との間で空気を伝えさせる。
【００３４】
有孔パネル外板８０２及び波状補強材８０４に、エッジバンド８０８が連結されている。エッジバンド８０８は、波状補強構造８００を基礎構造（図示せず）に連結し、波状補強材８０４から空気を受流するプレナムチャンバの役割を果たす。エッジバンド８０８は、限定しないが例として、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、アルミニウム、などから作られていてよい。
【００３５】
波状補強材８０４の端部８１０（排気口８１０）を通って、空気を外へ出すことが可能である。端部８１０によって、中空部材８１８が空気９０２（図９）をエッジバンド８０８／プレナムチャンバへと流動させるための排気口が提供される。端部８１０は、限定しないが例として、三角形、円形、長方形などといった形状であってよい。端部８１０の角８２０は、端部８１０への応力の集中が防止されるようにして設けられている。
【００３６】
現行のハニカムサンドイッチの前縁構造は、ハイブリッド層流を取り入れるのには適していない可能性がある。現行のハニカムサンドイッチパネルはまた、１）湿気を吸収し保持する傾向があり、２）点検をするのに最適でない可能性があり、３）修理をするのに、波状補強構造８００と比べてより適切でない可能性がある。
【００３７】
図９は、本開示の一実施形態による、気流が示されている、波状補強構造８００の部分９００の拡大図である。空気９０２は、有孔パネル外板８０２を通って流れ、続いて波状補強材８０４の中空部材８１８に沿って流れ、波状補強材８０４の端部８１０（排気口８１０）から流出する。こうして、波状補強構造８００によって、有孔パネル外板８０２といった剛性の外板を提供する一方で有孔パネル外板８０２上に層流境界層を維持するための十分な量の吸気を可能にする、機尾を向いた低圧の受動的排気口が提供される。
【００３８】
図１０〜図１３は、波状補強構造８００の例示の幾何学的形状を示す。図１０〜図１３は、図１〜図１２に示す実施形態と同様の機能、材料、及び構造を有していてよい。したがって、一般的な特徴、機能、及び要素は、本書では重複を避けて記載しない場合がある。
【００３９】
図１０は、本開示の一実施形態による、波状補強材８０４、エッジバンド８０８、及び端部８１０が示されている、例示の波状補強構造８００の断面１０００の図である。
【００４０】
図１１は、本開示の一実施形態による、波状補強材８０４上の隆線１１０２を含む波形の形状が示されている、図１０に示す波状補強構造８００の波状補強材８０４の断面Ａ−Ａ８１６の図である。
【００４１】
図１２は、本開示の一実施形態による、エッジバンド８０８、及び端部８１０が示されている、図１０に示す例示の波状補強構造８００の断面Ｂ−Ｂ１００２の拡大図である。
【００４２】
図１３は、本開示の一実施形態による、波状補強材８０４、及び前縁８１４が示されている、図１０に示す例示の波状補強構造８００の断面Ｃ−Ｃ１００４の拡大図である。
【００４３】
図１４は、本開示の一実施形態による、リブ補強材１４０４上に置かれた接着剤１４０２が示されている、例示の波状補強構造８００のリブ補強材１４０４の上面１４００の図である。このように、リブ補強材１４０４のそれぞれが、図１５に示す接合ジョイント部１５０２（補強節点）のそれぞれにおいて、接着剤１４０２を塗布される。
【００４４】
図１５は、本開示の一実施形態による、補強材／補強材間の接合１５０６と、接合ジョイント部１５０２における補強材／チタン間の接合が示されている、例示の波状補強構造８００の補強材の断面図である。上記のように、接合ジョイント部１５０２は、有孔パネル外板８０２内のほぼ最小数の穿孔／穴８１２をブロックする一方で、図９の検討に照らしてより詳細に上記されたように、穿孔／穴を通って、また波状補強材８０４を周って、機尾を向いた低圧の受動的排気口へと気流を通す。接合ライン幅１５０４を精密に制御することによって、接着剤１４０２によってブロックされる穿孔／穴８１２をほぼ正確に制御することが可能になる。こうして、本開示の実施形態によって、層流を提供するのに必要なほぼ正確な空気の移送を維持する一方で、有孔パネル外板８０２の補強が提供される。波状補強材８０４は、限定しないが例として、２５０Ｆ硬化膜接着剤を用いて炉内で、有孔パネル外板８０２に接合される。代わりに、波状補強材８０４は、限定しないが例として、熱接合または超音波接合（これは即ち熱可塑性補強材用である）などといった方法によって、有孔パネル外板８０２に接合されていてもよい。接合ジョイント部１５０２は、限定しないが例として、超音波式、光学式、サーモグラフ式の非破壊検査方法などといった検査方法によって検査することができる。接合ジョイント部１５０２の接合ラインの幅１５０４は、限定しないが例として、約０．１４インチ〜約０．１６インチなどであってよい。
【００４５】
図１６〜図１９は、図１〜図１５に示す実施形態と同様の機能、材料、及び構造を有していてよい。したがって、一般的な特徴、機能、及び要素は、本書では重複を避けて記載しない場合がある。
【００４６】
図１６は、本開示の一実施形態による、波状加工された前縁ストラップ１６０４が示されている、例示の波状補強構造１６００の斜視図である。波状補強構造１６００は、前縁端１６０２、波状前縁ストラップ１６０４、内表面１６１２に連結された１つ以上の上側波状補強材１６０６、内表面１６１２に連結された１つ以上の下側波状補強材１６０８、及び１つ以上の端部１６１０を含む。
【００４７】
図１６に示すように、波状前縁ストラップ１６０４によって、（図８の波状補強材８０４の上側部品８２２と下側部品８２４と同様に）上側波状補強材１６０６と下側波状補強材１６０８が互いに連結される。図１６に示す実施形態では、波状前縁ストラップ１６０４は、前縁端１６０２付近で波状補強構造１６００の内表面１６１２のエリアから切り離されるように構成されている。
【００４８】
図１７は、例示の波状補強構造１６００の一部の拡大図１７００であり、本開示の一実施形態によって、上側波状補強材１６０６と下側波状補強材１６０８の各前端１７０２で接合された波状前縁ストラップ１６０４によって互いに連結された、上側波状補強材１６０６と下側波状補強材１６０８が示されている。
【００４９】
図１８は、本開示の一実施形態による、例示の波状補強構造１６００の部分１８００の拡大図である。図１８に示すように、波状前縁ストラップ１６０４は、上側波状補強材１６０６及び下側波状補強材１６０８の隆線部１８０２と合致するが、この場合も気流９０６は通過する（図９）。
【００５０】
図１９は、例示の一体型波状補強構造１９００の一部の拡大図であり、本開示の一実施形態による、前縁１９０６の接合領域１９０４で内表面１６１２に接合された、波状補強材１９０２が示されている。波状補強材１９０２は一体型であり、前縁１９０６を周って連続している（図１６の１６０２）。波状補強材１９０２が一体型であり前縁３０８／８１４を周って連続しているため、波状前縁ストラップ１６０４といったストラップは、使用されていない。こうして、（例えば、端部８１０／１６１０の開口が十分でない場合、）波状補強材１９０２の前縁１９０６の周囲に、穿孔／穴８１２（図８）が切開／ドリルされ得る。
【００５１】
図２０は、本開示の一実施形態による、例示の波状補強構造１６００の、波状補強材２００２及び波状ストラップ２００４の断面２０００の図である。図２０に示すように、波状ストラップ２００４が波状補強材２００２を互いに連結している。波状ストラップ２００４は、内表面１６１２（図１６）に合致し、限定しないが例として、約１．０インチから約１．２インチの間隔で設置された隆線２００８を含む。
【００５２】
図２１は、本開示の一実施形態による、翼型の前縁上に層流を提供するための、波状補強構造８００／１６００を提供するプロセス２１００を示す、例示のフロー図である。プロセス２１００に関連して実行される様々なタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、またはこれらの任意の組合せによって、機械的に実行され得る。例示の目的で、プロセス２１００の以下の記載は、図１〜図２０に関連して上記した要素に言及し得る。実際の実施形態では、プロセス２１００の一部は、有孔パネル外板８０２、波状補強材８０４、ストラップ８０６、エッジバンド８０８、及び波状補強材８０４の端部８１０といった、波状補強構造８００の種々の要素によって実行され得る。プロセス２１００は、図１〜図２０に示す実施形態と同様の機能、材料、及び構造を有していてよい。したがって、一般的な特徴、機能、及び要素は、本書では重複を避けて記載しない場合がある。
【００５３】
プロセス２１００は、翼型４００といった、空力ボディである外表面９０８及び内表面９１０を含む有孔パネル外板８０２といった、有孔パネル外板を設けることによって開始され得る（タスク２１０２）。
【００５４】
プロセス２１００は次に、内表面９１０に連結された少なくとも１つの中空部材８１８を含む波状補強材８０４を設けることによって継続され得る（タスク２１０４）。
【００５５】
プロセス２１００は次に、この少なくとも１つの中空部材８１８を、空力ボディ上の下流方向の気流３１０に呼応してほぼ翼弦方向３０６に配向することによって、継続され得る（タスク２１０６）。
【００５６】
図２２は、本開示の一実施形態による、波状補強構造８００／１６００を提供し、翼型の前縁上に層流を提供するプロセス２２００を示す、例示のフロー図である。プロセス２２００に関連して実行される様々なタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、またはこれらの任意の組合せによって、機械的に実行され得る。例示の目的で、プロセス２２００の以下の記載は、図１〜図２０に関連して上記した要素に言及し得る。実際の実施形態では、プロセス２２００の一部は、有孔パネル外板８０２、波状補強材８０４、ストラップ８０６、エッジバンド８０８、及び波状補強材８０４の端部８１０といった、波状補強構造８００／１６００の種々の要素によって実行され得る。プロセス２２００は、図１〜図２０に示す実施形態と同様の機能、材料、及び構造を有していてよい。したがって、一般的な特徴、機能、及び要素は、本書では重複を避けて記載しない場合がある。
【００５７】
プロセス２２００は、波状補強構造８００（空力ボディ）の有孔パネル外板８０２の内表面９１０を、内表面９１０に連結された少なくとも１つの中空部材８１８で補強することによって開始され得る（タスク２２０２）。
【００５８】
プロセス２２００は次に、この少なくとも１つの中空部材８１８を、空力ボディ上の下流方向の気流３１０といった気流に呼応してほぼ翼弦方向３０６に配向することによって継続され得る（タスク２２０４）。
【００５９】
プロセス２２００は次に、空力ボディの有孔パネル外板８０２の外表面９０８を通じて、下流方向の気流３１０の少なくとも一部を吸引することによって継続され得る（タスク２２０６）。
【００６０】
プロセス２２００は次に、少なくとも１つの中空部材８１８を通じて、下流方向の気流３１０の少なくとも一部を引き入れることによって継続され得る（タスク２２０８）。
【００６１】
こうして、本開示の様々な実施形態によって、空力ボディの外板を補強する一方で、空力ボディ上に層流境界層を維持するのに必要な空気の移送をほぼ正確に維持する方法が提供される。これらの実施形態では、前縁構造に気流が通り、それによって前縁構造の表面上に層流が生まれるが、それでもなお、層流にとってこれも必要である、求められる空力的形状は維持される。層流を維持する結果、今日運航中の民間航空機のほとんどで見られる従来の乱流と比較して、空力抵抗が大きく減少する。加えて、波状補強構造８００は、表面の点検を容易にし、湿気をほぼこもらせず、点検容易な接合された波状重ね板（ｄｏｕｂｌｅｒ）を介して修理可能であり、様々な材料及び材料の組合せから製作可能で、多くの層流以外の用途でも、ハニカムサンドイッチを代替するのに用いられ得る。
【００６２】
乱流を低減し層流を作り出す気流を可能にする一方で有孔エリアでパネル外板を支持し得る、波状補強材以外の補強構造を使用して空力ボディを補強することも、可能であってよい。図２３は、本開示の一実施形態による、例示の層流用マイクロラティス補強構造２３００の斜視図である。波状補強構造８００と同様に、マイクロラティス補強構造２３００は、限定しないが例として、平坦なパネルや湾曲した前縁などを含む空力ボディであってよい。マイクロラティス補強構造２３００は、波状補強構造８００と同様の構成を有していてよく、空力ボディの内装表面を周って延びる同様の有孔外側パネル外板２３０２を含み得、空力ボディの前縁２３０８を規定する内表面２３０４及び外表面２３０６を有し得る。
【００６３】
外側パネル外板２３０２は、限定しないが例として、翼５０２、垂直尾翼５０４、水平安定板５０６、エンジンナセル５０８、前縁操縦翼面５１０、及び図５〜図７に示されているものといった、外部空力ボディ上で層流を促進するために、内表面２３０４から外表面２３０６へと延びる複数の穿孔／穴２３１０を介して、マイクロラティス補強構造２３００の外表面２３０６から内表面２３０４への、空気の受動的な吸引を可能にし得る。外側パネル外板２３０２は、限定しないが例として、ＣＦＲＰ、ＣＰ２チタンなどからできていてよい。外側パネル外板２３０２の厚さは、空力ボディの所望の性能を実現するための必要に応じて、限定しないが例として、約０．０４インチから約０．０６３インチであってよい。有孔パネル外板８０２の穿孔８１２に関して上記したのと同様にして層流を促進するため、外側パネル外板２３０２の穿孔２３１０は、外側パネル外板２３０２内で好適に間隔を空けて配置され、好適な形状をし、好適に形成されるなどしていてよい。
【００６４】
マイクロラティス補強材構造２３１２は、外側パネル外板２３０２の形状と合致するようにして、またマイクロラティス補強構造２３００を補強するようにして、形成されてよい。マイクロラティス補強材構造２３１２は、外側パネル外板２３０２の内表面２３０４に沿って、前縁２３０８から翼弦方向３０６に延びていてよく、外側パネル外板２３０２を通って穿孔２３１０の下流の位置で終端してよい。マイクロラティス補強材構造２３１２は、格子構造またはトラス構造を形成するように、対応する対角支持支柱２３１６と横方向支持支柱２３１８とによって相互接続された複数のメインビーム２３１４から形成されていてよい。メインビーム２３１４は、外側パネル外板２３０２の内表面２３０４に接続された第１の端部２３１４ａ（図２４の側面図）、及び、図２４の実施形態に示すように、メインビーム２３１４間に横方向支持支柱２３１８が接続され得る第２の支持支柱２３１８が接続され得る、第２の端部２３１４ｂを有し得る。メインビーム２３１４の第１の端部２３１４ａは、限定しないが例として、熱接合、超音波接合（これは即ち熱可塑性補強材用である）、接着剤などといった適切な接合方法によって、外側パネル外板２３０２の内表面２３０４に接合されていてよい。製造方法に応じて、横方向支持支柱２３１８は、以下に記載されるフォトポリマーの現像プロセス中といった、メインビーム２３１４と対角支持支柱２３１６とが一緒に成形された後に追加され得るか、または、三次元（３Ｄ）印刷といった他のプロセスによって形成されるマイクロラティス補強材構造２３１２内において、メインビーム２３１４及び対角支持支柱２３１６と共に一体構成要素として形成され得る。他の実施形態では、メインビーム２３１４と対角支持支柱２３１６とによって外側パネル外板２３０２への十分な支持が提供される場合、横方向支持支柱２３１８は割愛されてよい。
【００６５】
さらに示されるように、各対角支持支柱２３１６は、１つのメインビーム２３１４の第１の端部２３１４ａと、隣接するメインビーム２３１４の第２の端部２３１４ｂとの間に延びていてよい。メインビーム２３１４の第１の端部２３１４ａは、マイクロラティス補強材構造２３１２を所定の位置に固定するための、接着剤または他の適切な接合用化合物もしくは接合プロセスを用いて、内表面２３０４に接合されていてよい。隣接するメインビーム２３１４の各ペアは、その間に延びる１対の対角支持支柱２３１６を有し得、それによって、隣接する各メインビーム２３１４の第１の端部２３１４ａが、もう１つの隣接するメインビーム２３１４の第２の端部２３１４ｂに接続されている。隣接するメインビーム２３１４に接続された対角支持支柱２３１６は、対角支持支柱２３１６同士が相互に動くのを防止し、横方向支持支柱２３１８と連動してマイクロラティス補強材構造２３１２に安定性を創出するため、節点２３２０で交差していてよい。メインビーム２３１４、対角支持支柱２３１６、及び横方向支持支柱２３１８の構成が例示であることは、当業者によって理解されるであろう。外側パネル外板２３０２への必要な支持を提供し、マイクロラティス補強構造２３００を通って気流を提供するため、マイクロラティス補強材構造２３１２は、メインビーム２３１４の数、メインビーム２３１４及び支持支柱２３１６、２３１８のサイズ、マイクロラティス補強材構造２３１２の構成要素の方向などに基づいて調整され得、マイクロラティス補強材構造２３１２のこうした変更は、発明者らによって検討されている。
【００６６】
図２４は、メインビーム２３１４を相互接続している対角支持支柱２３１６の単一の層で形成され、外側パネル外板２３０２の内表面２３０４に対向する支持を提供する横方向支持支柱２３１８を有する、マイクロラティス補強材構造２３１２を示す。以下に記載される代替的な実施形態では、マイクロラティス補強材構造２３１２には、外側パネル外板２３０２への必要な構造的支持を作り出す必要に応じて、対角支持支柱２３１６の複数の層が設けられていてよい。こうした実施形態では、メインビーム２３１４は、空力ボディの内部にまでさらに延びていてよく、外側パネル外板２３０２の内表面２３０４の最も近傍の層と、メインビーム２３１４の第１の端部２３１４ａとの間、及びメインビーム２３１４の第２の端部２３１４ｂとの間に、対角支持支柱２３１６の追加の層が加えられてよい。横方向支持支柱２３１８は、構造的支持の必要に応じて、対角支持支柱２３１６の層の間に設けられてよいか、もしくは、メインビーム２３１４の第２の端部２３１４ｂにのみ設けられてよいか、または、マイクロラティス補強材構造２３１２の構造的完全性のために必要でなければ、設けられなくてよい。図面から明らかなように、マイクロラティス補強材構造２３１２内のメインビーム２３１４、対角支持支柱２３１６、及び横方向支持支柱２３１８の配置は、それらの間に通気用間隙２３２２を規定し、外側パネル外板２３０２の穿孔２３１０を、マイクロラティス補強材構造２３１２よりも下流で、空力ボディの内装表面と流体連通させる。
【００６７】
マイクロラティス補強材構造２３１２は、本書に記載され示されているような、オープンセルのマイクロラティス構造を形成するための、任意の適切な既知のプロセスを用いて製造され得る。例えば、マイクロラティス構造は、紫外線をバットに入った液状樹脂を通して投影して、マイクロラティス補強材構造２３１２のメインビーム２３１４、対角支持支柱２３１６、及び、特定の実施形態では横方向支持支柱２３１８内への光線に沿って樹脂を硬化させる、フォトポリマー現像プロセスを用いて形成され得る。外側パネル外板２３０２用に十分な構造的支持が提供される場合には、マイクロラティス構造を形成するために、複合材料が用いられ得る。他の実施形態では、複合材料構造はニッケル合金といった金属で被覆され、この構造は金属マイクロラティス構造に変換され得る。複合材料は金属被覆内に保持されていてよいか、またはある用途では、複合材料は、中空の金属マイクロラティス構造を外側パネル外板２３０２を支持するのに十分な強度のままにするための適切なプロセスによって、溶解しているか、もしくは他の態様で金属被覆内から除去されていてよい。フォトポリマーのプロセスを除外し、ロストワックス法または産業用鋳造を用いて、記載されるような中空の金属マイクロラティス構造を形成することによって、同様の結果が実現され得る。さらなる代替形態として、マイクロラティス補強材構造２３０２を形成する金属またはポリマーのオープンセル構造を生産するのに、３Ｄプリントが用いられ得る。３Ｄプリントの利用によって、マイクロラティス補強材構造２３１２の形成に用いられる繰り返し構造の配向、サイズ及び形状を変化させる機会が提供され得る。これらの製造方法は例示に過ぎず、本開示によるマイクロラティス補強材構造２３１２の形成を用途とする代替的な製造方法は、当業者には明らかであろうし、発明者らによって検討されている。
【００６８】
図２５及び図２６は、メインビーム２３１４と対角支持支柱２３１６との相互接続が変化している、マイクロラティス補強材構造２３１２の代替的な構成の上面図を示す。図２５を参照すると、メインビーム２３１４は、空力ボディの翼弦方向３０６にほぼ平行な、ランドライン（ｌａｎｄ  ｌｉｎｅ）２３３０に沿って、列状に、外側パネル外板２３０２の内表面２３０４上に配置されていてよい。ここでは、ある構成要素は、別の構成要素に対してほぼ平行もしくはほぼ垂直であってよく、またはその構成要素が特定の配向から５°以内であるときには、その特定の方向であってよい。ランドライン２３３０は、図８及び図９で、波状補強材８０４が有孔パネル外板８０２の内表面９１０に接続されている箇所に一致し得る。代替的な実施形態では、ランドライン２３３０と、それに伴ってメインビーム２３１４とは、マイクロラティス補強材構造２３１２が外側パネル外板２３０２を支持するための必要に応じて、間隔を空けて配置されていてよい。
【００６９】
図２５の実施形態では、メインビーム２３１４は、外側パネル外板２３０２の内表面２３０４上に二次元配列で配列されている。４つの隣接するメインビーム２３１４の各グループは、それぞれの角に配置されたメインビーム（複数）２３１４によって、四辺形２３３２を規定し得る。四辺形２３３２は、正方形に近似するものとして示されているが、実際の形状は、マイクロラティス補強材構造２３１２の所望の構造的特性を実現するための必要に応じて、長方形、ダイヤモンド形、菱形、長斜方形、凧形、台形などといった、任意の適切な四辺形であってよい。上記のように、四辺形２３３２の対角同士のメインビーム２３１４の間に２つの対角支持支柱２３１６が延びていてよく、これらは節点２３２０で交差してよい。この構成では、各節点２３２０は、四辺形２３３２を通って延びる、４つの交差する対角支持支柱２３１６を有し得る。
【００７０】
図２６は、マイクロラティス補強材構造２３１２の所望の構造的特性を実現するために、対角支持支柱２３１６が異なる態様でメインビーム２３１４と相互接続している、マイクロラティス補強材構造２３１２の代替的な構成を示す。メインビーム２３１４は、上記の態様と同様に、４つの隣接するメインビーム２３１４の各グループが四辺形２３４０を形成するように、ランドライン２３３０に沿って二次元配列で配列されていてよい。この実施形態では、四辺形２３４０の隣接する角同士のメインビーム２３１４の間に２つの対角支持支柱２３１６が延びていてよく、これらは、四辺形２３４０の一辺に沿って位置する節点２３２０で交差してよい。この構成では、各節点２３２０は、四辺形２３４０の一辺に沿って延びる、２つの交差する対角支持支柱２３１６を有する。マイクロラティス補強材構造２３１２内に、さらなる構成、示されている構成のさらなる組合せ、及び、メインビーム２３１４の対角支持支柱２３１６とのさらなる相互接続が実装され得ることは、当業者によって理解されるであろう。例えば、メインビーム２３１４は、対角支持支柱２３１６によって相互接続されて、フォトポリマー現像プロセスにおいて光源アレイの配向を調整するか、または３Ｄプリンタを適切に構成することによって形成され得る、三次元の四面体のアイソグリッド構造または三角錐を形成し得る。こうした構成は、本開示によるマイクロラティス補強材構造２３１２の用途を有するものとして、発明者らによって検討されている。以下の検討の目的に、図２５及び図２６の構成、並びに代替的な構成が利用され得る。
【００７１】
メインビーム２３１４と対角支持支柱２３１６の構成は、マイクロラティス補強材構造２３１２の所望の特性を実現するため、他の方法で変更され得る。図２７は、図２３のマイクロラティス補強構造２３００の拡大部分側面図であり、前縁２３０８の近傍の、外側パネル外板２３０２及びマイクロラティス補強材構造２３１２が示されている。示される実施形態では、メインビーム２３１４のそれぞれは、メインビーム２３１４が接続されている外側パネル外板２３０２の内表面２３０４の対応する部分に、ほぼ垂直に配向されていてよい。メインビーム２３１４の第１の端部２３１４ａは、対応するランドライン２３３０に沿って、ほぼ等間隔で間隔を空けて配置されていてよい。外側パネル外板２３０２の内表面２３０４が弧度を有していて平面でない限り、隣接するメインビーム２３１４の第２の端部間２３１４ｂ間の距離は、対応する第１の端部２３１４ａ間の距離よりも小さくてよい。隣接する第２の端部２３１４ｂ間の距離は、前縁２３０８の近傍のメインビーム２３１４の場合に最小であってよく、マイクロラティス補強材構造２３１２が前縁２３０８から離れて延びるのにつれて、増大してよい。横方向支持支柱２３１８の長さは、これに応じて変化してよい。
【００７２】
下流方向の気流３１０及び翼弦方向３０６に呼応した、空力ボディ及びその前縁２３０８の配向に応じて、メインビーム３１４は、三次元上で内表面２３０４に対して必ずしも垂直でなくてよい。例えば、図５〜図７の翼５０２、垂直尾翼５０４、及び水平安定板５０６は、航空機５００の機体から後方に角度づけられていて、これらの前縁は、下流方向の気流３１０及び翼弦方向３０６に対して垂直ではない。参照のため、図７に三次元座標系が追記されている。Ｘ軸は、翼弦方向３０６及び下流方向の気流３１０に平行であり、Ｙ軸は、航空機５００の機体から対応する空力ボディ５０２、５０４、５０６の方向に延び且つＸ軸と垂直であり、Ｚ軸は、Ｘ軸及びＹ軸と垂直である。図７では、示されるように、翼５０２の前縁は、Ｘ−Ｙ平面から見て翼弦方向３０６（Ｘ軸）と垂直ではない。
【００７３】
空力ボディ５０２、５０４、５０６内では、上記のランドライン２３３０は、翼弦方向３０６及び下流方向の気流３１０と平行であってよいが、同様の理由により、Ｘ−Ｙ平面内で前縁２３０８と垂直でなくてよい。ランドライン２３３０が外側パネル外板２３０２の内表面２３０４の曲率に従っているため、図２７に示すように、各ランドライン２３３０によって、翼弦方向３０６と平行なＸ−Ｚ平面が規定される。図２７は、ランドライン２３３０によって規定されるＸ−Ｙ平面に対して垂直に見え、且つＸ−Ｙ平面内の前縁２３０８に対して鋭角に見える、外側パネル外板２３０２及びマイクロラティス補強材構造２３１２の図を示し得る。メインビーム２３１４は、対応するランドライン２３３０によって規定されるＸ−Ｚ平面内に横たわっていてよく、したがって、前縁２３０８及び、Ｘ−Ｙ平面内の内表面２３０４の対応する部分に対して、垂直でなくてよい。同時に、メインビーム２３１４は、図２７に示すように、対応するランドライン２３３０によって規定されるＸ−Ｚ平面内で内表面２３０４と垂直であってよい。
【００７４】
図２８は、横方向支持支柱２３１８が内側パネル外板２３５０によって代替されている一実施形態を示す。内側パネル外板２３５０は、前縁２３０８の近傍の空力ボディ内に配置され、後方に延びていてよい。内側パネル外板２３５０は、マイクロラティス補強材構造２３１２の形状と合致するが、この場合も気流は通過する。内側パネル外板２３５０は、対応するメインビーム２３１４の第２の端部２３１４ｂに接続されていてよい。外側パネル外板２３０２と内側パネル外板２３５０は、それらの間に通気チャネル２３５２を規定し、穿孔２３１０を、内側パネル外板２３５０の下流で空力ボディの内装表面と流体連通させ得る。上記の波状補強材８０４と同様に、通気チャネル２３５２は、外側パネル外板２３０２上に層流境界層を維持するための十分な量の吸気を可能にする、機尾を向いた低圧の受動的排気口の機能を果たし得る。内側パネル外板２３５０は、マイクロラティス補強材構造２３１２の一部に対して、後方に延びていてよい。ある実施形態では、内側パネル外板２３５０は、外側パネル外板２３０２内の穿孔２３１０の下流に延びていてよく、マイクロラティス補強材構造２３１２の端部まで延び、マイクロラティス補強材２３１２のメインビーム２３１４それぞれの第２の端部２３１４ｂに接続されていてよい。内側パネル外板２３５０は、外側パネル外板２３０２と同一のまたは異なる軽量材から作られていてよい。限定しないが例として、内側パネル外板２３５０は、炭素繊維補強ポリマー、ＣＰ１またはＣＰ２チタンなどから作られていてよい。内側パネル外板２３５０は、マイクロラティス補強構造２３００に対してさらなる剛性と強度を提供するため、少なくとも前縁２３０８付近のエリアでマイクロラティス補強材構造２３１２に接合されている。代替的な実施形態では、内側パネル外板２３５０は、マイクロラティス補強構造２３１２内で、流入気が必ずしも通気チャネル２３５２を通ることなくプレナムエリアに流入するのを可能にする、通気用開口（図示せず）を有し得る。通気用開口は、内側パネル外板２３５０によって提供されるマイクロラティス補強材構造２３１２の支持を犠牲にすることなく、内側パネル外板２３５０を通る所望の流動を提供する、内側パネル外板２３５０を通る微細な穿孔、より大きな穴、スロット、または任意の他の適切な開口部であってよい。
【００７５】
図２９に転じると、マイクロラティス補強材構造２３１２のさらなる代替的な実施形態では、複数のメインビーム２３１４は、互いにほぼ平行に、且つ空力ボディの翼弦方向３０６にほぼ平行に、配向されていてよい。マイクロラティス補強材構造２３１２のこの構成は、メインビーム２３１４の配向を、図２７及び図２８の実施形態のように内表面２３０４に垂直に変えるよりも、設計及び製造がより容易であり得る。図２９の実施形態では、マイクロラティス補強材構造２３１２は、上記のようにメインビーム２３１４の第２の端部２３１４ｂと接続している横方向支持支柱２３１８によってさらに補強される。図３０の実施形態では、横方向支持支柱２３１８は、外側パネル外板２３０２と結び付いて、穿孔２３１０から空力ボディの内装表面へと気流を誘導する通気チャネル２３５２を規定している、内側パネル外板２３５０によって代替されている。
【００７６】
図３１は、図２９及び図３０の実施形態の変更形態を示す。ほぼ平行なメインビーム（複数）２３１４は、空力ボディの中まで、翼弦方向３０６にさらに延びている。メインビーム２３１４のさらに延びた長さを支持するため、マイクロラティス補強材構造２３１２は、メインビーム２３１４が空力ボディの前縁２３０８から下流へと延びるのにつれて、メインビーム２３１４と相互接続する対角支持支柱２３１６の複数の層を含んでいてよい。メインビーム２３１４の第２の端部２３１４ｂは外側パネル外板２３０２内の穿孔２３１０を超えて延びていてよく、それによって、マイクロラティス補強材構造２３１２は、外側パネル外板２３０２の有孔部分を完全に支持する。
【００７７】
図３２は、マイクロラティス補強材構造２３１２のさらなる代替的な実施形態を示す。複数のメインビーム２３１４は、空力ボディの翼弦方向３０６にほぼ垂直に配向されている。この配向では、メインビーム２３１４の第１の端部２３１４ａと、第２の端部２３１４ｂの両方が、外側パネル外板２３０２の内表面２３０４に接続されていてよい。図面から分かるように、前縁２３０８の近傍のメインビーム２３１４は比較的短く、マイクロラティス補強構造２３１２が前縁２３０８から下流に延びるにつれて、メインビーム２３１４の長さは増大する。穿孔エリア内で外側パネル外板２３０２に必要な支持を提供するため、メインビームの長さが変化するのにつれて、必要に応じ、隣接するメインビーム２３１４間に、対角支持支柱２３１６の複数の層が設けられ得る。
【００７８】
図３３は、図２３〜図３２に示す本開示の実施形態による、マイクロラティス補強構造２３００を提供し、空力ボディの前縁２３０８上に層流を提供する、プロセス２４００を示す例示のフロー図である。プロセス２４００に関連して実行される様々なタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、またはこれらの任意の組合せによって、機械的に実行され得る。例示の目的で、プロセス２４００の以下の記載は、図２〜図７、及び図２３〜図３２に関連して上記した要素に言及し得る。実際の実施形態では、プロセス２４００の一部は、外側パネル外板２３０２、マイクロラティス補強材構造２３１２、及び内側パネル外板２３５０といった、マイクロラティス補強構造２３００の種々の要素によって実行され得る。プロセス２４００は、図２３〜図３２に示す実施形態と同様の機能、材料、及び構造を有していてよい。したがって、一般的な特徴、機能、及び要素は、本書では重複を避けて記載しない場合がある。
【００７９】
プロセス２４００は、ブロック２４０２で、空力ボディの外側パネル外板２３０２内に形成された穿孔２３１０を通って、下流方向の気流３１０の一部を伝えることによって開始され得る。外側パネル外板２３０２は、空力ボディの内装表面を少なくとも部分的に囲んで、延びている。プロセス２４００は、ブロック２４０４で、内部に通気用間隙２３２２を規定し且つ空力ボディの前縁２３０８からほぼ翼弦方向３０６に延びている、マイクロラティス補強材構造２３１２を通って、穿孔２３１０からの下流方向の気流３１０の一部を誘導することによって、継続され得る。プロセス２４００は次に、ブロック２４０６で、マイクロラティス補強材構造２３１２の通気用間隙２３２２を通って、下流方向の気流３１０を空力ボディの内装表面内に受流することによって、継続され得る。
【００８０】
こうして、本開示の様々な実施形態によって、空力ボディの外側パネル外板２３０２を補強する一方で、空力ボディ上に層流境界層を維持するのに必要な空気のほぼ正確な移送を維持する、構造及び方法が提供される。これらの実施形態では、前縁構造体に空気が通り、それによって前縁構造体の表面上に層流が生まれるが、それでもなお、層流にとってこれも必要である、求められる空力的形状は維持される。層流を維持する結果、今日運航中の民間航空機のほとんどで見られる従来の乱流と比較して、空力抵抗が大きく減少する。加えて、メインビーム２３１４の第１の端部２３１４ａを内表面２３０４に接合するのに必要な表面積は、波状補強材８０４の線部を接合するよりもわずかであるため、マイクロラティス補強構造２３００がブロックする外側パネル外板２３０２の穿孔２３１０は、他の実施形態の波状補強材８０４の場合よりも、少なくてよい。さらに、マイクロラティス補強材構造２３１２内の通気用間隙２３２２を通る気流によって、外側パネル外板２３０２に開けられる穿孔２３１０の数は削減され得、それと共に、空力ボディのコストも連動して削減される。加えて、メインビーム２３１４の第１の端部２３１４ａが完全に穿孔２３１０を回避し、確実にマイクロラティス補強材構造２３１２が穿孔２３１０を１つもブロックしないようにするため、マイクロラティス補強材構造２３１２の製造方法によって構造２３１２の形状を調整することが可能であってよい。
【００８１】
上記の詳細な記載では、少なくとも１つの例示の実施形態が提示されたが、多数の変形形態が存在することは、理解されるべきである。本書に記載する例示の単数または複数の実施形態が、いかなる態様においても、本件主題の範囲、適用性、または構成を限定することは意図されていないことも、また理解されるべきである。むしろ、上記の詳細な記載によって、記載の単数または複数の実施形態を実行するための便利なロードマップが当業者に提供されるであろう。特許請求の範囲によって規定される範囲から逸脱することなく、要素の機能及び配置に様々な変更が加えられ得ることは、理解されるべきである。これには、本願出願の時点において既知の均等物、及び予見可能な均等物が含まれる。
【００８２】
上記の記載では、共に「接続されている」または「連結されている」要素もしくは節点または特徴が言及されている。本書で用いられる場合、別様に明示されない限り、「接続されている」とは、１つの要素／節点／特徴が、別の要素／節点／特徴に直接結び付けられている（または直接通じている）ことを意味し、必ずしも機械的に結び付けられていることを意味しない。同様に、別様に明示されない限り、「連結されている」とは、１つの要素／節点／特徴が、別の要素／節点／特徴に直接もしくは間接的に結び付けられている（または直接もしくは間接的に通じている）ことを意味し、必ずしも機械的に結び付けられていることを意味しない。このように、図８〜図２０は、要素の例示的な配置を示しているが、本開示の一実施形態では、追加で介在する要素、装置、特徴、または構成要素が存在していてよい。
【００８３】
本開示の一態様によると、空力ボディであって、空力ボディ上の気流に呼応して翼弦方向を規定し、空力ボディは、内表面、外表面及び内表面から外表面に延びる複数の穿孔を有する外側パネル外板であって、空力ボディの内装表面を周って延び、空力ボディの前縁を規定する外側パネル外板と、それぞれが、外側パネル外板の内表面に接続された少なくとも第１の端部を有する複数のメインビーム、及びそれぞれが隣接するメインビーム間に対角に延び隣接するメインビームに接続された複数の対角支持支柱を含むマイクロラティス補強材構造とを備え、マイクロラティス補強材構造は、複数の穿孔の下流に外側パネル外板の内表面に沿って延び、複数のメインビーム及び複数の対角支持支柱は、それらの間に通気用間隙を規定し、複数の穿孔を、マイクロラティス補強材構造の下流で空力ボディの内装表面と流体連通させる、空力ボディが提供される。
【００８４】
複数のメインビームが、翼弦方向にほぼ平行であるランドラインに沿って列状に外側パネル外板の内表面上に配列されている、空力ボディが開示される。
【００８５】
複数のメインビームが、外側パネル外板の内表面上に二次元配列で配列されている、空力ボディが開示される。複数のメインビームのうちの４つからなる各グループが四辺形のそれぞれの角を規定し、複数の対角支持支柱のうちの２つが、四辺形の対角においてメインビーム間に延びており、この複数の対角支持支柱のうちの２つは、四辺形内の節点において交差している。
【００８６】
複数のメインビームが、外側パネル外板の内表面上に二次元配列で配列されている、空力ボディが開示される。複数のメインビームのうちの４つからなる各グループが四辺形のそれぞれの角を規定し、複数の対角支持支柱のうちの２つが、四辺形の隣接する角においてメインビーム間に延びており、この複数の対角支持支柱のうちの２つは、四辺形内の辺に沿った節点において交差している。
【００８７】
外側パネル外板の内表面に接続された複数のメインビームの第１の端部とは反対側の、第２の端部で、複数のメインビームのうちの隣接するものに接続された横方向支持支柱を含む空力ボディが、さらに開示される。
【００８８】
前縁の近傍の空力ボディ内に配置され、対応する複数のメインビームの第１の端部とは反対側の第２の端部で、複数のメインビームのそれぞれに接続された状態で後方に延びる、内側パネル外板を含む、空力ボディがさらに開示される。外側パネル外板と内側パネル外板は、それらの間に通気チャネルを規定し、複数の穿孔を、内側パネル外板から下流で空力ボディの内装表面と流体連通させる。
【００８９】
複数のメインビームのそれぞれが、メインビームが接続されている外側パネル外板の内表面の対応する部分に対してほぼ垂直である、空力ボディが開示される。
【００９０】
複数のメインビームが、空力ボディの翼弦方向とほぼ平行である、空力ボディが開示される。
【００９１】
複数のメインビームが、空力ボディの前縁から下流方向に延びるにつれて、複数のメインビームに接続された対角支持支柱の複数の層を備える、空力ボディがさらに開示される。
【００９２】
複数のメインビームは翼弦方向とほぼ垂直であり、複数のメインビームの第２の端部は外側パネル外板の内表面に接続されている、空力ボディが開示される。
【００９３】
本開示の別の態様によると、空力ボディの外装上を通る気流から層流を生成する方法であって、空力ボディは気流に呼応して翼弦方向を規定し、生成する方法は、空力ボディの内装表面を周って延びる空力ボディの外側パネル外板内に形成された穿孔を通って、気流の一部を伝えることと、内部に通気用間隙を規定し、空力ボディの前縁からほぼ翼弦方向に延びるマイクロラティス補強材構造を通るように、この穿孔からの気流の一部を向けることと、マイクロラティス補強材構造の通気用間隙を通って、空力ボディの内装表面内に気流を受流することを含む、生成する方法が提供される。
【００９４】
マイクロラティス補強材構造を外側パネル外板の内表面に連結することによって空力ボディを補強することを含む、生成する方法がさらに開示される。
【００９５】
マイクロラティス補強材構造が、複数のメインビーム及び、複数のメインビームと相互接続している複数の対角支持支柱によって形成されており、複数のメインビームが外側パネル外板の内表面に接続された第１の端部を有している、生成する方法が記載される。
【００９６】
マイクロラティス補強材構造を通して気流をプレナムチャンバに伝える、生成する方法が、さらに開示される。
【００９７】
本開示の別の一態様によると、空力ボディであって、空力ボディ上の気流に呼応して翼弦方向を規定し、空力ボディは、内表面、外表面及び内表面から外表面に延びる複数の穿孔を有する外側パネル外板であって、空力ボディの内装表面を周って延び、空力ボディの前縁を規定する外側パネル外板と、それぞれが、外側パネル外板の内表面に接続された少なくとも第１の端部を有する複数のメインビーム、及びそれぞれが隣接するメインビーム間に対角に延び隣接するメインビームに接続された複数の対角支持支柱を含むマイクロラティス補強材構造であって、複数の穿孔の下流に外側パネル外板の内表面に沿って延び、複数のメインビーム及び複数の対角支持支柱は、それらの間に通気用間隙を規定し、複数の穿孔を、マイクロラティス補強材構造の下流で空力ボディの内装表面と流体連通させる、マイクロラティス補強材構造と、内側パネル外板であって、前縁の近傍の空力ボディ内に配置され、対応する複数のメインビームの第１の端部とは反対側の第２の端部で対応する複数のメインビームに接続された状態で後方に延び、外側パネル外板と内側パネル外板とが、それらの間に通気チャネルを規定し、複数の穿孔を、内側パネル外板から下流で空力ボディの内装表面と流体連通させる、内側パネル外板とを備える、空力ボディが提供される。
【００９８】
内側パネル外板が、複数の穿孔から下流に延びている、空力ボディが開示される。
【００９９】
内側パネル外板がマイクロラティス補強材構造の端部まで延び、内側パネル外板が複数のメインビームのそれぞれの第２の端部に接続されている、空力ボディが開示される。
【０１００】
複数のメインビームのそれぞれが、メインビームが接続されている外側パネル外板の内表面の対応する部分に対してほぼ垂直である、空力ボディが開示される。
【０１０１】
複数のメインビームが、空力ボディの翼弦方向とほぼ平行である、空力ボディが開示される。
【０１０２】
空力ボディの内装表面に配置され、通気チャネルと直接流体連通しているプレナムチャンバを備える、空力ボディがさらに開示される。
【０１０３】
本書で使用される用語及び語句、並びにその変形は、別様に明示されない限り、限定的ではなく非限定的に解釈されるべきである。上記の例として、「含む」という用語は、「限定せずに含む」などと解釈されるべきであり、「例」という用語は、検討されている項目の、網羅的または限定的なリストではなく、例示的な事例を提供するために用いられており、「従来型の」「伝統的な」「通常の」「標準的な」「既知の」といった形容詞や、同様の意味を持つ用語は、記載された用語を所与の期間や、所与の時点において利用可能な項目に限定するものとして解釈されるべきではなく、むしろ、現時点または将来の任意の時点で利用可能または既知であり得る、従来型、伝統的、通常、または標準的な技術を包含するものとして解釈されるべきである。同様に、接続詞「及び」でつながれた項目のグループは、別様に明示されない限り、このグループ内のこれらの項目の存在が必要とされると解釈されるべきではなく、むしろ、「及び／または」として解釈されるべきである。同様に、接続詞「または」でつながれた項目のグループは、別様に明示されない限り、このグループ内で相互排他的であることを必要とすると解釈されるべきではなく、むしろ、これも「及び／または」として解釈されるべきである。さらに、本開示の項目、要素、または構成要素は、単数形で記載または特許請求の範囲に記載されているかもしれないが、単数への限定が明示されていない限り、複数形も特許請求の範囲の中であることが考慮されている。いくつかの例における、「１つ以上」「少なくとも」「限定しないが」などの意味を広げる単語及び語句の存在は、そうした意味を広げる語句が存在しない場合に、より意味の狭いケースが意図されているまたは必要とされるという意味であると解釈されるべきではない。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【外国語明細書】
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